Помоги проекту - поделись книгой:
…Итак, отрицательная материя может только разлетаться. Но в этом-то, оказывается, и состоит частичное опровержение многих выводов, о которых шла речь. Ведь свойство гравитационного отталкивания у частиц вещества, какова бы ни была их природа, неизбежно приводит к тому, что эти частицы не могут собраться вместе под влиянием сил тяготения. Более того: поскольку частица отрицательной массы под действием любой силы движется в направлении, противоположном вектору этой силы, то и обычные межатомные взаимодействия не могут связать такие частицы в «нормальные» тела.
Так что все наши рассуждения можно рассматривать всего лишь как некий мысленный эксперимент. Но, согласитесь, довольно интересный…
ФАНТАСТИКА В ЧЕРТЕЖАХ
Трос от неба до Земли
Хорошая идея, говорят, имеет свойство возрождаться и раз, и другой, и третий… До тех пор, пока не будет практически востребована. Так, вероятно, произойдет и в этом случае…
ЭКСПЕРИМЕНТ «ТРОС»
На российской космической станции «Мир» предполагается провести уникальный эксперимент «.Трос». Его результаты, возможно, помогут создать системы для поддержания высоты полета космических станций без расхода топлива, полагает заместитель руководителя полетов Центра управления полетами Виктор Благов.
Сейчас, как вы, наверное, знаете, «Мир» на постоянной высоте поддерживают импульсы двигателей грузовых кораблей. На это расходуется топливо. В рамках эксперимента «Трос» специалисты предполагают закрепить один конец восьмикилометрового троса на самом «Мире», а второй — на автономном средстве передвижения космонавтов, кресле с ракетными двигателями.
Центробежная сила — корабль ведь вращается вокруг Земли — натянет трос. При этом, считают специалисты, магнитное поле нашей планеты наведет в тросе электродвижущую силу (ЭДС) величиной около 600 вольт. Ее, полагает Виктор Благов, можно будет использовать для нужд космических станций.
Однако поначалу важно посмотреть, какой в действительности окажется величина ЭДС, решить другие вопросы.
Если же в трос подавать ток с борта «Мира», то вокруг него возникнет магнитное поле, которое, взаимодействуя с геомагнитным полем планеты, в зависимости от полярности сможет либо повысить высоту орбиты станции, либо понизить.
Величина этой силы скорее всего окажется ничтожно малой, однако при постоянном воздействии даст ощутимые результаты. Но это лишь часть того, что можно получить, используя в космосе такую, казалось бы, обыденную, чисто земную вещь, как трос.
Еще сто лет назад К.Э. Циолковский, описывая в работе «Грезы о Земле и небе» прототип конструкции орбитальной станции с искусственной тяжестью, полагал, что обеспечить ее можно вращением аппарата.
Причем лучше, если такое вращение будет осуществляться не вокруг собственной оси, а вокруг общего центра масс системы «аппарат — противовес», соединенной цепью. Систему, как мы знаем, практически не воссоздали и по сей день. Однако она послужила отправной точкой для дальнейших рассуждений. Пожалуй, первым опытом использования тросовой связки в космической практике был эксперимент, проведенный в 1960 году на американском спутнике «Транзит 1В». Вспомните, как фигурист на льду может менять скорость вращения вокруг собственной оси, то раскидывая руки, то прижимая их к груди…
Точно так же, выбросив на тросе груз, удалось замедлить вращение спутника вокруг продольной оси.
В 1966 году космические корабли «Джемени-11» и «Джемени-12» связывали тросами длиной по 30 м с ракетной ступенью «Анджена». Так впервые в мировой практике в космосе был создан первый орбитальный комплекс. Аналогичный эксперимент планировал в последние годы жизни и конструктор С.П.Королев, но не успел…
Восемь лет спустя научный сотрудник Смитсоновской астрофизической лаборатории при Гарвардском университете (США) Джузеппе Коломбо разработал концепцию привязного зонда, полагая, что со спутника или космического корабля, летящего в безвоздушном пространстве, можно спускать вниз на тросе зонды для исследования верхних слоев атмосферы или фотокамеры для съемки земной поверхности в более крупном масштабе. Просто запустить спутник на столь низкую орбиту нельзя: его затормозят верхние слои атмосферы, заставят опуститься еще ниже, и в конце концов он сгорит.
Впрочем, как показали дальнейшие расчеты, тросовые системы можно использовать не только для стабилизации полета зонда на определенной высоте…
ПРИЧУДЫ МИКРОТЯЖЕСТИ
Как уже сказано, в 1966 году в космосе соединяли тросами две орбитальные ступени «Джемени» с ракетной ступенью «Анджена». При этом выяснили, что попарное соединение двух небесных тел приводит к их стабилизации друг относительно друга растянутым тросом, занимающим вертикальное положение.
Вот почему так происходит.
Равновесное состояние существует только в центре масс связки, где сила притяжения в точности уравновешивается центробежной. Для нижнего же тела притяжение Земли превосходит центробежную силу, влечет его вниз. Для верхнего тела, наоборот, преобладает центробежная сила, и его тянет вверх.
Таким образом система уравновешивается, когда трос занимает положение на прямой, проходящей через верхнюю точку системы и центр Земли. Любое другое положение оказывается неустойчивым, система в конце концов обязательно стабилизируется именно таким образом.
Расчет показывает: если соединить две примерно одинаковые по массе платформы достаточно длинным (до 40 км) тросом, то экипажи внутри модулей смогут отличать верх от низа.
Вместо безразличной невесомости у них появится микрогравитация, составляющая примерно 1 % от земной. Конечно, величина небольшая, но уже достаточная для того, чтобы предметы перестали плавать по кабине, появились понятия «пол» и «потолок». Причем интересно, что с точки зрения наземного наблюдателя обитатели верхней платформы будут существовать «вверх ногами» — пол у них будет выше потолка, поскольку там микротяжесть действует в обратную сторону. На нижней же платформе все будет выглядеть привычным образом: скажем, капля воды из стакана медленно, но верно будет опускаться к Земле.
БОЛЬШОЙ СЕКРЕТ ДЛЯ МАЛЕНЬКОЙ КОМПАНИИ
Расчеты — расчетами, но как дело с тросовыми системами обстоит на практике? Чтобы ответить на этот вопрос, в марте 1996 года на борту космического «шаттла» «Колумбия» был проведен эксперимент, который не привлек особого внимания средств массовой информации.
Во-первых, наверное, потому, что выполнялся он по заказу не только NASA, но и NRO — Национального отделения средств разведки. Во-вторых, из-за того, что похвалиться его завершением астронавты не смогли: в самый ответственный момент оборвался трос, соединявший два небесных тела, и одно из них было потеряно безвозвратно.
Тем не менее, факт остается фактом: помедлив до осени, NRO впервые за свою 35-летнюю историю все же поведало некоторые подробности проведенных исследований: 400 тыс. долларов были потрачены на то, чтобы убедиться в принципиальной возможности получения электроэнергии в космосе с помощью тросовых систем.
ТРОС В РОЛИ ДИНАМО
Наверное, стоит на время прервать рассказ о заокеанских экспериментах, чтобы напомнить об одной работе российских ученых. В 1990 году доктор физико-математических наук Владимир Белецкий и кандидат физико-математических наук Евгений Левин опубликовали статью, в которой подробно описали возможные применения тросовых систем. Среди прочего речь там шла и о том, что с помощью электропроводящих тросов в космосе можно осуществлять в высшей степени интересные эксперименты по получению электроэнергии.
Как же они будут происходить? Скажем, астронавты откроют люк грузового отсека орбитального космолета. В нем находится лебедка и приемная штанга длиной около 10 м. Субспутник на тросе выпустят вверх. Из него в разные стороны выдвинут электрические датчики «Можно ли пропускать по такому тросу постоянный ток? — продолжали исследователи рассуждения. — Казалось бы, нет. Цепь не замкнута. Но ведь он движется в проводящей ионосферной плазме. Ток, текущий по тросу, может замыкаться через окружающую среду. Для этого на концах троса должны быть установлены специальные контактные устройства».
Прервем цитату, чтобы отметить прозорливость наших исследователей. Все именно так и происходило на самом деле 25 февраля 1996 года, когда челнок «Колумбия» после выхода на орбиту выпустил из своего грузового отсека спутник.
По мере того, как оба искусственных тела расходились друг от друга, между ними возникал электрический потенциал. Дело в том. что когда два тела находятся на разных высотах в ионосфере Земли, то на них в единицу времени падают неравные потоки заряженных частиц ионосферной плазмы и поверхности тел заряжаются по-разному.
В эксперименте удалось получить силу тока 0,5 ампера при напряжении 3500 вольт. Вероятно, эти результаты удалось бы еще улучшить, но, как уже сказано, оборвался трос длиной около 20 км, связывающий челнок и спутник, и эксперимент пришлось прервать. Тем не менее и достигнутого хватило для того, чтобы убедить заказчика провести серию дальнейших опытов. «Тот факт, что измеренная сила тока оказалась втрое больше расчетной, сулит хорошие перспективы применения данного метода для получения энергии на околоземной орбите даже тогда, когда космический аппарат находится в тени планеты и его солнечные батареи работать не могут», — заявил ведущий научный специалист проекта из Центра космических полетов им. Дж. Маршалла Ноби Стоун.
ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ XXI ВЕКА?..
После полета «Колумбии» в космос отправилась ракета-носитель «Титан-4», имевшая на борту в качестве секретной полезной нагрузки уже два спутника. 20 июня 1996 года они отделились от спутника-носителя и вышли на круговую орбиту с высотой 967 км и наклонением 63,4 градуса. В течение 4 минут две концевые массы, соединенные тросом, оказались разведенными на расстояние 3,98 км.
Конечно, это не 20 км, но все-таки… «Трос очень тонкий, и мы хотим знать, сколько недель, месяцев или лет он сможет простоять», — признался начальник отделения малых спутников в NRO полковник Майкл Рустан. И пояснил, что авария с тросом на «Колумбии» далеко не первое происшествие такого рода. По заказу NASA в 1993 и 1994 годах на вторых ступенях ракеты-носителя «Дельта» в космос были доставлены две тросовые системы для испытания их прочности. И если в первом случае результат оказался более или менее удовлетворительным, то во втором — трос, развернутый на длину около 20 км, порвался уже через 5 дней. «Возможно, в результате столкновения с микрометеоритом», — сделали заключение эксперты.
СВЯЗАННЫЕ ОДНОЙ НИТЬЮ...
В заключение заметим, что В. Белецкий и Е. Левин в упомянутой выше работе рассчитали условия, при которых можно не опасаться за целостность тросов и лент, используемых в космосе.
Стальная проволока, если ее подвесить над поверхностью Земли, разрывается уже при длине 20–50 км, писали ученые, углеродные волокна — 100–140 км, волокна кевлара — около 200 км, кварцевая нить — 280 км. Так говорит сопромат. На самом деле и 280 км — не предел.
Дело в том, что ускорение микротяжести неодинаково по всей длине. На низких орбитах, например, микротяжесть на конце троса длиной в 20 км составляет 0,9 % от земной тяжести, на конце 100-километрового троса всего лишь 4.5 %. Поэтому его максимальное натяжение намного меньше полного веса троса. И стало быть, его разрывная длина может быть существенно больше. Так, для стальной проволоки она получается равной 300–500 км, для углеродных волокон — 700–800 км, для кевлара — около 1000 км и для кварца 1200 км.
Правда, в космосе у длинных тросов есть безжалостный враг — микрометеориты и частицы космического мусора. Исследователи уже убедились на печальном опыте: вероятность, что такая частица перебьет тонкую нить, достаточно велика. Поэтому для надежности придется, видимо, в ряде случаев использовать не просто нити, но достаточно широкие ленты, которые будут сохранять свою прочность, даже пробитые микрометеоритами в нескольких местах. При такой конструкции и налаженной ремонтной службе можно гарантировать долговечность такого троса в течение многих лет.
…Но это все пока мечты. Возвращаясь же к нашей действительности, к вышесказанному вынуждены добавить следующее. Руководитель космических полетов Виктор Благов считает, что эксперимент «Трос» удастся провести на «Мире» уже в 2000 году. Но состоится он, скорее всего, лишь в том случае, если космонавты будут работать на «Мире» до осени.
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
ПОРА ВЫБРАСЫВАТЬ «ВИДАК»? Российские электронщики правильно поступили, когда прекратили заниматься изобретением отечественных видеомагнитофонов. 2000 год может стать последним в их истории. В лабораториях «Филипса» уже разработан и вот-вот будет выпущен в продажу прибор, который совершит революцию в видеотехнике и отправит все нынешние видеомагнитофоны на свалку.
Он будет способен автоматически фиксировать передачи, которые вам нравятся, и круглые сутки сканировать телеканалы, записывая в элементы памяти все то, что соответствует вашему вкусу. Никаких видеокассет не понадобится. Вместе с тем устройство настолько просто в обращении, что с ним сможет справиться даже младенец.
Первые модели могут хранить 16 часов записи, но уже разработаны приборы, где время удвоено, а в недалекой перспективе запись и хранение 1000 часов видеоинформации. Предполагается разработать модели, управляемые голосом и записывающие несколько разных передач одновременно. Кроме того, существует технология, позволяющая автоматически отсеивать при записи надоевшую всем рекламу.
КАК ДАВИД ПОБЕДИЛ ГОЛИАФА? Медицинское трактование известному библейскому мифу попытался дать израильский невропатолог, профессор Университета Бен-Гуриона Владитр Бергииер. Он провел историко-медицинскую экспертизу канонического текста и пришел к выводу, что великан Голиаф ростом в 2,9 м («о шести локтей и пяди») страдал акромегалией — гормональным нарушением, вызвавшим не только быстрый рост, но и сильное ослабление зрения. Так что, не исключено, Голиаф попросту не видел своего противника.
Если это так, то победа Давида сильно обесценивается. Поэтому сообщение ученого вызвало замешательство в среде знатоков Библии в Вечном городе, где сам верховный понтифик любит время от времени вспоминать знаменитый миф.
ШПИОНЫ СТАНОВЯТСЯ АСТРОНОМАМИ. Началось все с того, что несколько молодых астрономов Юго-Западного исследовательского института в Техасе прошли летную подготовку на авиационной баге в Эвардсе (штат Калифорния) и перешли к полетам на переоборудованном двухместном истребителе Ф-18 «Хорнет». В результате этих полетов выяснилось, что из кабины истребителя намного удобнее вести наблюдения за астероидом 2308 «Поликсо», поскольку в верхних слоях атмосфера намного меньше мешает астрономическим наблюдениям. Теперь вошедшие во вкус астрономы пытаются приспособить для своих целей и знаменитый самолет-шпион У-2, способный подниматься на высоту до 23 км.
В то же время выяснилось, что подобные полеты обходятся дешевле, чем запуски специальных астрономических спутников или эксплуатация самолетов-лабораторий, созданных на базе «Боинга-707» или «Боинга-747».
ЖИЗНЬ ОСТАВИТ НАС С НОСОМ? Продолжительность жизни можно увеличить примерно еще на треть, если… не ощущать ее запахов и вкуса. К такому парадоксальному заключению пришли исследователи из университета Сан-Франциско, изучавшие жизнь круглых червей — нематод. Коллектив исследователей под руководством профессора Сиитни Кеньон доказал, что черви способны жить значительно дольше, если у них отключить рецепторы, воспринимающие запахи и вкус пищи — они слишком сильно воздействуют на гормональную систему, вызывая дополнительные стрессы.
Эксперименты показали, что продолжительность жизни червей с отключенной запаховой сигнализацией увеличивается с двух с половиной недель до трех-четырех, что эквивалентно увеличению продолжительности человеческой жизни с 90 до 130 лег. Только что за радость в такой жизни?
ПРИВИВКА… СВЕТОМ. Это только в лесенке поется: «Я уколов не боюсь…» На самом деле мало на свете людей, которым бы доставляла удовольствие подобная процедура, даже если ее делают с помощью современного безыгольного инъектора. А потому, быть может, оказывается не так уж много охотников становиться в очередь за получением своей порции противогриппозной сыворотки.
И вот в НИИ лазерной биологии и медицины Харьковского университета разработали новый метод профилактики гриппа. На запястья пациенту надевают специальные браслеты-световоды, через которые кожу облучают тонким лазерным лучом. Потом светят еще тонким лазерным лучиком на несколько биологически активных точек — и иди гуляй. Сравнительные испытания показали, что после таких сеансов гриппом заболевает лишь 10 процентов школьников или курсантов, в то время как в контрольных группах чихать начинает каждый второй.
Пока сами исследователи толком не знают механизма воздействия лазерного луча на процессы жизнедеятельности организма. Эффект был замечен случайно, когда выяснилось, что пациенты, получавшие лазерные процедуры по поводу иных недугов, переставали болеть гриппом.
В настоящее время новый метод проходит всестороннюю проверку. Если его высокая эффективность подтвердится, то вскоре грипп будут лечить не таблетками да уколами, а лучами. А это, согласитесь, совсем другое дело…
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Услышать музыку небесных сфер…
… и поймать гравитационные волны надеются в скором будущем ученые Германии.
Эксперимент этот должен начаться в июне 2000 года в небольшой тихой деревушке Рутальд в 15 км к югу от Ганновера. О том, что здесь планируется проведение необычного опыта, свидетельствует лишь необычное для сельской местности сооружение — барак из сборных конструкций с отходящими от него двумя длинными сводчатыми туннелями из гофрированной жести. Цель опытов, как в шутку свидетельствует руководитель руководитель проекта Карлстен Дамстон, сотрудник Института атомной и молекулярной физики при Ганноверском университете, «поимка Нобелевской премии».
Впрочем, пожалуй, если участникам эксперимента действительно удастся зафиксировать гравитационные волны, их работа вполне может быть удостоена этой премии.
Если пользоваться научной терминологией, волны тяготения — это возмущения переменного гравитационного поля, которое излучается ускоренно движущимися (кавитационными массами и, подобно электромагнитному излучению распространяется в пространстве со скоростью света.
Природу этого явления трактует созданная А. Эйнштейном общая теория относительности, которая описывает тяготение как воздействие материи на свойства пространства и времени. Согласно этой теории, тяготение — есть искривление пространственно-временного континуума. Наглядно, так сказать, на пальцах проиллюстрировать, что это такое, практически невозможно. Мы способны представить себе разве что искривленную поверхность. Если, скажем, на растянутое полотнище из резины опустить груз (например, стальной шарик), то мы увидим, как оно прогнется, образовав углубление. Если же такой груз еще и движется, возникают колебания. При этом по полотнищу распространяются волны, подобно тому как по воде разбегаются круги от брошенного в нее камня.
Такая аналогия весьма приблизительна, но все же дает какое-то представление о предмете сегодняшнего разговора.
Поскольку пространство, в отличие от резинового полотнища, обладает, по словам ученых, очень высокой жесткостью, чтобы его искривить, требуются гигантские гравитационные поля, а значит, и массы. Ведь иного источника гравитации, нежели масса, мы пока не знаем.
Долгое время в земных условиях существование гравитационных волн пытались доказать с помощью калиброванных масс. Скажем, в эксперименте американского физика Вебера роль эталонов играли два массивных цилиндра, которые по идее должны были чуть-чуть сместиться друг относительно друга при прохождении волны.
Однако как ни пытались экспериментаторы зафиксировать это «чуть-чуть», им так и не удалось получить бесспорных результатов. Датчики фиксировали что угодно: сотрясения почвы от проехавшего в километре трамвая), сейсмические колебания, но никак не гравитационные волны.
Нынешний этап исследований отличается от предыдущих тем, что исследователи с самого начала настраиваются на фиксирование лишь самых сильных гравитационных всплесков — таких, например, какие случаются при глобальных вселенских катастрофах. Когда, скажем, где-то вспыхнет сверхновая звезда, что на практике означает взрыв очень массивного небесного тела (в сотни, а то и миллионы раз массивнее нашего светила). Соответственно при этом происходит разброс огромных масс и резкие, очень сильные возмущения гравитационного поля. А всплески, вызываемые астрофизическими катастрофами в нашей или соседних галактиках, происходят довольно часто, чуть ли не ежемесячно.
Такая частота повторения события вполне приемлема для физиков-экспериментаторов.
Гораздо хуже другое: длительность такого всплеска составляет порядка 0,001 или даже 0,0001 с. Самая же большая сложность регистрации гравитационных волн заключается в том, что амплитуда смещения датчика даже в этом случае должна лежать, по расчетам, в пределах от 10-19 до 10-21 м! Иными словами, если сверхновая вспыхнет в нашем Млечном Пути, то расстояние между Солнцем и Землей изменится лишь на диаметр одного водородного атома! И чтобы засечь такое смещение, нужно немало потрудиться…
Детектор, монтируемый в окрестностях Ганновера, базируется на лазерных интерферометрах. В самом общем виде схема выглядит так.
Испускаемый лазером луч с помощью специального устройства делится пополам. Оба луча расходятся друг от друга под прямым углом. Каждый из них проходит внутри вакуумной трубы путь длиной 600 м. В конце он отражается от зеркала и возвращается в исходную точку. Накладываясь друг на друга, пришедшие лучи создают интерференционную картину, узор которой сохраняется неизменным до тех пор, пока не меняется расстояние, преодолеваемое лучами. Но если Земля окажется на пути гравитационной волны, теоретически длина одной из вакуумных труб на мгновение чуть-чуть уменьшится, а другой чуть увеличится. Этого должно оказаться достаточно, чтобы интерференционная картина изменилась.
Кроме того, частоты гравитационных волн согласно расчетам должны находиться в звуковом диапазоне. Это обстоятельство навело экспериментаторов на идею транслировать «музыку сфер» через динамики с таким расчетом, чтобы можно было даже на слух воспринять какие-то изменения.
Карлстен Дамстон полагает, что обнаружение гравитационных волн даст ученым дополнительные сведения об окружающем нас мире. Ведь сегодняшние методы изучения Вселенной базируются на регистрации лишь электромагнитного излучения; все на свете телескопы — рентгеновские, оптические или радио — фиксируют только их. А стало быть, мы практически ничего не знаем о тех объектах Вселенной, которые не излучают электромагнитных волн. Быть может, поэтому мы до сих пор так и не можем обнаружить скрытую массу? А ведь согласно вычислениям теоретиков все звезды, галактики, скопления составляют не более 10 процентов от общей массы Вселенной.
Вот бы обнаружить остальное.
НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ
Дирижабли завтрашнего дня
Последние лет пятьдесят о дирижабле принято писать только хорошее. Нет недостатка и в грандиозных проектах — от гигантских дирижаблей для перевозки природного газа до ракетоносцев с ядерным двигателем. Однако реально же их используют для рекламы и туризма. Американцы применяют еще несколько дирижаблей для поиска подводных лодок. Вот, пожалуй, и все. Почему?
Поделиться книгой: