Юный техник, 2000 № 05

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»

_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}

№ 5 май 2000

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

МФИ — в воздухе!.

29 февраля 2000 г. на аэродроме Летного испытательного института имени Громова в подмосковном Жуковском журналистам СМИ был продемонстрирован в полете многофункциональный истребитель (МФИ), созданный сотрудниками фирмы «МиГ». Полету предшествовали довольно интересные события…

Так выглядит МиГ-142. Бортовая импульсно-доплеровская РЛС пятого поколения с фазированной антенной решеткой и электронным сканированием диаграммы направленности позволяет эффективно вести дальний воздушный бой, не видя противника, и атаковать свыше 20 воздушных целей одновременно.

Специально для МФИ разработаны управляемые ракеты большой дальности класса «воздух — воздух» и «воздух — поверхность», реализующие принцип «пустил — забыл». Вместе с тем сохраняется встроенная 30-мм пушка. Кроме того, на внешних узлах подвески истребитель может нести любые виды ракетно-бомбового вооружения, используемого самолетами ВВС РФ.

Смена поколений истребителей происходит примерно один раз в 15–20 лет. Отечественные самолеты четвертого поколения — Су-27 и МиГ-29 — поднялись в воздух в 1977–1978 гг., тогда же вышел на летные испытания их французский конкурент «Мираж-2000». Несколькими годами раньше совершили свои первые полеты американские F-15 «Игл» и F-16 «Файтинг Фалкон». Все эти машины, обладающие сходными боевыми возможностями, сегодня составляют основу самолетного парка военно-воздушных сил развитых авиационных держав, а производящие их фирмы более десяти лет делят между собой основные авиационные рынки мира.

В сентябре 1997 г. в мире произошли события, по значимости соизмеримые разве что с постройкой в начале века линейного корабля принципиально нового типа «Дредноут», ознаменовавшей конец эпохи классических броненосцев. 7 сентября поднялся в воздух американский опытный боевой самолет пятого поколения Локхид-Мартин F-22A «Рэптор», а 25-го в хмурое подмосковное небо взлетел его российский соперник — сверхманевренный малозаметный истребитель ОКБ имени Сухого С-37 «Беркут» — изящная машина фантастических очертаний, выкрашенная в черный цвет, как будто вышедшая из виртуальных «звездных войн».

Конец зимы 2000 г. опять-таки ознаменовался двумя событиями, с интересом встреченными авиаторами всего мира. Во-первых, самолет с обратной стреловидностью С-37 совершил свой первый сверхзвуковой полет. Во-вторых, в воздух впервые поднялся сверхманевренный истребитель МФИ, созданный в ОКБ имени Микояна; он же для большей секретности обозначаемый еще и как «изделие 1.44» или МиГ-142.

Это означает, что наша авиационная промышленность преодолела кризис и вслед за США практически приступила к созданию истребителей пятого поколения.

Самолет МиГ-3. Этот высотный истребитель-перехватчик осуществлял защиту нашего неба 55 лет назад — в грозные годы Великой Отечественной войны. В первые же дни после ее начала по предложению С.П.Супруна из летчиков-добровольцев, занимавшихся испытаниями новой техники, были сформированы два полка особого назначения. Укомплектовали их именно самолетами МиГ-3. Всего же за годы Великой Отечественной войны было выпущено 3300 машин.

Авиационные эксперты полагают, что самолету пятого поколения присущи такие принципиальные качества, как сверхманевренность, способность выполнять длительный сверхзвуковой крейсерский полет на бесфорсажном режиме работы двигателей, малозаметность в радиолокационном и инфракрасном диапазонах, возможность эксплуатации с коротких взлетно-посадочных полос и способность эффективного ведения воздушного боя вне визуального контакта с противником. Считается также, что в конструкции истребителя пятого поколения должна широко применяться технология «стелс», позволяющая машине оставаться невидимой для радаров противника и успешно преодолевать систему противовоздушной обороны.

— Полет, который мы все так долго ждали, прошел на удивление буднично, — делился с журналистами летчик-испытатель фирмы «МиГ», Герой России Владимир Горбунов. — Машина оказалась очень послушной, хотя очевидно, что по своим пилотажным качествам это принципиально новый самолет. Самолет обладает сверхманевренностью, что в немалой степени связано с использованием двигателей Чепкина с поворотным вектором тяги. Машина также интересна тем, что способна держать крейсерский сверхзвуковой режим на малой высоте. Малая отражающая поверхность самолета, его практическая невидность на экране радара достигается и конфигурацией планера, и применением специального покрытия…

А ведь, если помните, создание этой машины началось с громкого скандала. Ряд средств массовой информации выступили с обвинениями в адрес генерального директора авиационного научно-производственного комплекса (АН ПК) «МиГ» Михаила Коржуева, заявив, что самолет, показанный в Жуковском 12 января 1999 г., отнюдь не является настоящим истребителем пятого поколения, а всего лишь фанерный макет.

Теперь страсти поутихли — «московская фанера» на самом деле начала летать.

— МФИ представляет собой одноместную машину, выполненную по аэродинамической схеме «утка» с цельноповоротным передним горизонтальным оперением, среднерасположенным треугольным крылом и V-образным хвостовым оперением, — пояснил на пресс-конференции генеральный директор Коржуев. — В России такая аэродинамическая схема при проектировании реактивных машин реализована впервые.

Между тем оппоненты «МиГа» насчитали семь конструктивных особенностей МФИ, несовместимых, по их мнению, с технологией «стеле». Это и отсутствие прицельно-навигационного комплекса (ПРНК), комплекса радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и бортовой радиолокационной станции (РАС)… А кроме того, традиционная форма воздухозаборников, отсутствие внутрифюзеляжного отсека для ракетного оружия, наличие пилонов внешней подвески, обычные обшивка и окраска, традиционные (круглые) сопла двигателей. И стало быть, данная машина не может считаться истребителем пятого поколения.

Самолет С-37 «Беркут» выполнен по схеме «неустойчивый горизонтальный триплан», оснащенной крылом обратной стреловидности. Впервые в отечественном самолетостроении и одним из первых в мире специалистам ОКБ удалось совместить в конструкции одной машины сверхманевренность, сверхзвуковую крейсерскую скорость и малую заметность в радиолокационном и инфракрасном диапазонах. В планере «Беркута» широко использованы новые конструкционные материалы и технологии. Например, крыло на 90 % изготовлено из углепластика.

По сообщениям печати, первый опытный самолет оснащен «временной» силовой установкой, состоящей из двух двигателей Д-30Ф6 (подобные ТРДЦФ тягой по 15 500 кгс применяются на серийных перехватчиках МиГ-31). Однако в дальнейшем истребитель должен получить штатные двигатели нового поколения, имеющие систему управления вектором тяги. Применение УВТ в сочетании с ультрасовременной аэродинамикой, а также рекордной тяговооруженностью должно обеспечить самолету уникальные маневренные характеристики как на дозвуковых, так и на сверхзвуковых скоростях.

Сразу же отметим, что предположение об отсутствии прицельно-навигационного комплекса вряд ли соответствует истине, ведь под обшивку носового отсека никто не заглядывал. А самим представителям фирмы дать детальные объяснения не представилось возможным, поскольку все данные по самолету за исключением внешнего вида пока засекречены. Было лишь заявлено, что МФИ способен вести дальний воздушный бой и атаковать свыше 20 воздушных целей одновременно.

Вполне очевидно, что на начальном этапе испытаний МФИ не нуждается в полном комплекте бортовой электроники. Главное — наличие средств связи, навигации и аппаратуры инструментального захода на посадку (такой подход реализован и у трех опытных F-22).

Летчик-испытатель С-37 И.Вотинцев.

Теперь что касается воздухозаборников. На F-22 — боковые подкрыльевые воздухозаборники ромбовидного сечения. У МФИ они прямоугольной формы и расположены под фюзеляжем. Однако по большому счету форма воздухозаборников мало на что влияет. Основное — это наличие S-образных каналов для экранирования компрессоров двигателей, что дает резкое снижение отражения радиосигнала в передней полусфере. У версии 1.44 такие каналы есть, хотя профиль их искривления выражен не столь явно, как у американского аналога. А вот внутрифюзеляжный отсек для ракет у представленной версии МФИ действительно отсутствует.

Возможно, он появится на следующем опытном изделии. Тогда же уберут пилоны внешней подвески ракетного вооружения.

Что касается обычных обшивки и окраски, то, по словам генерального директора АНПК «МиГ», даже без них эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) самолета составляет 0,1 кв. метра. Так что покрытие поверхности планера специальными радиопоглощающими материалами может быть проведено и позже.

Традиционные же (круглые) сопла появились вот почему. Действительно, на F-22 сопла плоские, с регулированием поперечного сечения. Это снижает инфракрасную заметность этого самолета со стороны задней полусферы. Однако разработчики МФИ отказались от подобного решения, так как двигатель АЛ-41Ф с плоским соплом в 2,5 раза тяжелее традиционного с соплом круглой формы. К тому же это привело бы к снижению мощности силовой установки на 10–14 %. Для снижения инфракрасной заметности МФИ в задней полусфере использованы технические решения, реализованные в конструкции двигателя АЛ-41Ф. В частности, применяется система охлаждения, уменьшающая температуру истекающих газов.

Самолет «Рэптор» построен по нормальной аэродинамической схеме с высокорасположенным трапециевидным в плане крылом и хвостовым оперением, включающим широко разнесенные, наклоненные наружу кили с рулями направления и цельноповоротные стабилизаторы. Конструкция истребителя соответствует критериям технология «стелс». Малая радиолокационная заметность обеспечивается за счет малоотражающих форм планера, поверхности которого ориентированы в нескольких строго ограниченных направлениях, а также благодаря применению радиопоглощающих материалов и покрытия. Минимальная ЭПР в курсовой плоскости составляет, по оценкам, приблизительно 0,1 м2. В конструкции планера широко использованы полимерные композиционные материалы, включая термопластичные (12 %) и термореактивные (10 %) углепластики.

Следует отметить, что на МФИ применен ряд новейших технологических решений. В частности, устойчивость пилота к перегрузкам (при маневре на сверхзвуке) оптимизирована за счет использования специальных компенсационных костюмов. На первом экземпляре самолета спинка кресла адаптирована к перегрузкам и отклоняется таким образом, чтобы обеспечить максимальную работоспособность пилота.

Безусловно, заявляя о создании российского истребителя пятого поколения, генеральному директору АНПК «МиГ» Михаилу Коржуеву следовало бы оговориться, что публике пока что представлен экспериментальный самолет, который ляжет в основу последующих разработок по данной теме. Но разве можно упрекнуть руководителя одного из ведущих авиационных ОКБ в том, что он забежал вперед? Не имея денег на дальнейшую работу, ему было важно подчеркнуть то, что микояновское ОКБ живет и имеет перспективные наработки, достойные внимания как своего правительства, так и зарубежных инвесторов.

Для получения летного сертификата МФИ необходимо пройти программу летных испытаний продолжительностью 1000 часов. Одним из важнейших вопросов станет доведение двигателя АЛ-41Ф, по которому получены все заявленные параметры, кроме ресурса. По итогам предварительных испытаний он составил 50 часов, а не 300 часов, как хотелось бы. Поэтому для сокращения продолжительности летных испытаний они будут проводиться по комплексной программе.

Итак, невзирая на все неурядицы и безденежье, Россия вновь подтвердила статус авиационной сверхдержавы. В области военного самолетостроения у нас сегодня лишь один стоящий соперник — США. Все остальные лидеры мирового авиастроения — Объединенная Европа со своим «Еврофайтером», Франция, в гордом одиночестве создающая изящный «Рафаль», Швеция с готическим «Грипеном» — остались во втором эшелоне. Их самолеты, несмотря на передовые технические решения, современное вооружение, все-таки останутся техникой конца века.

Они могут конкурировать с модернизированными Су-27, МиГ-29, F-15 и F-16, в чем-то даже опережать их. Однако будущее принадлежит не им. Этот факт, безусловно, будет определять расклад военных сил в следующем десятилетии, а следовательно, безопасность и международный вес нашей страны.

В.ЧЕТВЕРГОВ, инженер

ИНФОРМАЦИЯ

ИСПОЛНИЛОСЬ ПОЛВЕКА Ковровскому механическому заводу, где выпускают всем известные мотоциклы, а также стрелковое оружие, ручные гранатометы и другое оружие. Здесь также разработаны вертолетные крупнокалиберные пулеметы, способные посылать 5000 пуль в минуту, противотанковые ракеты и многие другие современные средства боя. Одна из последних новинок — 5.45-миллиметровый автомат, который по всем статьям превосходит знаменитый АКМ. Сегодня его модернизируют под патрон НАТО с тем, чтобы это оружие можно было продавать не только на внутренних, но и на международных рынках. Эксперты уже окрестили его «автоматом XXI века». Вместе с тем, завод продолжает выпускать и товары народного потребления. В числе последних новинок — пистолет для монтажно-строительных работ и другие полезные инструменты.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС БЕЗОПАСНОСТИ судов предложили народному хозяйству сотрудники НИИ им. Крылова из Санкт-Петербурга. Раньше подобный комплекс использовался лишь для оценки аварийного состояния подлодки, находящейся в плавании. Эта работа была проведена после всем известного печального случая с подлодкой «Комсомолец», когда экипаж оказался не в состоянии правильно оценить опасность, что в конце концов и привело к трагедии. Обычно подобные лабораторные исследования работоспособности тех или иных агрегатов производятся лишь на тихой воде.

Новая программа позволяет даже в бурном море проводить оценки крена, дифферента и других характеристик остойчивости корабля в реальных условиях. Система может работать с программой, которая одновременно оценивает и пожаробезопасность судна. А если пожар уже начался, подсказывает капитану, какие именно действия, в каком порядке должен произвести экипаж, чтобы справиться с огнем.

ПАКЕТ ЖИЗНИ — так назвал разработку Всероссийского центра медицины катастроф «Защита» его представитель Александр Александрович Трубин.

— Центр наш знаменит прежде всего своими передвижными госпиталями, которые развертываются в местах катастроф вместе с первым самолетом и начинают свою работу уже через несколько часов после его приземления, — пояснил он. — Однако, на мой взгляд, вот этот пакет, который весит всего 200 г и стоит порядка 10 рублей, может спасти отнюдь на меньше жизней, чем даже самый лучший госпиталь…

В полиэтиленовый пакет аккуратно упакованы пластиковая накидка, респиратор, бахилы и индивидуальный дозиметр. Словом, как раз то, что нужно человеку, чтобы он мог выбраться из района радиоактивного заражения с минимальными потерями для здоровья. Если бы такие пакеты в свое время были доставлены с первым же самолетом в Чернобыль, количество смертей и болезней среди людей, попавших в зону заражения, было бы как минимум на порядок меньше. А сама зона уменьшилась бы на многие сотни гектаров. Ведь люди, в срочном порядке эвакуируемые из района Чернобыля, разносили радиоактивную пыль на своей собственной одежде и обуви. Лишь немногие потом ее уничтожили, закопали поглубже. Большинство даже как следует почистить ее от радиоактивной пыли не догадались…

ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ КАТАСТРОФУ у французского побережья вследствие разлития нефти из аварийного танкера «Эрика» помогли предотвратить российские специалисты. Они предложили использовать д ля сбора нефти разработанный ими биосорбент, который в отличие от зарубежных работает эффективнее при низких температурах и без присутствия кислорода (скажем, не морском дне), обеспечивая быстрое разложение нефти не безвредные компоненты. Для очистки 1 т нефти необходимо всего 100 кг сорбента, в то время как американского аналога на это же надо около 1000 кг.

ДАЖЕ ШКОЛЬНИКАМ ИЗВЕСТНО: чтобы химическая реакция шла быстрее, надо при прочих равных условиях повысить поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Попросту говоря, измельчить вступающие в реакцию вещества. С такой справки начала свой рассказ генеральный директор научно-производственной компании «Нанобиохим» Елена Михайловна Егорова.

В последние годы в науке и медицине успешно применяются ультрамалые металлические частицы наноразмеров (напомним, что приставка «нано» означает одну миллиардную долю). Как оказалось, наночастицы служат весьма эффективными катализаторами в химических и фотографических процессах, в фильтрах для очистки питьевой воды, при создании металлополимерных материалов…

Однако измельчить металл до наноразмеров не такая уж простая задача: обычные мельницы для этого не годятся — «помол» получается чересчур грубым. Вот тогда химики и призвали на помощь биологически активные вещества — растительные пигменты из группы флаваноидов, образующие специфические соединения с ионами металлов. То есть, говоря проще, химики решили не измельчать далее металлический порошок, а, напротив, получать наночастицы путем выращивания их из растворимых солей различных металлов — серебра, цинка, меди, железа…

При этом, как выяснилось, достигается не только научная, но и практическая польза. Скажем, когда в обычную водоэмульсионную краску добавили малую толику наночастиц серебра, она, кроме всего прочего, приобрела повышенную бактерицидную активность. Если покрасить ею стены и потолок в операционной, то стерильность помещения сохраняется в течение нескольких месяцев, а то и лет.

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ. «Всем известно, как покупают пельмени, — говорит заведующий лабораторией скороморозильных аппаратов Всероссийского НИИ холодильной промышленности, член — корреспондент РИА Илья Ильич Судзиловский. — Прежде всего надо взять коробку, потрясти. Если в ответ раздастся характерный дробный стук, значит, все в порядке — пельмени хорошо проморожены, не испортились при хранении. Но мало кто знает, что достичь оптимальной проморозки изготовленных пельменей не такая простая задача».

Чтобы не только пельмени, но и ягоды, грибы, резаные овощи и фрукты равномерно и быстро промораживались, сотрудники института додумались соединить вместе холодильник и… барабан. Конечно, не музыкальный инструмент, а просто цилиндрическую решетчатую емкость, в которую засыпают продукты. Равномерно вращаясь, барабан обеспечивает не только качественное промораживание, но и так называемую галтовку — уплотнение поверхностного слоя для лучшей сохранности продукта. Здесь также разработаны аппараты для «закалки» мороженого, которое после такой обработки лучше хранится и дольше сохраняет свои вкусовые качества.

РАЗБЕРЕМСЯ НЕ ТОРОПЯСЬ

Какой ток лучше?

Еще в древности, за 600 лет до нашей эры, было замечено: потертый о шерсть кусок янтаря притягивает пушинки и другие легкие предметы. От греческого слова «электрон», означающего «янтарь», и был впоследствии образован термин «электричество». Ио заметное продвижение в изучении электрических явлений началось только в XVIII веке.

В 1752 году М. Ломоносов вместе с Риманом начат исследования атмосферного электричества (Риман погиб при этих опытах) и обосновали идею «громоотвода». Развитие электротехники шло по нарастающей, и уже к концу века появились гальванические источники, а в XIX столетии началась эра электрических машин постоянного тока. Целесообразность применения последнего стала очевидной после работ Яблочкова, Доливо-Добровольского и Теслы по созданию трансформаторов и многофазных систем — до того полвека царствовал ток постоянный, любимое детище американца Эдисона. Между ним и сербом Теслой разгорелась ожесточенная дискуссия.

Художник Ю.Сарафанов

Эдисон, выступая в конгрессе с перечнем достоинств своего любимца, ссылался также и на его большую гуманность — менее мучительную смерть жертвы электрического стула. В качестве рекламы своей компании Эдисон подключил к специальной, высокостабильной аккумуляторной батарее одну, тщательно изготовленную лампу накаливания и выставил ее на всеобщее обозрение. Она непрерывно горела десятки лет и вышла из строя уже после смерти изобретателя в 1931 году. Конкуренты днем и ночью бдительно контролировали ее свечение — малейший перерыв в работе (подмена, ремонт) грозил эдисоновской фирме огромными убытками и потерей престижа.

И тем не менее «победить» переменный ток — основу радио, телевидения не удалось, и ныне оба вида электроэнергии мирно соседствуют, дополняя друг друга: большая ее часть вырабатывается на переменном, а потребляется (до 80 %), наоборот, на постоянном токе (транспорт, электролиз, привод).

Почему же возникло такое различие в подходах. Машины постоянного тока имеют великолепные рабочие характеристики: благоприятные зависимости момента, оборотов от нагрузки, простую и плавную регулировку скорости, удобный пуск.

Именно это требуется для транспорта и мощного электропривода. Однако любой агрегат постоянного тока имеет один крупный и принципиальный недостаток, имя ему — коллектор. Так называют механический переключатель тока из изолированных друг от друга медных пластин, вращающихся вместе с якорем. Создавать двигатель постоянного тока, лишенный коллектора со щетками, нельзя, хотя изобретатели, недостаточно осведомленные в электротехнике, вот уже сто лет не перестают этим заниматься, уподобляясь «творцам» вечных двигателей.

Поэтому электроэнергия на ТЭС, ГЭС, АЭС вырабатывается с помощью бесколлекторных, в сотни мегаватт, машин переменного тока, который потом уже у потребителя при необходимости выпрямляют.

Другим недостатком постоянного тока является невозможность простого и экономного изменения его напряжения с помощью трансформаторов, как это делается в сетях переменного тока. Общая мощность этих многочисленных простых аппаратов в десятки раз больше, чем у генераторов всех электростанций. К примеру, в вашей квартире вы пользуетесь напряжением 220 В, а к Москве от волжских ГЭС приходит 500 000 В. И много трансформаторных ступенек надо преодолеть току, чтобы попасть в вашу лампочку.

Тем не менее до открытий Доливо-Добровольского и Теслы для транспорта, воленс-ноленс, использовался постоянный ток. Первая такая ЛЭП была построена в 1874 году русским инженером Ф. Пироцким и имела длину всего один километр. В 1882 году француз М. Депре осуществил передачу от динамо-машины примерно двух киловатт при напряжении 1500–2000 В на расстояние 57 км. Однако после появления переменного тока и трансформаторов для передачи энергии стал, понятно, использоваться исключительно переменный ток.

На рисунке 1 изображена обычная блок-схема такой передачи.

Здесь генераторы 1 на электростанции, вращаемые паровыми или гидравлическими турбинами Т, выдают электроэнергию напряжением порядка 15–20 кВ, которое повышается трансформатором 2 до 100–500 кВ с соответствующим уменьшением тока, затем по линии 3 оно попадает на понижающий трансформатор 4 и распределяется потребителям 5. Но по мере роста протяженности воздушных и кабельных сетей, увеличения передаваемой мощности проявились и негативные стороны таких простых передач. Индуктивность проводов существенно увеличивала падение напряжения в воздушных линиях, их максимальная мощность стала определяться пределами устойчивости синхронной работы генератора и двигателей потребителя; огромные зарядные (паразитные) токи снижали эффективность кабельных линий, в их изоляции росли диэлектрические потери.

Всех этих негативных явлений принципиально не может быть при передаче энергии постоянным током. Поэтому с середины века вернулись к разработкам и сооружению передач постоянного тока (ППТ). Их принципиальная блок-схема представлена на рисунке 2.

Как видим, она отличается от рассмотренной выше тем, что повышенное трансформатором 2 напряжение выпрямляется преобразователем 3 и полученный постоянный ток, пройдя по линии 4, преобразуется в переменный в преобразователе (инверторе) 5 и после понижающего трансформатора 6 поступает в приемную энергосистему 7. При таком способе можно не считаться с индуктивностью проводов линии 4, а характерные для переменного тока пределы устойчивой работы передачи отсутствуют.

При использовании кабеля исчезают диэлектрические потери в его изоляции и паразитные зарядные токи — ведь полярность напряжения постоянна, а не меняется сто раз в секунду, как в ЛЭП переменного тока.

Однако эти великолепные достоинства, как и любые иные, даром не даются. Необходимы довольно дорогие и сложные преобразователи. Первая промышленная кабельная ППТ была сооружена между Швецией и о. Готланд (100 км, 100 кВ, 20 МВт) в 1954 году (рис. 3).