Текст книги "Юный техник, 2011 № 01"

Автор книги: Наш Современник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

СОЗДАНО В РОССИИ
Знакомьтесь: гиротрон

Две трети термоядерных лабораторий мира оснащены гиротронами – приборами для моментального разогрева плазмы до солнечных температур, созданных в нижегородском Институте прикладной физики, утверждает директор этого научного центра, академик Александр Григорьевич Литвак.

Разновидность гиротронов многие видели своими глазами. Потому как современные мощные гиротроны для термоядерных исследований – это тоже генераторы СВЧ-волн. То есть, говоря попросту, сородичи обычных кухонных микроволновок. Только гиротроны способны генерировать на частотах 30 – 170 ГГц излучение мощностью до 1 МВт с КПД 40–50 %.

Огромная мощность требует и особой конструкции генераторов. Здесь используются и оригинальные цилиндрические резонаторы, и алмазные окна для выхода излучения, и высокоэффективные квазиоптические преобразователи, и системы рекуперации остаточной энергии электронного пучка…

Причем работы над совершенствованием конструкции, увеличением ее мощности еще не закончены. Экспериментально уже продемонстрирована возможность получения с помощью гиротронов еще большей мощности (1,5–2 МВт) и более высокого (60–70 %) КПД.

А для исследований импульсного теплового воздействия СВЧ-излучения на металлические конструкции разработан гиротрон, выдающий импульсы мощностью 10 МВт при длительности 1–2 мкс.

Схема гиротрона:

_{1– выходное окно; 2– спираль; 3– электронная пушка; 4– поверхность эмиттера; 5– анод;  6– соленоиды; 7– окно управления; 8– полость; 9– коллектор.}

Еще одним важным направлением в применении гиротронов для управляемого термоядерного синтеза является исследование и разработка мегаваттных приборов с возможностью ступенчатой перестройки частоты. Использование таких гиротронов может существенно повысить эффективность систем термоядерных реакторов.

Сегодня, как уже сказано, большинство термоядерных установок в мире оснащены именно российскими гиротронами.

Публикацию подготовил И. ЗВЕРЕВ

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Изобретенный ползать…

Многие секреты движения змей должны были выяснить ученые, прежде чем смогли создать по их образу и подобию первые образцы змееподобных роботов. В частности, исследования биоников из Технологического института Джорджии, помогли понять, как рептилиям удается передвигаться по поверхности, на которой не от чего оттолкнуться.

Известно, что для передвижения змея обязательно должна извиваться. Считалось, что при этом по телу рептилии пробегают своеобразные волны, которые и продвигают ее вперед, а по пути следования змеи отталкиваются от предметов, которые им встречаются – камни, ветки, небольшие бугорки на поверхности почвы.

Ученые также давно знают, что змеи быстрее всего передвигаются вперед, гораздо хуже умеют пятиться, но никто никогда не пытался определить, способны ли они скользить в сторону. И как рептилиям удается передвигаться по достаточно гладким поверхностям (песок, асфальт), тоже было известно немного. А потому профессор Дэвид Ху и его коллеги затеяли серию довольно опасных исследований, чтобы выяснить, есть ли у змеиной чешуи боковое трение. Для этого они спустили по наклонной поверхности десяток королевских змей Кэмпбелла. Сначала вперед головой, потом хвостом и, наконец, боком. В первой части эксперимента змеи скользили по грубой ткани, во второй – по менее шероховатому картону.

При этом выяснилось: на гладкой поверхности змеи двигались одинаково практически во всех направлениях. А вот ткань больше всего «тормозила» боковое движение. Физики использовали эти данные в своей математической модели. И «теоретическая» змея поползла по практически такой же траектории, что и настоящие змеи.

Однако при этом скорость ее передвижения оказалась ниже, чем у настоящих змей. Ученые пришли к выводу, что настоящие змеи ко всему прочему перераспределяют вес тела в зависимости от того, какие части тел трутся сильнее. Они снимают с этих частей нагрузку, а потому и продвигаются быстрее. После внесения соответствующих изменений в математическую модель «теоретическая» змея стала двигаться на треть быстрее.

Теоретические исследования имеет вполне реальное применение. Многие научные группы создают роботов-змей.

Так, например, доктор Гэвин Миллер начал свои разработки еще в 1987 году. Он изучал живых змей и создавал их компьютерные модели. В период с 1992 по 1999 год он разработал четыре варианта конструкций змееподобных роботов, на которых обратило внимание NASA, намереваясь использовать роботов-змей в инопланетных исследованиях.

При изучении движения змей исследователи использовали зеркальную поверхность. С помощью поляризованного света, просвечивающего сквозь желатин, ученые выяснили, где змея прикладывает наибольшие силы.

А недавно коллеги Миллера создали робота, который способен даже карабкаться на деревья, обвиваясь вокруг ствола.

Еще один робот-змея, который может двигаться практически по любой горизонтальной поверхности, был создан аспирантами Национального университета науки и оборонных технологий Китая. Длина робота-змеи 1,2 м, диаметр – 6 см, а вес – около 2 кг. Разработчики утверждают, что их механическая змея может ползать по земле или траве точно так же, как живая, развивая скорость до 20 метров в минуту.

Робот также умеет плавать. «Глазами» роботу служат видеокамеры, которые передают информацию об увиденном в кибернетический «мозг», который, как у настоящей змеи, расположен в голове.

Робот может быть использован как в мирных, так и в военных целях. Среди возможных применений специалисты называют разведку зон радиоактивного заражения местности, ее запыления, задымления и заражения ядовитыми веществами. Кроме того, роботу можно доверить поиск раненых после землетрясения, оползня и пожара, исследования узких и опасных участков (например, труб и других подземных коммуникаций)…

По материалам иностранной печати

Кстати..

ТЕПЕРЬ ЕЩЕ И АМЕБА…

Похожее по форме на колбасу устройство, которое передвигается подобно амебе, построили специалисты политехнического института Виргинии во главе с Деннисом Хонгом.

Принцип, используемый роботом, ученые назвали «цельнокожим передвижением» ( Whole Skin Locomotion – WSL); робот-амеба, чтобы переместиться, фактически выворачивает себя наизнанку. «Тело» устройства покрыто гибкой мембраной. Эта «кожа» сзади устройства постепенно стягивается к центру, «втекает» в полую сердцевину, двигается там в обратном направлении и «вытекает» спереди, чтобы вновь стать внешней поверхностью робота.

Любопытно, что, помимо движения по поверхности, упругий робот может «пролезть» в дырку вдвое меньшего размера, чем диаметр его тела. Однако у гибкой поверхности есть свои недостатки: пока она не слишком износоустойчива, не защищена от проколов и порезов.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Острова в океане

Не так уж велика наша планета. В этом воочию убедились американские астронавты, наблюдая за Землей с Луны. А если еще учесть, что две трети поверхности занимает Мировой океан, становится ясно: человечеству численность которого превысила 6 миллиардов, на суше скоро станет тесно.

Что же делать? «Строить искусственные острова», – считают инженеры, архитекторы и строители. И они уже начали действовать…

Когда на суше тесно

Пионерами в этом многотрудном деле стали жители Нидерландов и Японии. Голландцы уже не первое столетие отгораживают моря от побережья дамбами, осушая все новые участки суши и расширяя таким образом территорию своей маленькой страны.

Японцы всерьез подобным строительством занялись лишь в XX веке, когда выяснилось, что в стране, где около 90 процентов суши занимают гористые территории, непригодные для строительства, негде разместить новый аэропорт. Тогда и был насыпан остров-аэропорт Кобе, причем в основу его был положен… мусор, который во многих других странах не знают куда девать. Вслед за тем был построен и островной спортивный комплекс Маисима в Осаке.

Однако мало кто знает, что первый искусственный островок Дедзима был сооружен еще в 1636 году неподалеку от порта Нагасаки. Дело в том, что долгое время японцы не разрешали иностранцам даже ступить на территорию своей страны. И вплоть до 1858 года единственным местом для общения с «нечестивыми» голландскими и прочими иноземными торговцами оставался искусственный остров. Именно здесь представители японских властей общались с голландскими купцами, узнавая через них о новых технологиях Запада. Таким образом, Дедзима окупил себя с лихвой.

Архипелаг у побережья Арабских Эмиратов напоминает по форме экзотическую пальму.

Архипелаг «Федерация» строится у побережья г. Сочи.

Ныне искусственные острова возводят по другой причине. Удобных мест на побережье, где выгодно строить отели и прочие сооружения для туристов, не так уж много. А там уж и так строение лепится к строению. Новые комплексы теперь возводят прямо в море.

В Арабских Эмиратах, например, неподалеку от города Дубай, местные власти строят два самых больших искусственных острова в мире. По форме они будут напоминать пальмы, упирающиеся стволами в берег. Строительство первого из островов в ОАЭ началось в декабре 2001 года, а сейчас уже отсыпано около 200 млн. куб. м камня, песка и земли. Остров поднялся над уровнем моря, на нем ведется строительство многочисленных зданий.

Мода на подобные сооружения захватила и Россию. Несколько лет тому назад было принято решение о создании близ Сочи искусственного архипелага «Федерация». Он должен быть готов к Олимпиаде 2014 года. Предполагается, что архипелаг из 6 островов станет гигантской курортной зоной. Он будет находиться в Хостинском районе, напротив горы Малый Ахун, в 13 км от аэропорта Адлер и в 14 км от Центрального сочинского вокзала.

С материком он будет связан мостами с четырехполосной автотрассой и двумя тоннелями. Планируемая длина центрального острова – 2,5 км, а ширина – 1,5 км. Общая площадь комплекса должна составить 330 гектаров.

Своим названием проект обязан задумке архитекторов, согласно которой архипелаг будет своими очертаниями напоминать гигантскую карту Российской Федерации. Даже искусственно воссозданные рельефы территории нашей страны, по задумке, должны совпадать с реально существующими на карте лесами, холмами и даже реками-каналами, разделяющими острова.

По предварительным оценкам, в общей сложности на островах будет проживать около 20 тыс. обслуживающего персонала и 70 тыс. туристов. Ориентировочная стоимость строительства насыпных островов – 285 млн. евро, а итоговая стоимость проекта, по мнению экспертов, будет не менее 9 млрд. евро.

Кроме приема отдыхающих, на искусственных островах могут также разместиться казино, залы игровых автоматов и компьютерных игр, существование которых на территории большинства стран запрещено.

Чтобы была и польза

Впрочем, искусственным островам может найтись и более важное применение. Так, например, датчане из корпорации Gottlieb Paludanпроектируют острова-электростанции. Основная идея – оставить в центре такого острова резервуар-лагуну, которая бы служила водохранилищем для работы гидроэлектростанции. Энергии с одного острова, по расчетам, хватит, чтобы обеспечить светом и теплом такой крупный город, как Копенгаген.

Также предлагается оснащать подобные острова ветряками и солнечными электростанциями. Интересный проект по этой части есть у инженеров Швейцарии.

Представьте круглый плоский остров диаметром 5 км, который плавает на поверхности моря. Вместо солнечных батарей на нем расположены солнечные концентраторы. Вода в трубопроводах-теплообменниках нагревается до состояния пара. Пар вращает турбину, та – электрогенератор. КПД такой схемы не самый высокий (порядка 15 %), зато зеркала-концентраторы заметно дешевле, чем фотоэлектрические преобразователи.

Плавучий же остров, по мнению создателей Solar Islands, хорош тем, что для лучшей работы такой системы ее прежде всего надо размещать на экваторе, а там мало суши. Во-вторых, сами концентраторы представляют собой цилиндрические зеркала огромной длины, вдоль которых идут трубы с водой, превращаемой в пар.

А чтобы зеркала всегда были направлены на солнце, медленно поворачивается весь круглый остров. Для этого по его окружности под водой через каждые 10 м размещены электромоторы с винтами. Так проще, чем поворачивать тысячи зеркал по отдельности.

Кроме того, наличие плавающей платформы упрощает строительство: под тяжелые зеркала не нужно возводить фундамент. Их поместят на поверхности огромного пустотелого тора-бублика, плавающего на воде, словно автомобильная камера.

Центральное отверстие сверху затянут мембраной, на которой и разместят зеркала. Воздушные насосы будут понемногу подкачивать под мембрану воздух. При избыточном давлении менее чем в 0,1 атмосферы такое огромное поле сможет создать гигантскую подъемную силу, которая возьмет на себя почти весь вес комплекса.

Инженеры задумали несколько вариантов «солнечных островов», отличающихся размерами. У самого большого (диаметром в 5 км), мембрана расположится в 20 м над уровнем воды; так что острову не страшны будут штормы. При этом 1 кв. м его поверхности будет давать 6,5 кВт-ч энергии в день.

А чтобы исключить необходимость в длинных проводах для передачи электричества на берег, изобретатели комплекса предусмотрели и такой вариант: энергия будет использоваться для выработки водорода из морской воды. А уже водород в сжатом или даже сжиженном виде будут переправлять на сушу с помощью танкеров. Заодно тот же остров может заняться опреснением воды для питьевых нужд.

Остров Русецкого

Еще одна симпатичная идея принадлежит кандидату физико-математических наук, выпускнику МФТИ А.Н. Русецкому. Представьте себе: сидите вы на берегу моря или большого озера – и вдруг видите: на горизонте появляется огромное, диаметром в сотни метров, сооружение. Вскоре вы уже различаете на нем многоэтажные дома, видите гуляющих по улицам этого плавучего города людей, поднимающиеся с крыш вертолеты…

Современная технология вполне позволяет изготовить и испытать сначала небольшой, диаметром в несколько десятков метров, плавучий островок, а затем приступить к серийному производству больших и малых сооружений по заказам.

Несколько лет назад А.Н. Русецкий заинтересовался использованием энергии морских волн. И в итоге разработал простое и эффективное устройство (патент РФ 2150021). Суть разработки такова: на поверхности воды на одной оси размещены в жестком каркасе несколько поплавков. Они под воздействием волн на этой оси качаются, вроде педалей под ногами велосипедиста. И приводят в действие вращающиеся барабаны с помощью передач, также напоминающих велосипедные.

Таким образом можно накопить огромный крутящий момент и использовать его для измельчения стройматериалов и помола зерна, для привода насосов, для получения электроэнергии…

Александр Николаевич испытал модель своей установки в обычной ванне, где волны создавал с помощью хоккейной клюшки. Даже тут установка дала электричество: лампочка, подключенная к генератору, загорелась.

После этого Русецкий изготовил большую, 10-метровую, модель для испытаний в натурных условиях, но пока денег на продолжение своих исследований не нашел. Между тем, преимуществ у таких островов немало. Никакие штормы, тайфуны и цунами им не страшны. Непотопляемые понтоны расположены на большой площади, и расстояния между ними превышают длину любой волны. Поэтому конструкция никогда не будет сильно колебаться.

Решетчатые металлоконструкции платформы позволяют обойтись минимумом стройматериалов. По расчетам Александра Николаевича, остров диаметром 300 м будет не массивнее океанского лайнера водоизмещением 10 тыс. т.

С. СЛАВИН

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

ВСЕ МЫ ИЗ ГЛИНЫ…Жизнь не могла зародиться в первобытном океане, считает председатель научного совета по физиологии РАН Юрий Наточин. Главным фактором возникновения живых организмов является синтез белков из нуклеиновых кислот. А содержащийся в морской воде натрий препятствует этому процессу.

По его словам, для синтеза белков необходим калий, который в достаточных количествах присутствует в глинистых почвах. И первая протоклетка – предшественник полноценной клетки – могла образоваться в «лужице» с дождевой водой и глинистым дном. Уже потом, попав в океан, клетки могли приспособиться к морской воде, в которой концентрация солей гораздо выше.

И тогда живые организмы пошли двумя путями – часть из них создала себе плотную оболочку, замкнувшись внутри себя. Другие изобрели мембрану и стали тратить энергию на поддержание постоянного обмена натрия и калия с окружающей средой. По первому пути пошли растения, по второму – животные.

Неясным остается происхождение самых первых молекул органических веществ, с которых и началось зарождение жизни. Возможно, они попали на Землю из космоса. Косвенным свидетельством этого может служить тот факт, что современные бактерии, побывавшие в космосе, вернулись на Землю жизнеспособными. Кроме того, на метеоритах время от времени находят остатки органики.

ЗОЛОТО ИНКОВ. Древняя цивилизация владела секретами производства драгоценного металла из руды, а не только использовала для изготовления украшений самородное золото. К такому выводу пришла команда археологов, геологов и химиков под руководством американца Уильяма Брукса.

Исследователи проанализировали 7 образцов золотой фольги, изготовленной в 750 – 1375 гг. н. э. и пришли к заключению, что содержание в них ртути соответствует тому уровню, что содержится в изделиях современной золотопромышленности Перу. А это значит, что уже в те далекие времена инки использовали добычу золота из руд с помощью амальгамирования.

Между тем, до недавнего времени ученые полагали, что впервые способ извлечения драгоценного металла путем смешивания измельченной руды со ртутью, после чего образующаяся амальгама отделяется от общей массы, стал использоваться в Новом Свете лишь в 1557 г. с легкой руки колониста Бартоломеа де Медина.

ДЫРА НА ДНЕ ОКЕАНА. Английские ученые обнаружили недавно на дне Атлантики природный туннель, шириной около 3 км и глубиной 4900 м. Полагают, что он образовался в результате подвижек тектонических пластов, о чем свидетельствуют трещины, заполненные застывшей магмой.

«Донная впадина представляет уникальную возможность заглянуть в недра Земли, лучше познать строение нашей планеты», – полагают исследователи. И собираются организовать глубоководную экспедицию.

КУРЬЕР «ЮТ»
Сокровища в роще, или как находить клады

Победителями международного конкурса «Идеи ответственного бизнеса» стали школьники из российской глубинки, жители Нижней Салды – небольшого городка в Свердловской области. Их проект был признан лучшим среди работ других участников из Германии, Польши, Чехии и других стран.

А началось все вот с чего. Ирина Александровна Зайцева, организатор школьно-студенческой компании, озаботилась такой проблемой. В городе существуют кружки для младшеклассников; в них занимаются изготовлением мягких игрушек, шитьем нарядов для кукол, рисованием. А что делать ребятам постарше?

И. Зайцева предложила школьникам создать свою коммерческую компанию. Первое, что придумали совместными усилиями: под Новый год организовали патрули Дедов Морозов и Снегурочек. Ходили по домам и поздравляли дошколят. Заработали по 500 рублей на нос – не так уж мало за несколько дней работы.

Однако Новый год прошел. А что дальше? И тут кто-то вспомнил старую городскую легенду. Дескать, в кедровой роще, куда весь город ходит на пикники, основатель местного завода Демидов некогда зарыл клад… Вот бы его найти!.. А если его и нет, то клад ведь можно и самим спрятать…

В общем, скоро по городу разнесся слух: компания набирает бригады кладоискателей. А чтобы поход получился удачным, каждый желающий должен внести свой взнос на приобретение необходимого оборудования…

На самом деле часть полученных денег шла просто на приобретение тех самых «кладов», которые затем и обнаруживали, а часть – на уборку мусора, облагораживание рощи, где велись поиски.

Вскоре весть о кладоискателях распространилась далеко за пределы Нижней Салды. Однако никто, конечно, не думал, не гадал – что она дойдет до Италии. Но получилось именно так. И ребячья выдумка понравилась членам международного жюри больше многих других.

«Когда нас пригласили на награждение в Италию, мы сначала подумали, что это шутка. Ведь дети не то что за границей никогда не были, а многие даже на самолете ни разу не летали!» – вспоминает И. А. Зайцева.

Теперь у нее и у ребят зреют новые бизнес-планы. Конечно, заработать еще денег совсем неплохо. Но главное все-таки в другом. Возможно, благодаря именно таким проектам молодежь не будет уезжать из маленьких городков, найдет себе дело по душе там, где родился.