Юный техник, 2014 № 08

Вокруг да окало

Однако, согласитесь, действие антигравитации в далеком космосе, на окраинах Вселенной, не так интересно, как, скажем, антигравитационный двигатель, которым можно пользоваться. И попытки создать его делаются.

Например, мы уже писали (см. «ЮТ» № 7 за 2010 г.) о так называемом «эффекте Казимира», названном в честь физика Хендрика Казимира, предсказавшего его в 1948 году. Между двумя металлическими пластина

ми, помещенными в вакуум и отстоящими друг от друга на миллиардные доли метра, возникает отрицательное давление, заставляющее их сближаться.

Это происходит потому, что пустое пространство на самом деле не совсем пусто. Оно буквально кипит от множества частиц, постоянно возникающих и исчезающих в очень короткие масштабы времени. Согласно квантовой теории, частицы можно также рассматривать и как волны. Между пластинами эти волны начинают напоминать колеблющиеся струны: возможны лишь такие колебания, половина длины волны которых целое число раз укладывается на струне. Между пластинами энергии меньше, чем снаружи. Если снаружи вакуум находится в нулевом энергетическом состоянии, то между пластинами должна быть отрицательная энергия. Она и создает «антигравитацию».

«Эффект Казимира» был подтвержден экспериментально в 1997 году сотрудниками Лос-Аламосской национальной лаборатории США. Но пока создаваемая сила очень мала. Она может стать подспорьем лишь в наноинженерии. Однако «антиказимиров эффект» не имеет никакого отношения к изменению самой гравитации и потому не является антигравитацией.

Еще один интересный эффект подметил российский физик Евгений Подклетнов. В статье 1996 года он сообщал, что объекты, помещенные над вращающимся сверхпроводящим диском, теряют 2 % своего веса. Подклетнов и его группа наткнулись на антигравитационный эффект неожиданно, работая со сверхпроводниками — материалами, теряющими все сопротивление электромагнетизму при сверхнизких температурах.

Группа проводила испытания, пользуясь быстро вращающимся диском из сверхпроводящей керамики, подвешенным в магнитном поле трех электрических катушек. Вся установка помещалась в низкотемпературный сосуд, называемый криостатом. «Один из моих друзей закурил трубку, — рассказывал сам Подклетнов. — Он пускал дым на криостат, и мы заметили, что дым все время поднимается к потолку. Это было забавно, причем мы не могли найти объяснение данному эффекту». Испытания выявили небольшое падение веса объектов, помещенных над установкой, как будто происходило экранирование объекта от влияния гравитации. Исследователи обнаружили, что даже давление воздуха над прибором слегка падает.

Схема установки Казимира.

Тем не менее, многие считают, что с опытами группы Подклетнова не все гладко. За прошедшие с публикации статьи почти 20 лет никто не смог воспроизвести описанные результаты, хотя такие попытки предпринимали исследователи из международных университетов и таких организаций, как Boeing, BAE Systems и даже NASA. Никто не достиг успеха в своих попытках.

Впрочем, даже если эффект в самом деле существует, он может не иметь прямого отношения к сверхпроводящему диску. На самом деле этот эффект создается магнитными силами, которые фокусируются и проводятся диском при вращении. На рисунке можно видеть, что три соленоидных магнита образуют сверхпроводящее кольцо, позволяя ему слегка подниматься. А магнитная левитация известна уже давно, даже практически используется в поездах на магнитной подушке.

…И все же работы, касающиеся феномена антигравитации, продолжаются. Со времен Исаака Ньютона известно, что яблоки падают вниз, а не вверх. Возможно, подходит время что-то в этом извечном законе подправить. И тогда произойдет переворот в транспорте, энергетике, даже в управлении погодой.

Профессор Майкл Доузер из ЦЕРНа говорит: «Принцип эквивалентности гласит, что все предметы падают в гравитационном поле с одинаковым ускорением. Это мы и будем проверять в своих экспериментах. И если падение антивещества будет отличаться от падения обычной материи в гравитационном поле Земли, произойдет революция в физике».

3. СЕВЕРЦОВ

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

«Летучие голландцы»

Издавна среди моряков бытует легенда о «Летучем голландце» — корабле, который плавает по морям-океанам без команды на борту. Похоже, эта легенда может стать реальностью.

Британская компания Rolls-Royce приступила к разработке проекта безэкипажных грузовых судов с дистанционным управлением. Такие сухогрузы и контейнеровозы помогли бы операторам сэкономить на содержании экипажей и топливных расходах.

Разработкой проекта занимается подразделение компании — Blue Ocean. С контейнеровозов планируется убрать капитанский мостик, надстройки, жилые помещения для экипажа, системы водораспределения, канализации и кондиционирования… Благодаря этому дистанционно управляемые суда при схожих размерах будут примерно на 5 процентов легче кораблей с экипажем. Эти же контейнеровозы будут потреблять до 15 процентов меньше топлива, но благодаря освобождению дополнительного пространства смогут перевозить больше грузов. Правда, для обеспечения высокой надежности потребуется продублировать многие систе-

мы управления и контроля окружающего пространства. Тем не менее, в одном из своих интервью журналистам Оскар Левандер, вице-президент Rolls-Royce по инновациям в судовом машиностроении, заявил, что современный уровень технологий позволяет создать дистанционно управляемые суда с уровнем надежности не меньшим, чем у судна с экипажем.

При этом намечается немалая экономия. В частности, содержание экипажа крупного контейнеровоза во время плавания в среднем обходится в 3 300 долларов в день. Это составляет примерно 44 процента всех операционных расходов на перевозку грузов морем. Кроме того, компьютерные системы безэкипажных судов смогут рассчитывать оптимальные параметры плавания и снижать расход топлива. По мнению экспертов Rolls-Royce, такие типы судов также позволят снизить уровень пиратства, поскольку у них на борту некого будет брать в заложники, а бортовые системы управления обещают защитить от взлома столь же надежно, как и банковские сейфы. Так что запросто угнать такое судно не удастся, тем более что береговая охрана тоже не дремлет.

К сказанному остается добавить, что предложения по созданию безэкипажных гражданских судов появились еще в прошлом веке, однако первые практические шаги в этом направлении были предприняты лишь несколько лет назад. Пионером в этой области стал проект MUNIN (Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks — «морская безэкипажная навигация посредством информации в Сетях»). Его реализацией занимаются девять компаний во главе с немецкой Fraunhofer CML при финансовой поддержке Евросоюза. Бюджет проекта оценивается в 3,8 млн. евро.

Безэкипажное грузовое судно.

К настоящему времени в рамках проекта в Гамбурге был создан пост управления, оснащенный навигационными приборами, штурвалом, панелями управления и мониторами высокой четкости, имитирующими круговой обзор. Предполагается, что на эти мониторы будет выводиться изображение с дистанционно управляемого судна, которое получит имя Automat Seaways. Бортовые системы корабля будут регистрировать и анализировать температуру забортной воды и воздуха, скорость и направление ветра, волнение, данные о подводных препятствиях и надводных объектах и передавать их в наземный центр управления. В перспективе будет возможна и автономная работа корабля.

Когда именно судно отправится в путь, пока неизвестно. Имеется лишь художественное описание, как именно может выглядеть такое плавание. По сюжету рассказа, контейнеровоз длиной 200 м с грузом бумажного сырья массой 317 500 т весенним утром выйдет из Гётеборга в Швеции и направится в Кейптаун в ЮАР. Управлять судном будет оператор из Виго в Испании. Правда, поскольку в проливе Каттегат, на берегу которого стоит Гётеборг, судоходство довольно насыщенное, выводить Automat Seaways в открытое море придется лоцману, находящемуся непосредственно на борту.

После того как контейнеровоз выйдет за пределы зоны активного судоходства, лоцмана с судна заберет катер или вертолет, а дальше плавание будет идти в режиме дистанционного управления. Через 15 дней плавания радар судна обнаружит прямо по курсу на удалении 24 миль скопление рыбацких лодок и подаст соответствующий сигнал на центральный пульт управления. Оператор, оценив обстановку, даст команду на изменение курса в обход рыбаков. При подходе к Кейптауну управление Automat Seaways снова возьмет на себя местный лоцман, который и приведет судно в порт.

Проект корабля MUNIN и его капитанского мостика.

Схема дистанционного управления судном.

Завершение проекта MUNIN запланировано на сентябрь 2015 года. Когда именно безэкипажные суда появятся в Мировом океане, разработчики MUNIN прогнозировать не берутся. «Технически решить поставленную задачу несложно, но на практике потребуются годы, прежде чем безэкипажные суда реально выйдут в океан, — полагают эксперты. — Ведь Rolls-Royce и другим компаниям в первую очередь придется добиваться изменения морского законодательства».

Дело в том, что за регулирование мореходства отвечает Международная морская организация (IMO) ООН. Правила, разработанные IMO, пока не подразумевают использование безэкипажных судов. Далее, каждое судно, отправляющееся в плавание, и его груз должны быть застрахованы. Поскольку морское законодательство не оговаривает безэкипажные суда как класс, найти страховую компанию, которая возьмется их страховать, будет непросто. По той же причине перемещение в международных водах безэкипажных кораблей будет считаться незаконным.

В общем, все эти и еще многие проблемы придется урегулировать прежде, чем современные «летучие голландцы» появятся в Мировом океане.

Публикацию подготовил С. НИКОЛАЕВ

Кстати…

А ВОЕННЫЕ НЕ ДРЕМЛЮТ…

Если гражданские специалисты только начинают проектирование безэкипажных судов, то в интересах военных подобные разработки ведутся довольно давно. Например, в начале февраля 2014 года израильская госкомпания Israel Aerospace Industries объявила о создании надводного патрульного робота Katana. Этот робот может быть использован для автономной охраны морских платформ, входов в порты и военно-морские базы и патрулирования территориальных вод. Katana способен обнаруживать и классифицировать надводные цели, а также обеспечивать их сопровождение и перехват.

В августе прошлого года американская компания Swiftships Shipbuilders провела испытания прототипа надводного катера-робота Anaconda, предназначенного для наблюдения, доставки боеприпасов и провизии, а также эвакуации военных. Новый робот сможет действовать в трех режимах: в первом управление будет осуществляться человеком на борту, во втором — дистанционно, а в третьем Anaconda сможет действовать автономно в соответствии с программой и данными, поступающими с различных сенсоров.

Студенты и преподаватели Нового университета Лиссабона разработали проект «сумчатой воздушно-поверхностной команды роботов для экологического контроля рек» (Marsupial Surface-Aerial Robotic Team for Riverine Environmental Monitoring) RIVERWATCH.

В состав этой «команды» входят надводный автономный катамаран и беспилотный летательный аппарат, созданный по схеме мультикоптера. Этот роботизированный комплекс должен будет самостоятельно передвигаться по рекам, собирать данные об экологии и передавать их в центр управления.

В своей работе специалисты по созданию морских роботов опираются на опыт конструкторов БЛА — беспилотных летательных аппаратов. В авиации уже встал вопрос об интеграции БЛА в единое воздушное пространство, где дроны могли бы выполнять полеты наравне с пассажирскими и грузовыми самолетами.

Успехов на этом пути военные уже добились: к 2017 году ВВС и ВМС США намерены обзавестись полностью рабочей наземной системой увода беспилотников от столкновения в воздухе. Намечаются сдвиги и в юридическо-правовой сфере.

Корабли-роботы: 1 и 2 — Anaconda (США), 3 — Katana (Израиль), 4 — RIVER WATCH (Португалия).

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

НЕ РАСТИ БОЛЬШОЙ?

Вопреки распространенному мнению динозавры были не единственным вымершим отрядом животных. До них та же участь настигала и других, например, тирапсид — предшественников млекопитающих.

Однако не будем забывать, что и динозавры и тирапсиды вымерли не окончательно. Их нынешние потомки — птицы и млекопитающие. И все-таки, в чем может быть одна из причин массового вымирания?

Таким вопросом задался Андрей Швец, преподаватель Белорусского национального технического университета. И вот что ему удалось выяснить. «На примере селекции домашних животных мы знаем, что при попытке вывести более крупные и рослые породы селекционеры сталкиваются с тем, что особи становятся все более болезненными, — рассуждает Швец. — Внутренние органы не успевают приспосабливаться к слишком быстрому увеличению размеров тела. Если продолжать селекцию в том же направлении, вид может стать нежизнеспособным вообще. Он вымрет»…

Палеонтологам известно, что многие животные, включая тех же динозавров, тоже достигали огромных размеров, по сравнению с первоначальными. Однако почему они росли так быстро? Швец предположил, что при этом включается механизм, который ведет к быстрому увеличению размеров тела. Но если бы работал только этот механизм, то через какое-то время все организмы на нашей планете достигли бы максимальных размеров и вымерли.

Однако природа оказалась мудра и, похоже, предусмотрела контрмеханизм селекции, который отбирает особей более мелких размеров. Те оказываются более приспособленными к изменяющимся условиям существования и выживают.

Так, те же млекопитающие произошли от норных видов тирапсид. Из-за того, что при норном образе жизни чрезмерное укрупнение размеров животных невозможно, включался эволюционный контрмеханизм, контролирующий рост. Эти особи выжили и эволюционировали до современных млекопитающих. Тогда как другие тирапсиды вымерли, достигнув предельных для себя размеров. Такой же контрмеханизм помог избежать увеличения размеров и некоторым видам летающих динозавров — предшественников птиц.

НАС АТАКУЮТ?..

Ученые из Мичиганского и Стокгольмского университетов количественно оценили взаимодействие человеческого тела с темной материей. По их мнению, если предположение теоретиков о том, что 23 % массы Вселенной составляет скрытая масса (она же темная материя), верно, то она должна быть и вокруг нас. И если темная материя состоит из вимпов (WIMP) — слабо взаимодействующих массивных частиц, — сквозь человеческое тело каждую секунду пролетают миллиарды частиц темной материи.

Весь вопрос в том, почему мы тогда ее не ощущаем? Теоретики отвечают, что для этого у нас нет соответствующего органа чувств. Точно так же не ощущаем и потока нейтрино, и многих других частиц, снующих вокруг нас.

РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…

Король мультинструмента

Время от времени в редакционной почте встречаются письма, авторы которых задают один и тот же вопрос: «Как стать изобретателем?» В ответ мы уже не раз рассказывали о таких знаменитых изобретателях, как Никола Тесла, Томас Эдисон, Павел Яблочков и многие другие. Сегодняшний наш рассказ о человеке, имя которого, быть может, известно не так широко. Однако его судьба стоит того, чтобы о нем поговорить…

Не так давно в нашу страну приезжал Тим Лезерман — изобретатель концепции многофункционального инструмента. На международной выставке инструментов он охотно давал автографы, а о своей судьбе рассказал вот что: «Изобретателем я стал в 27 лет, по воле случая, во время свадебного путешествия»…

А дело было так. Поскольку особых денег у Тима не было, то молодожены отправились в дорогу на автомобиле, купленном по случаю за 300 долларов. За десять месяцев они проехали тысячи километров через дюжину стран Европы и Ближнего Востока. Поскольку старенький «Фиат» то и дело ломался, Тим немало часов провел не в машине, а под ней, занимаясь ремонтом и досадуя, когда под рукой не оказывалось нужного инструмента.

«Кроме того, — вспоминал сам Тим, — в отелях иногда не было кранов на смесителях, а включить воду моим ножом бойскаута было невозможно. Тут нужно было что-то другое»…

Вот тогда ему и пришла в голову идея сделать «нож бойскаута с плоскогубцами», который всегда можно было бы носить с собой. Так в номере тегеранского отеля Тим Лезерман сделал из картона первый прототип того инструмента, который позднее получил название Pocket Survival Tool.

Тим Лезерман и его инструменты.

Вернувшись в июне 1976 года домой в город Портланд, штат Орегон, Тим Лезерман договорился с женой о том, что проведет следующие три месяца, разрабатывая новый инструмент и разыскивая потенциальных покупателей.

Однако тремя месяцами дело не ограничилось. Тим закончил свои изыскания лишь в конце 1978 года, создав 140-граммовый складной инструмент длиной 10 см. В его состав входили большие и маленькие отвертки, напильник, ножницы, открывалка, линейка, ножи и плоскогубцы. В 1980 году он получил патент на свое изобретение. Теперь надо было продвинуть его на рынок. Тим Лезерман устроился на работу продавцом-коммивояжером сварочных аппаратов и использовал эту возможность, чтобы представить свое изобретение множеству людей в различных компаниях по всем Соединенным Штатам.

Поначалу новым инструментом никто особо не заинтересовался. «Люди не хотели покупать мое изобретение, — вспоминал Тим. — Производители ножей говорили, что это инструмент, а производители инструментов полагали, что это разновидность складного ножа»…

В итоге Тим и его друг Стив Берлинер решили создать свою собственную компанию и продавать инструмент напрямую магазинам. Поначалу фирма располагалась в мастерской отца Стива. Но, несмотря на солидное название — Simplicity Tool Со — опять-таки никто не хотел иметь с ней дел.