Юный техник, 2005 № 07

Оговорив детали контракта, партнеры ударили по рукам. Интересно, что каждая из сторон при этом решила подстраховаться. Фоссет на всякий случай сговорился со своим приятелем и старинным напарником по полетам на воздушных шарах сэром Ричардом Брэнсоном — основателем, генеральным директором и президентом фирмы Virgin Atlantic, что он будет запасным пилотом, а к тому еще и спонсором проекта. А Барт Рутан, занятый подготовкой к первому в мире частному суборбитальному полету на высоте более 100 км (подробности см. в «ЮТ» № 1 за 2005 г.), перепоручил новое задание своему заместителю Джону Каркову, который и стал ведущим конструктором проекта.

Конечно, работал он не один. Аэродинамик Джон Ронц разработал профили для крыла (он делал это и для самолета «Вояджер»), Джо Рудди проектировал планер, Чак Колеман разрабатывал системы управления и навигации самолета, а Боб Морган сконструировал шасси.

Маршрут перелета длиной в 40 234 км пролегал на высоте около 14 000 м, где дуют наиболее сильные попутные ветры.

В процессе разработки, по словам Каркова, группа не раз меняла саму концепцию летательного аппарата. Сначала разработчики хотели было совсем устранить фюзеляж и посадить летчика в одну из балок, соединивших крыло с хвостовым оперением. Но это привело бы к серьезным аэродинамическим проблемам, связанным с дальностью полета и летными качествами самолета. Была рассмотрена и обычная схема самолета, но из нее за прошедшие десятилетия конструкторы «выжали» все, что могли. В итоге оптимальным был признан тримаран — такая конфигурация самолета позволяет обеспечить дальний полет на большой высоте при сильном ветре.

Современная компьютерная техника позволяет инженерам изучить поведение конструкции, используя теорию динамики жидких течений. Помещая цифровую модель самолета «Глобалфлайер» в виртуальную аэродинамическую трубу, конструкторы оптимизировали его форму, даже не приступая к постройке.

На это ушло около двух лет. И лишь убедившись, что лучшего они добиться уж не смогут, создатели Clobal Flayer («Всемирного летуна») приступили непосредственно к созданию летательного аппарата. (Заметим в скобках, что изначально самолет назывался «Козерог», поскольку маршрут полета намечалось проложить вдоль тропика Козерога вместо экватора, что несколько сокращало дистанцию, но позволяло не нарушить требований Международной авиационной федерации (FAI), предъявляемых к маршруту. Но Ричард Брэнсон предложил переименовать проект, напомнив, что «Козерогом-1» в одном из фантастических фильмов назывался космический корабль, на котором экипаж должен был лететь на Марс, но так туда и не попал.)

Самолет «Глобалфлайер» в полете.

Не удалось купить и тот двигатель, на который поначалу рассчитывалась конструкция. Оказалось, что их уже не выпускает промышленность. Тогда пришлось остановить свой выбор на турбовентиляторном двигателе FJ44-3 фирмы Williams, у которого оказался больший аппетит. Тем не менее, расчеты показали: если проложить трассу перелета с умом и толком, горючего должно хватить на облет всего земного шара с посадкой в исходной точке.

Сборка самолета началась в сентябре 2002 года. При этом единственными металлическими конструкциями, не считая электроники и двигателя, оказались алюминиевые стойки шасси и моторама. Все остальное было изготовлено из углепластика и прочих композитов. В итоге 83 % веса пришлось на топливо. (К слову, «Вояджер» имел весовую составляющую топлива 72 %.)

Пока шли летные испытания самолета, к полету готовился и сам Стив Фоссет. Во-первых, несмотря на свои 60 лет, он каждое утро пробегал до 8 миль, поддерживая физическую форму, а также регулярно совершенствовал летное мастерство. Во-вторых, по его заказу диетологи разработали для полета специальное меню, состоявшее в основном из шоколадно-белкового витаминизированного коктейля, сухую смесь которого надо было в полете разводить молоком. В кабину был поставлен биотуалет размером с ящик письменного стола, а само пилотское кресло раскладывалось так, что большую часть пути пилот мог управлять полетом лежа. Не был забыт, конечно, и автопилот, который мог самостоятельно вести самолет, запрашивая свои координаты у системы GPS и корректируя маршрут таким образом, чтобы попутные ветры позволяли увеличить скорость полета на 90 — 180 и более километров в час.

И вот 3 марта 2005 года Стив Фоссет осторожно разогнал «летающий бак» по 5-километровой взлетной полосе аэродрома Салина в Калифорнии и поднял перегруженную машину в воздух. Самая опасная фаза полета была преодолена.

Дальше было уж легче. Хотя тоже не обошлось без неприятностей. То навигационная система забарахлила, то расход горючего оказался больше расчетного (1180 кг вообще непостижимым образом куда-то исчезли — возможно, испарились через микротрещины в баках)… Так что последние сутки пилот совсем не спал, волновался и переживал. Говорят, он даже принимал специальные медикаменты, чтобы поддерживать свой организм в тонусе. Но на последних литрах горючего все же дотянул до той самой полосы, с которой и стартовал, закончив свой полет спустя 67 часов и 2 минуты после взлета.

Что дальше? Планов немало.

В будущем Фоссет намерен попробовать совершить кругосветный перелет на планере, совсем без горючего. Есть также идея проложить маршрут перелета строго по экватору или, напротив, по меридиану через оба полюса. Наконец, имеется предложение нашего конструктора и спортсмена В.Белоконя устроить кругосветные гонки на подобных самолетах, аналогично тому, как ныне ходят вокруг земного шара крейсерские яхты.

С. НИКОЛАЕВ

Технические данные самолета

Высота… 3,6 м

Длина… 11,7 м

Размах крыла… 35 м

Масса пустого самолета… 1600 кг

Масса с полной загрузкой… 10 000 кг

Максимальная скорость… 440 км/ч

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Фантомы в космосе

Правда ли, что в каждом полете космонавты подвергаются очень сильному радиационному облучению? Говорят, что дозы его настолько сильны, что некоторые исследователи космоса после полета вынуждены проходить специальный курс реабилитации. Как же тогда люди собираются лететь на Марс и другие планеты Солнечной системы?

Игорь Карасев,

г. Мурманск

Мы с вами — тоже космонавты, экипаж звездолета Земля. Но наш космолет устроен весьма разумно. От радиации Солнца нас защищает магнитосфера планеты — слой ионизированных частиц, принимающий на себя излучение и не допускающий его на поверхность.

Когда же люди поднимаются в стратосферу на самолете, а тем более — выходят на космическом корабле за пределы атмосферы, то солнечная радиация обрушивается на них в полной мере. И за каждые сутки полета космонавты получают примерно такую же дозу радиации, как при рентгеновском обследовании. В итоге, например, Валерий Поляков в течение самого длительного непрерывного в истории космонавтики полета — 438 суток — набрал в сумме дозу в 130 миллизивертов, или 13 рентгенов.

Как будто немного. Однако для работников атомной промышленности в нашей стране предельная годовая норма установлена в 20 миллизивертов. А вот для космонавтов годовой предел установлен в 500 миллизивертов. Почему?

Дело в том, что работники атомной промышленности работают возле ядерных реакторов десятилетиями, а космонавты летают в космос максимум четыре раза, пробыв там в общей сложности не более полутора лет, отвечают на такой вопрос специалисты. И за все внеземные рейсы им, по словам заведующего отделом радиационной безопасности Института медико-биологических проблем В.М. Петрова, разрешается набрать не более 1000 миллизивертов. Обычно же космонавты уходят на покой, перестают летать гораздо раньше, чем наберут даже половину этой нормы.

И все же проблема существует. И определенная обеспокоенность за здоровье космонавтов чувствуется. Тем более, что в будущем на повестке дня — полет на Марс, который может продлиться три года. За это время экипаж корабля может набрать суммарные дозы большие, чем эвакуаторы Чернобыля. Поэтому в феврале 2004 года на МКС вместе с очередным «грузовиком» прибыли два необычных «пассажира» — европейский манекен «господин Рендо» и российская «Матрешка». Их задача — исследовать влияние космической радиации на жизненно важные органы человека в течение длительного пребывания в космосе.

По окончании эксперимента будет сделан еще один важный шаг в подготовке пилотируемого полета на Марс.

Здесь нужно, наверное, вспомнить, что это не первый эксперимент подобного рода. «Первым «космонавтом», облетевшим Луну, был российский манекен из… пшеницы, — сообщил журналистам заведующий отделом Института медико-биологических проблем РАН В. М. Петров. — Он и положил начало важнейшим исследованиям воздействия космической радиации на организм человека».

По словам ученого, манекен в полный человеческий рост — 175 см и весом 70 кг стартовал 15 сентября 1968 года в кресле пилота космического аппарата «Зонд-5», облетел вокруг Луны и через 7 суток благополучно возвратился на Землю. На тело фантома, состоящее из пшеничных зерен, «склеенных» специальным антивибрационным материалом, был надет настоящий комбинезон — противоперегрузочный авиационный костюм.

Пшеница по химическому составу очень похожа на ткани человеческого организма, поэтому именно ее избрали для проведения первого эксперимента по изучению воздействия радиации на жизненно важные органы при полете за пределы магнитосферы Земли. В теле манекена просверлили отверстия и вставили в них датчики-дозиметры. В результате эксперимента были получены первые данные о воздействии различных видов радиации на организм человека, заложены основы нового направления космической науки.

И вот теперь исследования такого рода решено продолжить. Данные, полученные с помощью манекенов-фантомов, помогут ученым рассчитать предельно допустимые нормы облучения и решить, какие меры защиты необходимо еще предусмотреть для космонавтов во время межпланетных перелетов.

Российская «Матрешка» представляет собой шар диаметром около 35 см и весом в 30 кг, пояснил заместитель главного конструктора РКК «Энергия» Александр Марков. Она состоит из нескольких вставленных друг в друга контейнеров. Каждый — из особого материала, имитирующего соответственно структуру и проницаемость различных частей и органов человека — кожи, мышц, печени, сердца, мозга, костей. Установленные в различных слоях 500 миниатюрных датчиков будут накапливать информацию о дозах радиации, полученных экипажем на борту МКС.

Так выглядят манекены-фантомы, попавшие на орбиту.

«Матрешке» определено место внутри станции. А вот «господин Рендо», получивший свое прозвище по названию материала, из которого изготовлена его основа, представляет собой человекоподобный манекен, обряженный в соответствующий скафандр. Место ему предусмотрено за бортом станции, где он и будет нести свою вахту, не защищенный ее корпусом.

В манекене опять-таки размещена система датчиков, которые будут сигнализировать о потоках радиации, пронизывающих его «тело». Стоимость «господина Рендо» специалисты ЕКА определили 8 8 млн. евро. Еще 11,8 млн. евро Росавиакосмос получил от Европейского космического агентства за размещение «господина Рендо» на борту станции и техническое сопровождение эксперимента.

Предполагается, что в будущем к экспериментам подключатся и ученые Японии, которые полагают, что подобные «фантомы» целесообразно разместить во всех модулях станции.

Оба же нынешних устройства по окончании эксперимента в 2005 году будут возвращены на Землю для тщательного изучения в лабораториях. Тогда и будут сделаны выводы о возможности полета на Марс и окраинные планеты Солнечной системы, разработаны надлежащие меры защиты.

Пока же решение этой проблемы видится таким. На борту космического корабля, отправляющегося на Красную планету, оборудуют радиационные убежища, где космонавты смогут укрыться во время очередной солнечной вспышки, когда потоки космической радиации достигают своего максимума. В качестве защитных стенок в таком убежище, по всей вероятности, будут использованы не только панели из специальных материалов, но и баки с водой, которую экипаж возьмет с собой в полет. Кроме того, в снаряжение космонавтов войдут спецкостюмы, защищающие от радиации.

И наконец, медики разработают медикаменты, снижающие чувствительность организма к облучению. Первые образцы таких лекарств уже получены.

Владимир ЧЕРНОВ

Кстати…

НЕ ПОСЛАТЬ ЛИ НАМ ГОНЦА?..

Человек не приспособлен для дальних космических путешествий. К такому выводу пришли специалисты японского космического агентства. По их мнению, люди не только плохо переносят длительное заточение в ограниченном пространстве космического корабля.

Самый главный враг космонавтов, как уже говорилось выше, — радиация. Не все человеческие органы одинаково к ней восприимчивы. Некоторые, так называемые критические, органы подвергаются наиболее ощутимым ударам. Так, хрусталик глаза с трудом противостоит потоку радиоактивных частиц, и при постоянном его облучении неизбежно возникновение катаракты. Под воздействием радиации могут также поражаться участки мозга, отвечающие за двигательную активность.

Исходя из этого, японские ученые предлагают «усовершенствовать» космонавтов, отправляющихся, допустим, к Марсу, удаляя им путем микрохирургических операций наиболее радиочувствительные органы. Например, заменять натуральный хрусталик глаза на искусственный.

Непонятно, правда, как произвести полноценную замену таких радиочувствительных органов и тканей, как кожа или костный мозг. Быть может, лучше отправлять в длительные космические путешествия роботов или киборгов, специально сконструированных для таких задач?

Когда линза… жидкость

Специалисты ведущих фотофирм мира ни на миг не прекращают поиски все новых способов усовершенствования съемочной аппаратуры. С некоторыми из их любопытных разработок мы и хотим познакомить вас сегодня.

Недавно ведущие мировые разработчики цифровой оптической техники обнаружили интересный эффект — при подсветке цифровой матрицы в момент съемки инфракрасным излучением ее чувствительность повышается на 15–20 %. Когда начинаешь разбираться в сути эффекта, понимаешь, что так и должно быть. Однако заметили все это почему-то только недавно.

В самом деле, инфракрасное излучение — оно же, собственно, и тепловое. И не секрет, что при повышении температуры многие реакции, процессы протекают быстрее.

Технически усовершенствовать камеру тоже довольно просто. Инфракрасные диоды весьма дешевы и требуют небольших затрат энергии для своей работы. Во время же экспериментов с ними выяснилось, что подобным образом можно повысить и чувствительность обычной фотопленки. Надо лишь в момент открытия затвора произвести внутри аппарата вспышку инфракрасного диода, добавив таким образом в спектр видимого излучения еще инфракрасное. Обычная пленка от инфракрасного излучения не засвечивается, зато повышает свою чувствительность.

Повышение же реальной чувствительности пленки или матрицы дает возможность применять на фотоаппаратах объективы с меньшей фотосилой, а значит, и более легкие, компактные, дешевые. Причем для электронной техники, где объективы и так невелики, тут же родилась идея использовать жидкостные линзы.

Вы, наверное, не раз видели: капельки воды на стекле не растекаются, а сворачиваются в чуть приплюснутые тяжестью шарики. Причем эти шарики обладают всеми свойствами двояковыпуклой линзы. Мало того, приплюснутостью капли можно управлять, например, с помощью электростатического поля. А при этом будет меняться заодно и оптическая сила линзы, то есть, говоря проще, коэффициент увеличения.

В общем, в лабораториях Philips ныне создан экспериментальный образец жидкостного объектива с габаритами 3x2,22 мм. Внутри корпуса такого объектива — два жидких вещества (токопроводящий водный раствор и масло-диэлектрик) с различными коэффициентами преломления. Изнутри на боковые поверхности корпуса и на одно из оснований нанесено гидрофобное покрытие. Нежелание соприкасаться с ним вынуждает жидкость принять форму линзы.

Прикладывая электростатическое поле, можно менять геометрию линз-капель, а значит, и фокусное расстояние данного объектива. Причем очень быстро — менее чем за 0,1 секунды. Единственный недостаток данного зум-объектива — его чувствительность к вибрации. При тряске геометрия капли искажается, и это ухудшает изображение. А уж если такой объектив уронить, так он и вообще теряет свою работоспособность на некоторое время — жидкости перемешаются, и придется выжидать, пока они не вернутся в исходное состояние. Тем не менее, конструкторы не теряют надежды справиться с недостатками конструкции, использовав специальные компенсаторы тряски.

С. СИНЕЛЬНИКОВ

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ

Таинственный тетранейрон. Существует ли он?

Работа ядерщиков сродни работе детективов: по следам и «уликам» они пытаются восстановить картину происшествия. Исследователи из Лаборатории ядерной физики Национального центра научных исследований под руководством профессора Мигеля Маркеса попытались отыскать виновника загадочного происшествия, случившегося более года назад. А дело было так…

Ученые во время экспериментов на ионном ускорителе GANIL, расположенном в г. Каене, обстреливали ядрами бериллия-14 мишень из углерода. Часть атомов, по расчетам, должна была превратиться в бериллий-10, а освободившиеся при этом нейтроны и иные частицы — образовать некое гало, своеобразное облако, обращающееся вокруг ядра.

Однако на деле все получилось иначе. После обстрела углеродной мишени ядрами бериллия-14 вместо четырех вспышек, которые должны были бы дать освободившиеся нейтроны, обнаружили всего одну.

Поначалу экспериментаторы решили, что не сработали детекторы. Эксперимент повторили несколько раз, и в шести случаях зарегистрировали загадочную аномалию. Просто на ошибку детектирования такое списать было уже нельзя. Но что же тогда произошло?

Когда детектив на месте происшествия видит один след, хотя свидетели утверждают, что преступников было четверо, он, по крайней мере, вправе предположить, что один из этой четверки оказался силачом и унес остальных троих на себе.

Но бывают ли подобные силачи в мире элементарных частиц? По идее, нейтроны удерживаются в ядре более-менее кучно лишь в компании с протонами, благодаря силам ядерного взаимодействия. Но что заставило их держаться слитно в этом случае? Ответа на этот вопрос пока нет. Есть лишь предположение, что если нейтроны обладают различными спинами, то есть, говоря упрощенно, вращаются в разные стороны, то могут существовать некие силы, заставляющие их держаться вместе.

Схема, показывающая, как при ударе об углеродную мишень атом бериллия-14 иногда распадается на атом бериллия-10 и загадочный тетранейтрон.

Тем не менее, когда исследователи опубликовали заметку о странном феномене в научной печати, их не высмеяли, как того опасался Маркес и его коллеги, а рекомендовали продолжить исследования. Ведь кластер — то есть объединение четырех нейтронов — существовал по меркам микромира целую вечность (несколько сотен наносекунд). А раз так, то в данной загадке природы стоило бы разобраться тщательнее.

Воодушевленные экспериментаторы объединились с теоретиками, среди которых значится, например, Уилтон Кэтфорд, научный сотрудник Университета графства Суррей, Великобритания. И общими усилиями составили вот какую картину.

Представим себе на миг, что нам удалось зафиксировать проявление некой ядерной суперсилы, которая пусть еще неизвестна, но заставляет держаться нейтроны вместе.

Такое на практике уже случалось. Астрофизики, например, отыскали во Вселенной так называемые нейтронные звезды, вещество внутри которых сжато столь плотно, что обычные атомы растеряли сначала свои электроны, а затем и протоны. Остались лишь нейтроны, сплюснутые чудовищными силами гравитации. Наперсток вещества такой звезды может весить триллион тонн, писали ученые по этому поводу. И добавляли, что нейтроны скорее всего распределены в такой структуре более-менее равномерно, как бывшие снежинки в плотном снежном коме.

Но теперь, в свете новых данных, Дэниэл Филлипс, специалист по нейтронным звездам из Университета штата Огайо, США, выдвинул предположение, что внутри такой нейтронной звезды могут существовать свои построения, подобно тому, как обычные атомы образуют кристаллическую решетку внутри твердого тела.