Текст книги "Девять цветов радуги"
Автор книги: Александр Штейнгауз
сообщить о нарушении
Текущая страница: 17 (всего у книги 23 страниц)
Кинематографическая пушка
Вот по взлетно-посадочной полосе, замедляя скорость, прокатился совершивший посадку самолет. Это машина нового типа, только что вернувшаяся из своего первого испытательного полета. Самолет остановился, затем развернулся и через несколько минут подрулил к ангару. Стих гул двигателей, и пилот опустился из кабины на землю. И тут же, не дав ему опомниться и передохнуть, его обступают взволнованные люди. Это конструкторы. За их плечами многие месяцы, а то и годы работы над только что приземлившейся машиной. Каждому не терпится узнать, как она вела себя в воздухе: послушна ли в управлении, быстро ли набирает высоту, не произошло ли чего-либо непредвиденного. Каждый из конструкторов знает, что за поведением самолета в воздухе следили десятки и даже сотни различных регистрирующих приборов, показания которых расскажут им почти обо всем. Но самое важное, самое ценное может сказать только летчик-испытатель, бесстрашный друг и советчик авиационного конструктора.
Сейчас все чаще и чаще в воздух поднимаются различные беспилотные летательные аппараты. Это ракеты и управляемые по радио беспилотные самолеты-разведчики, самолеты-снаряды. У них на борту уже нет летчика-испытателя. Их полет контролируется и регистрируется только приборами. Приборов много, и они дают конструкторам чрезвычайно важные сведения. Но этого мало. Нужно увидеть, как ведут себя в воздухе ракета или беспилотный самолет. И не только видеть, но и зарегистрировать увиденное и проследить, с какой точностью они выдерживают заданную траекторию или выполняют заданный маневр.
Как же все это можно увидеть? Ведь ракета или самолет не стоят на месте, а уносятся от наблюдателей на десятки и даже сотни километров. И все-таки, хотя это и необыкновенно трудная задача, ее решила современная прикладная кинематография. Правда, киносъемочные камеры, применяемые для таких целей, совсем не похожи на обычные. Взглянув на снимок одной из них, не сразу даже догадаешься, что это за устройство.
Киноаппарат, показанный на снимке, является одним из самых совершенных. В ясную погоду с его помощью удается фотографировать объекты, находящиеся на расстоянии сотен километров. Недаром же у него такой огромный, похожий на осадную мортиру большого калибра объектив. Конструкция таких киносъемочных аппаратов была описана в иностранных журналах и она очень интересна. Они напоминают орудие не только «стволами» огромных объективов. Еще большее сходство с зенитной пушкой придает им вся механическая часть установки.
Для того чтобы непрерывно следить за перемещающейся в небе ракетой или самолетом, аппарат установлен на мощном стальном поворотном лафете. Направление объектива можно менять на 360° в горизонтальной плоскости и на 90° в вертикальной. Поэтому, как бы ни перемещался объект, на него всегда можно навести объектив. Наводка осуществляется через две зрительные трубы двумя операторами. Один оператор наводит камеру в горизонтальной плоскости. Его задача удерживать изображение объекта точно в перекрестье зрительной трубы, так, чтобы оно не отклонялось ни влево, ни вправо. Второй оператор, наблюдая в свою трубу, тоже удерживает цель в перекрестье, не давая ей отклониться ни вверх, ни вниз.
Каждый оператор управляет вращением установки с помощью штурвала, так же как это делалось при наводке зенитного орудия. Но для управления тяжелой и громоздкой установкой не требуется никаких усилий. Она приводится в движение не мускулами, а электрическими двигателями. Штурвалы же только подают управляющие команды на специальные электронные схемы, которые, в свою очередь, заставляют двигатель вращаться с большей или меньшей скоростью, менять направление вращения. Стоит чуть отклонить штурвал управления «по горизонту» от нейтрали, и вся очень тяжелая и громоздкая установка начнет медленно и необыкновенно плавно вращаться. Чем больше поворот штурвала, тем вращение быстрее. То же самое происходит при повороте штурвала управления по «высоте». В этом случае вращается не вся установка, а только сама камера с объективом и зрительными трубами.
Мощный стальной лафет и сложная система управления необходимы для того, чтобы обеспечить чрезвычайно высокую точность наводки камеры на ракету или самолет.
Точность наводки, в свою очередь, необходима для получения правильных данных о координатах фотографируемого объекта. Правда, их можно вычислить только в том случае, если фотографирование ведется не одним, а одновременно двумя или тремя киноаппаратами, разнесенными на довольно большое и точно известное расстояние. В этом случае вычисление координат сводится к определению длин сторон треугольников по известным базам (расстояниям между установками) и углам.
Киноаппараты, позволяющие точно определять углы направления на объект, называются кинотеодолитами. Это название присвоено им потому, что они, по сути дела, позволяют решить ту же задачу, которую решают в геодезии с помощью обычных теодолитов.
На каждом кадре, снятом кинотеодолитом, кроме изображения перекрестья и цели, видны цифры, показывающие величины углов направления на цель в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Помимо этого, на снимке еще даются и отметки службы единого времени, по которым можно подбирать снимки, сделанные в один и тот же момент времени каждым из группы кинотеодолитов. Служба единого времени, как говорят, синхронизирует съемку. Все кинотеодолиты связаны между собой по проводам или по радио и фотографируют ракету или самолет в одни и те же моменты времени.
Это устройство (взято из иностранного журнала), похожее на осадную мортиру большого калибра, на самом деле не что иное, как один из самых совершенных кинотеодолитов. Им управляют два человека.
Кинотеодолитные установки принесли огромную пользу при разработке и испытаниях ракет. Возможно, вам приходилось видеть в английских и американских журналах фотографии ракет, раскрашенных темными и светлыми квадратами, зигзагообразными линиями. Эта раскраска не причуда художника. Раскраска облегчает наблюдение за ракетой в полете, позволяет определить, не вращается ли ракета вокруг продольной оси.
Каждый испытательный полет ракеты фотографируется с момента старта и до тех пор, пока это оказывается возможным. Жаль только, что современные кинотеодолиты, несмотря на все старания конструкторов, все еще не могут работать не только в облачную погоду, но и при сильной дымке. Даже движение теплых потоков воздуха мешает их работе почти в такой же степени, как и астрономам.
Может быть, кому-нибудь из вас, читатель, удастся со временем устранить или хотя бы уменьшить эти недостатки.
СВЕТ И ЭЛЕКТРОНИКА
Когда-то очень давно все, что ни изготавливал, что ни добывал человек, – все это в самом прямом смысле было плодами его рук, вооруженных примитивными каменными орудиями. Рука была и самым совершенным инструментом и в то же время единственным двигателем, приводившим в движение каменные орудия труда; не менее важную роль выполняли органы чувств и мозг человека. Органы чувств наблюдали за работой, замечали удачи и промахи и сообщали об этом мозгу. Мозг на основании этих сообщений проверял, соответствует ли полученное созданному им же самим замыслу, делал необходимые выводы и отдавал нужные команды главному исполнителю – руке, распоряжавшейся каменными орудиями. То далекое время, хотя и длилось оно сотни столетий, называют каменным веком.
Прошло много тысячелетий, и металлические орудия труда пришли на смену каменным. Но, несмотря на то что орудия труда значительно усовершенствовались, основным двигателем, основной силой, дававшей жизнь этим орудиям, продолжала оставаться сила мускулов человеческой руки. Правда, появились у человека и помощники – животные. Они помогали переносить тяжести, быстро передвигаться на большие расстояния.
Металлические орудия были долговечнее каменных, удобнее в обращении, и с их помощью выделывались более качественные и искусно сделанные товары. Но этого улучшения нельзя было достигнуть, только лишь вооружая руку более совершенными инструментами. Требовалось улучшить и средства контроля производственного процесса, дать в помощь несовершенным человеческим чувствам различные устройства, которые повысили бы точность наблюдения. И такие устройства были изобретены. Так появились отвес, линейка, весы, угломеры и многие другие простейшие измерительные приборы.
Новая пора пришла после того, как люди научились пользоваться энергией ветра и воды. Это было огромнейшим достижением. Впервые за всю историю мускульную силу человека и животных во многих областях заменила сила ветра и воды. Она была неизмеримо большей и позволила людям начать выделку таких товаров и в таких количествах, о которых до того и не мечтали. Но, как и в предыдущую эпоху, прогресс техники не мог быть особенно большим, если бы дело ограничивалось только освоением новых видов энергии. Параллельно ему шло усовершенствование орудий труда и обогащение возможностей человеческих чувств путем вооружения их новыми, еще более совершенными приборами. Именно в век ветра и воды были созданы такие важные приборы, как линза, часы, телескоп, микроскоп, компас. Длился он много веков, начиная примерно с крушения Римской империи и кончая первой промышленной революцией, начавшейся в 60-е годы XVIII столетия. За это время человечество пережило феодализм и вступило в эпоху капиталистического развития.
Первая промышленная революция началась в то время, когда успехи науки и промышленности привели к созданию весьма совершенных орудий труда и первых машин. Однако она не смогла бы развиваться, если бы основной движущей силой новых, высокопроизводительных орудий труда по-прежнему оставалась бы сила ветра и воды. И вскоре после того как стала ощущаться нужда в более совершенном двигателе, он был изобретен. Это была паровая машина. Наступил век пара.
Никогда еще в распоряжении людей не было столько силы. Новый двигатель привел к еще большему ускорению производственных процессов, к повышению точности обработки и изготовления орудий и продуктов труда. Ознаменовался век пара и другими важными изобретениями. И именно тогда были предприняты первые успешные попытки создать устройства, высвобождающие в производственном процессе не руку, не чувства человека, а его мозг.
Век пара длился почти сто лет. В то время паровой двигатель был гегемоном на фабриках и заводах, на шахтах и железных дорогах. Но уже задолго до окончания этого века в технике начали использовать новый вид энергии – электрическую. Сперва ее не умели вырабатывать в больших количествах, и ее едва хватало для того, чтобы обеспечить работу новых удивительных средств связи – телеграфа и телефона, в небывалой степени расширивших возможности человеческого слуха.
С помощью электричества люди могли слышать и вести переговоры на огромных расстояниях.
Окончание века пара связывают с тем временем, когда изобретатели нашли способы преобразовывать энергию пара в электрическую, когда были созданы электрический генератор и электрический двигатель. Вот они-то и стали родоначальниками века пара и электричества. Произошло это между 60-ми и 90-ми годами прошлого столетия.
Электродвигатель очень быстро потеснил паровую машину. Пар остался только на тепловых электростанциях и во всех тех установках, к которым невозможно было подвести провода от электростанций. Именно поэтому паровая машина, а позже паровая турбина не уступали своего места на транспорте. Но спустя некоторое время в бой с ними вступил двигатель нового типа – двигатель внутреннего сгорания.
И все-таки вскоре электричество проникло всюду. Оно явилось тем универсальным видом энергии, которая не только давала жизнь всей индустрии, но и позволила создать множество самых различных приборов, ставших подлинными искусственными органами чувств, значительно превосходящими человеческие по точности и быстроте.
Но едва век пара и электричества вступил в свои права, человечеству было подарено новое изобретение – радио. А затем последовало и другое– электронная лампа.
Над миром забрезжила заря новой промышленной революции. В 30-е годы нашего века родились два первых великих детища радиоэлектроники– электронное телевидение и радиолокация. Оба эти изобретения неизмеримо расширили возможности основного человеческого чувства – зрения. От электроники не отставала и электротехника. Она стала родоначальницей новой области техники – электроавтоматики. Если не считать сравнительно немногих удачных попыток создать простейшие автоматы с помощью механических устройств, электроавтоматика явилась той областью техники, которая в довольно широких масштабах сумела успешно заменить человеческий мозг хотя бы в простейших случаях.
Автоматика родилась не по прихоти изобретателей. Ее возникновение и широкое распространение диктовались новыми условиями развития техники. В этих условиях человеческие чувства и мозг уже не могли справляться с поставленными задачами. Особенно быстро стала развиваться автоматика в годы войны. Именно тогда для создания автоматических устройств впервые начали широко использовать средства и методы электроники.
В самом конце войны техника сделала новый решающий шаг: была создана электронная математическая машина – первая машина, обладавшая способностью к высокоорганизованным логическим действиям.
И примерно тогда же народы мира узнали о страшной атомной бомбардировке двух японских городов. Новый вид энергии, богатейшие запасы которой позволят построить прекрасное общество будущего, был преступно использован для уничтожения людей. Этот варварский акт ужаснул человечество, и многие искренне считали, что открытие методов использования атомной энергии и в дальнейшем будет приносить одни лишь несчастья.
Эти люди заблуждались. Наша страна показала, что атом может быть использован и для мира. В июле 1954 года дала промышленный ток первая в мире атомная электростанция.
Из этого сверхкраткого, неполного и очень условного обзора направлений развития техники мы можем сделать один важный вывод. Он сводится к следующему. Развитие техники шло несколькими путями, из которых наиболее четко выделяются три. Первый – замена руки человека машиной-двигателем и совершенствование двигателей по мере освоения новых источников энергии. Второй – замена чувств человека специальными приборами и совершенствование этих приборов по мере освоения новых видов энергии. И третий – высвобождение мозга человека из сферы производственных процессов устройствами, в той или иной мере обладающими способностью производить логические операции и давать управляющие команды. Эти устройства часто называют теперь думающими машинами.
Огромными успехами, достигнутыми в области создания искусственных органов чувств и думающих машин, мы обязаны электронике. По существу, электроника и есть та область техники, которая занимается созданием таких устройств и машин.
В этой книге, посвященной свету и зрению, уже многое было сказано о различных устройствах, значительно расширивших возможности нашего основного чувства. Но о том, что сделала в этой области электроника, еще не говорилось. И если отшлифованные куски стекла или тонкие стеклянные пластинки, политые фотографической эмульсией, позволили человеку добиться столь многого, то какие же чудеса должна творить электроника!
Вот об этих-то чудесах теперь и пойдет речь.
Электронные колбочки
В природе все развивается от простого к сложному. И, конечно, глаз не сразу стал таким. Этому органу пришлось пройти долгий эволюционный путь, прежде чем достигнуть столь высокого совершенства.
С чего же начинался этот путь?
Современная наука не может совершенно точно ответить на подобный вопрос. Но все данные, которыми она располагает, говорят, что способностью ощущений различных внешних воздействий обладали даже самые простейшие организмы далекого прошлого. Вначале клетки, входившие в состав этих организмов, в равной мере одинаково (и потому плохо) реагировали на разнохарактерные раздражители. В ходе эволюции из общей массы стали выделяться клетки, особо восприимчивые к внешним воздействиям. Они становились зачатками органов чувств. Эти клетки претерпевали дальнейшие изменения, и постепенно среди них тоже наметилась специализация. Одни стали наиболее восприимчивы к химическим воздействиям (обоняние и вкус), другие – к механическим (слух и осязание), а третьи стали особенно чувствительны к воздействию света.
Мы знаем, что способностью видеть обладают животные, находящиеся на высоких ступенях развития. Но способностью ощущать свет и определять направление на источник света наделены даже очень примитивные живые организмы и растения. Вспомните хотя бы о подсолнечнике, поворачивающемся вслед за солнцем; вспомните о листьях разнообразных растений, которые тоже изменяют свое положение при движении нашего дневного светила. Ведь это говорит о том, что и они обладают некиими органами, чувствующими свет и направление его лучей.
И это действительно верно. Так, на каждом кленовом листе располагается до 15 тысяч специализированных, мудро устроенных светочувствительных клеток. Поверхность их, выступающая на внешнюю сторону листа, имеет выпуклую линзообразную форму, а в полости находится прозрачное вещество. Свет солнца, падающий на такую клетку, фокусируется на задней ее стенке. Точка, где собираются лучи, перемещается при движении солнца. И перемещение этой точки заставляет светочувствительную клетку вырабатывать сигналы, заставляющие лист повернуться по отношению к солнцу так, чтобы точка фокусировки снова вернулась на прежнее место.
Подобного рода клетки имеются у многих растений и простейших животных. Они и являются примитивными светочувствительными органами.
В науке и технике, как и в самой природе, все развивается от простого к сложному. И естественно, что первый искусственный орган зрения был очень простым. Такой первой искусственной светочувствительной «клеткой», электронной «колбочкой» явился фотоэлемент. Он и на самом деле представляет собой запаянную стеклянную колбочку с находящимися внутри нее электродами. Как работает такой фотоэлемент, на каком явлении основан принцип его действия, мы уже знаем.
Расскажем о том, как техника использовала этот примитивный электронный орган зрения и как усовершенствовала его.
Фотоэлемент проводит ток, когда на фотокатод падают лучи света. Чем интенсивнее свет, тем больше по величине этот ток. Такое свойство фотоэлементов позволило применять их в самых разнообразных случаях.
Вот лента сборочного конвейера переносит изделия от одного рабочего места к другому, и постепенно они приобретают все более законченный вид. Наконец выполнена последняя операция, и готовое изделие сходит с конвейера. И в этот момент оно пересекает луч света, направленный в фотоэлемент. Ток через него прекращается, и электронная схема, подключенная к фотоэлементу, подает команду на электромагнитное реле. Оно срабатывает и проворачивает барабан счетчика на одно деление. Очень важно при этом, что сам счетчик может быть установлен на каком угодно расстоянии от конвейера и связан с фотоэлементом и схемой либо по проводам, либо по радио.
Счетчик подобного рода может быть использован не только на производстве. Его можно установить где угодно, например во входных дверях выставочного павильона, музея, и он точно определит количество посетителей.
Устройство, состоящее из фотоэлемента, электронного усилителя и электромагнитного реле, часто применяют и для охраны жизни и здоровья рабочих. Оно защитит человека от травм, остановив машину или выдвинув предохранительные щитки, если руки рабочего или он сам попадут в опасную зону.
Вору, проникшему в магазин, на склад или в банк, где все входы и выходы стерегут фотоэлементы, уже не выбраться назад. Как только он пересечет хотя бы один из лучей, сработает тревожная сигнализация, придут в действие новые запоры, и злоумышленнику уже не спастись. Можно ли обмануть такую охрану, прошмыгнуть незамеченным, не пересекая луча света? Нет. Ведь, в отличие от колбочек и палочек, имеющихся в глазу, электронная колбочка может воспринимать невидимые ультрафиолетовые или инфракрасные лучи. И тот, кто попытается обмануть такую невидимую охрану, даже не догадается, что пересек хотя бы один из лучей «черного» света.
Говоря о запечатленных свете и движении, мы не упомянули о том, что в кино свет используется и для записи звука. На каждой ленте звукового кино с краю проходит специальная дорожка – фонограмма, на которой в виде чередования участков с различной прозрачностью или пропускаемостью света запечатлен звук. Читать такую запись умеет только фотоэлемент. При движении пленки с фонограммой в луче специальной лампы, яркость которой неизменна во времени, интенсивность света, попадающего на фотоэлемент, непрерывно меняется по величине. Ток через фотоэлемент, в свою очередь, меняется пропорционально изменениям интенсивности света. Полученные таким способом электрические сигналы поступают с фотоэлемента в электронный усилитель, который повышает их мощность до величины, достаточной для того, чтобы установленные в зале кинотеатра динамики давали звук требуемой громкости.
С помощью простейшего фотоэлемента можно делать множество полезнейших приборов. Но тем не менее он вовсе не идеален. Главный его недостаток – малая чувствительность. Он может работать только при освещении его очень сильным светом. Но и тогда сила тока, протекающего через фотоэлемент, чрезвычайно мала. По чувствительности фотоэлемент неизмеримо хуже глаза – он уступает не только палочкам, но и колбочкам. Фотоэлемент всегда приходится использовать совместно с электронным усилителем, а это дорого и неудобно.
