Помоги проекту - поделись книгой:
СЕНСАЦИИ НАУКИ
Сказки про ДНК-машину
Мы уже рассказывали о перспективах создания крошечных нанороботов, которым специалисты прочат большое будущее (см., например, «ЮТ» № 10 за 1995 г.). И вот, похоже, их предсказания начинают сбываться.
Способ создания таких наномашин нашли… биотехнологи. Подменив в каком-либо микробе генетический код, микробиологи смогут воспроизвести нужные им микромеханизмы, а точнее — «наноорганизмы», в которых задействованы проверенные временем законы природы.
Появление первого молекулярного робота не за горами. Самое большее лет через пять, считают ученые, управляемые человеком устройства, «собранные» из синтетических молекул ДНК, смогут строить новые молекулы, проводить операции на молекулярном уровне и таким образом бороться с болезнями и даже старостью.
В Нью-Йорке уже создан прообраз такой ДНК-машины. У нее есть две своеобразные «руки»-молекулы, в которые ученые внедрили искусственные нити ДНК и вроде бы научились ими управлять.
Как сообщил руководитель группы исследователей, профессор химии Нэдриан Симан, возможности действия и движения ДНК-машины пока весьма ограничены, но в будущем такие роботы станут полностью самостоятельными.
Упомянул ученый, впрочем, и о том, что у таких роботов могут оказаться и весьма неприятные свойства. Например, чтобы не возиться с созданием все новых партий таких наномашин, их, видимо, придется наделить способностью к самовоспроизведению или размножению. Однако это палка о двух концах.
Помните известную сказку про горшочек, который сам варил кашу? Мало было помнить волшебные слова, пускающие горшочек в действие. Нужно было еще знать, как его остановить, чтобы каша через дымовую трубу из избы не полезла.
Впрочем, так или иначе, но очередной шаг на пути создания наномашин уже сделан.
СДЕЛАНО В РОССИИ
Двигатели «НК»
В годы Великой Отечественной войны скорость серийных винтовых самолетов достигла 700 км/ч. Для дальнейшего ее повышения поршневые двигатели были слишком тяжелы, да и винты на большой скорости плохо работали. Начался переход к реактивным двигателям. Если Англия и Германия начали работу но их созданию еще в начале 30-х годов, то у нас испытание первого турбореактивного двигателя начали лишь в апреле 1945-го.
После капитуляции Германии в Советской зоне оказались важнейшие заводы и конструкторские бюро но производству реактивных двигателей. При отступлении все готовые двигатели были взорваны, но в начале 1946 года, получив хорошую зарплату и щедрое снабжение продуктами, немецкие инженеры в считанные месяцы восстановили производство реактивных двигателей на заводах фирмы «Юнкере» в г. Дессау.
Создание хороших двигателей дело не менее тонкое, чем изготовление скрипок. Тут важна школа. А немцы в этом деле тогда обогнали весь мир. У нас работала группа очень крупных немецких ученых во главе с доктором Альфредом Шайбе. Их вместе с семьями отправили под Куйбышев (ныне Самара), где разместили в отдельных квартирах. Здесь было создано не только КБ, но и своеобразный университет.
Немецкие специалисты обучали наших инженеров строить турбореактивные двигатели, передавали свой опыт. С нашей стороны эту работу возглавлял тогда еще очень молодой инженер Николай Дмитриевич Кузнецов. Изучалась не только теория, но и конкретные немецкие разработки. Особый интерес вызывали выпускавшиеся серийно (более шести тысяч экземпляров) турбореактивные двигатели фирмы «Юнкерс» ЮМО-004, имевшие тягу 930 кг. Они применялись на истребителе-бомбардировщике Ме-262, развивавшем скорость 900 км/ч на высоте 10–12 тысяч метров (рис. 1).
Это давало ему абсолютное превосходство над всеми винтовыми самолетами. Конструктор самолета Вилли Мессершмитт полагал, что Германия победит, если десятой частью выпускаемых ею самолетов будут Ме-262. Однако ей времени на это не дали.
Самолеты этого типа имели радиус действия не более 2000 км. Но Германия собиралась нападать и на Америку.
Разработка реактивного двигателя Р-130 для самолета, способного пересечь Атлантику, началась еще в 1937 году. К концу сороковых годов обстановка в мире осложнилась.
За океаном появились политики, заявлявшие, что «область национальных интересов США кончается там, куда американские самолеты могут доставить свои бомбы». В таких условиях избежать войны можно было одним лишь способом — показать силу. Руководство нашей страны приняло решение о необходимости создания «стратегического носителя ядерного оружия» с дальностью полета 12–16 000 км, при скорости 700–800 км/ч на высоте 10–12 км. Это должен был быть самолет массой 200 т с четырьмя поршневыми либо турбовинтовыми двигателями мощностью по 12–16 000 л.с. Он создавался в КБ А.Н.Туполева под обозначением Ту-85.
Столь мощных авиадвигателей в мире еще не существовало. Их стали делать на конкурсной основе. Первый вариант самолета построили в 1951 году. Он имел поршневые двигатели по 4000 л.с. (рис. 2), прекрасно летал на большие расстояния, но скорость и грузоподъемность его были недостаточны.
Рис. 2
Для того же самолета конструктором С.С.Баландиным был создан бес шатунный поршневой двигатель взлетной мощностью 10 000 л.с. и весом 3450 кг. Во время полета с крейсерской скоростью, обеспечивающей максимальную дальность, он развивал мощность 6500 л. с и расходовал около 158 г топлива на л.с. в час (рис. 3).
Лучше всех получился турбовинтовой двигатель Н.Д.Кузнецова. Возможно, немаловажную роль в успехе Н. Кузнецова сыграло то обстоятельство, что после капитуляции Германии Н.Кузнецов возглавлял работу конструкторского бюро, в работе которого принимали участие немецкие специалисты, обогнавшие к тому времени в деле создания реактивных двигателей весь мир на добрых десяток лет.
Однако двигатель Кузнецова обладал уникальными характеристиками. В 1956 году он показал взлетную мощность 12 500 л.с. при весе 2900 кг и расходе топлива 165 г/л.с. в час, а через два года расход топлива на крейсерской скорости снизили до 158 г/л.с. в час, а взлетную мощность повысили до 15 000 л.с. Это был самый мощный, экономичный и легкий двигатель в мире. Таким он остается и сегодня. Двигателю присвоена марка НК-12. Самолеты-ракетоносцы Ту-95 (рис. 4), оснащенные им, вот уже 50 лет стоят на вооружении.
В отличие от американского В-52, они никогда не применялись в боевых операциях. Их боевые дежурства лишь служили грозным предупреждением.
Рассмотрим схему турбовинтового двигателя НК-12 (рис. 5).
Рис. 5.
1 — соосные винты; 2 — редуктор; 3 — компрессор; 4 — камера сгорания; 5 — газовая турбина.
Основная часть тяги в нем создается двумя соосными винтами, вращающимися в противоположные стороны. Это повышает их КПД и позволяет заметно снизить диаметр. Винты получают энергию от газовой турбины. Поскольку она вращается в десять раз быстрее, чем это нужно винтам, между ними и турбиной стоит понижающий редуктор. Он передает мощность в 15 000 л.с., но по размерам не больше коробки передач крупного автомобиля. Далее следуют компрессор и турбина.
Эти узлы сильно влияют друг на друга. Например, плохо сделанный компрессор отнимет на себя значительную часть мощности турбины, если же и турбина плохо работает, то на полезную мощность останется совсем мало. Поэтому Николай Дмитриевич улучшал все одновременно. По его инициативе была применена новая методика расчета. Это позволило довести внутренний КПД турбины до 93 %, а компрессора — до 88 %. Такое высокое качество этих агрегатов еще никем не превзойдено.
Между лопатками турбины и корпусом двигателя часто был зазор, через который бесполезно уходила значительная часть потока газов. Зазор этот оставляли нарочно, чтобы лопатки, удлиняясь от нагревания, не коснулись корпуса и не сломались. Н.Д.Кузнецов покрыл корпус мягким металлом и позволил лопаткам прирабатываться к своему месту. Утечки газов снизились во много раз. Эти и многие другие меры позволили довести совершенство двигателя до таких пределов, которые, как сказано, никто в мире не смог превзойти.
Однако двигатель НК-12 на протяжении многих десятилетий модифицировали, приспосабливали для новых целей.
Так, например, для пассажирского самолета Ту-114 и гигантского военно-транспортного самолета «Антей» важнее всего был ресурс двигателя — возможность долго работать без ремонта. Его увеличили, немного утяжелив двигатель. С 1972 года в нашей стране началось строительство экранопланов — гигантских самолетов, летящих низко над морем на воздушной подушке (рис. 6). На них стояли варианты НК-12, приспособленные к работе в морских условиях.
Рис. 6
Места добычи нефти, газа, как правило, находятся далеко от дорог и обжитых мест. Но для перекачки добываемого на них топлива требуются мощности в десятки тысяч киловатт. Доставлять в такие места паровые турбины или дизели очень дорого из-за их большого веса.
С 1964 года начали создавать варианты НК-12, способные работать на нефти и газе. Некоторые из них оснащены подшипниками с магнитной подвеской. Вал ротора вращается, совсем не касаясь стенок. При этом он, естественно, не изнашивается. Некоторые из таких установок с двигателем НК-12 проработали без ремонта более ста тысяч часов.
Несколько слов о человеке, создававшем эти замечательные двигатели. Родился Николай Кузнецов 23 июня 1911 года. Его детские годы прошли под Ташкентом. В 1923 году семья переехала в Подмосковье, в село Семеновское, где жил его дед, работавший кузнецом. В возрасте четырнадцати лет, закончив школу, Николай пошел на курсы трактористов и начал с друзьями строить аэросани. Потом поступил на моторостроительное отделение авиационного техникума. Дальше его жизненная карьера развивается стремительно.
Страна искала и поддерживала молодых людей с хорошими руками и головой. Осенью 1932 года Николай Кузнецов сдал экзамены в Военно-воздушную академию имени Н.Е.Жуковского. Там освоил прыжки с парашютом и получил свидетельство пилота. В апреле 1941 года Николай Кузнецов защитил диссертацию по теории прочности авиадвигателя.
Она отличалась такой новизной, что некоторые академики предложили зачесть ее как докторскую. Но ученый совет решил, что автор слишком молод…
Впоследствии он стал и доктором, и академиком, генеральным конструктором и получил звание генерал-лейтенант-инженер, успев за свою долгую жизнь создать ряд двигателей для сверхзвуковых самолетов и даже для первой лунной ракеты Н-1 (см. «Коллекцию «ЮТ»). Но об этом речь впереди.
ПРОЕКТЫ
Повторение непройденного
Не так давно мэр Москвы Ю.М. Лужков выдвинул предложение вернуться на новом уровне к разработанному в 80-х годах XX века проекту использования части водостока северных рек для орошения засушливых районов Центральной Азии. О чем речь? Зачем это нужно?
Уровень цивилизации измеряют обычно достижениями в культуре, науке, технике. И действительно, жизнь немыслима сегодня без радио и телевидения, без машин и самолетов. Только пользуясь всеми этими благами прогресса, не стоит забывать, что ни ракету, ни автомобиль, ни даже простейшую шариковую авторучку не произвести без… обычной воды.
Расходы воды в государстве столь велики, что статистика, описывая их, оперирует не литрами или тоннами, а кубическими километрами — миллиардами кубометров! И вот какая получается картина.
На сельское хозяйство и питьевые нужды в России расходуется 14 куб. км воды в год. Думаете, это главный расход?
Нет, на нужды промышленности из рек и озер человек забирает вчетверо больше — 56 куб. м. Из них 36 используется для охлаждения тепловых электростанций. Остальная вода тратится на различные отрасли промышленности.
Здесь тоже есть цифры, способные вызвать немалое удивление. Например, на получение тонны стали нужно, оказывается, 150 т воды, а тонны никеля — 4000 т. На изготовление тонны бумаги требуется 600–800, а синтетического волокна (это к разговору о шариковых ручках) — до 5000 т воды!
Отметим, что значительную часть этой воды мы забираем у природы временно и возвращаем обратно в загрязненном виде. Но это уже особая тема.
Всего же народное хозяйство России, как вы, наверное, подсчитали, сегодня потребляет 70 куб. км воды в год. Много это или мало? Судите сами: чтобы вместить всю эту воду, нужно построить кубический бак с ребром чуть более 4 км!
С другой стороны, это немного по сравнению с общими запасами воды в России. Часть рек, из которых мы получаем воду, начинаются в горах и завершают свой путь в лесах, долинах и озерах. Но многие, к примеру, Волга, Енисей, Лена, ежегодно отдают свою воду морям и океанам в количестве 3890 куб. км, а на хозяйство уходит не более одного процента имеющейся в стране воды. Так что в России воды даже больше, чем нужно. Плохо только, что распределена она очень неравномерно.
Западная Сибирь, например, постоянно страдает от ее избытка. Значительная часть ее территории весной затапливают воды рек, стекающих в Ледовитый океан. Они смывают с лица земли поселки, а порою и города. И хотя Западная Сибирь по всем меркам территория огромная, мест, пригодных для земледелия, там не больше, чем в Англии, поскольку после паводков остаются болота.
Взгляните на карту. Как много болот в этих местах! Для сельского хозяйства они непригодны, для транспорта — непреодолимая преграда. Кроме того, болота — настоящий рассадник комаров. Каждый квадратный метр болота порождает их за лето около… миллиарда!
Для нас с вами все комары одинаковы. Но энтомологи различают среди них более шестидесяти пород, сменяющих друг друга за лето. Мази, ультразвуковые пищалки, одеколоны и прочие средства эффективны против одного-двух видов, а их вон сколько.
И как бы ни казалась «комариная проблема» мелкой, из-за них летний прирост веса крупного рогатого скота на четверть меньше, чем в средней полосе. А у привычных к этому «зверю» сибиряков летом производительность труда снижается в 1,5–2 раза.
Так что много воды — плохо, мало — тоже плохо.
Большая часть территории Центральной Азии покрыта пустынями и полупустынями. Люди традиционно селились по берегам главных рек — Сырдарьи и Амударьи. Почва здесь очень плодородная, и весной, когда реки наполняются талой водой, весь край цветет. Но на всех речных берегов не хватает. А вот чуть дальше от них…
Если помните, едва ли не в каждой среднеазиатской сказке, читанной вами в детстве, сюжет закручен вокруг борьбы за воду. Это — отражение истории. Стремясь расширить территорию, пригодную для обитания, люди испокон веков отводили воду рек через каналы и арыки. Но война с пустыней очень нелегка. Строительство оросительных систем велось в прошлом за счет изнурительного ручного труда. Уровень жизни населения оставался крайне низким. Поэтому развитие материальной культуры отставало от общечеловеческого уровня.
В годы советской власти в Центральной Азии была создана современная медицина, система образования, высокотехнологичная промышленность, на поля пришла техника. Но, главное, началось строительство мощных оросительных систем. Появились экскаваторы, земснаряды.
В 40 — 50-е годы XX века в Ферганской долине было прорыто несколько мощных каналов протяженностью около трехсот километров. На этих стройках работали гигантские шагающие экскаваторы, гордость нашей техники тех лет. Их ковши брали до 14 куб. м (около 60 т) грунта. Тогда же воду Каховского водохранилища подали в засушливую Таврию и на Крымский полуостров.
В 1962–1974 годах был построен канал Иртыш — Караганда протяженностью 458 км. Благодаря ему расцвело не только сельское хозяйство, но и промышленность этого района, равного по величине среднему европейскому государству.
Численность населения в районе Приаралья достигла 40 миллионов человек. Воды Сырдарьи и Амударьи разобрали на поля, где выращивали рис, овощи, арбузы, дыни и, главное, хлопчатник — сельскохозяйственную культуру, чрезвычайно выгодную для Среднеазиатских республик и нужную СССР в целом. Но Арал пересох, и с водой снова начались проблемы.
Почему речь зашла именно о Центральной Азии? Еще в 1902 году Императорская Академия наук России рассмотрела первый проект канала для подачи туда избыточной воды из реки Оби. Тогда он оказался технически неосуществим. К идее вернулись в 70-е годы XX века. Проект прорабатывался с учетом всех возможных трудностей и ожидаемых отрицательных последствий.
Был собран колоссальный объем информации о почве, рельефе, водных ресурсах на возможной трассе будущего канала. Для этого пришлось задействовать около 150 научно-исследовательских институтов. В начале 80-х годов проект был готов.
Поделиться книгой: