Текст книги "Юный техник, 2010 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 6 июнь 2010

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ
Общественный транспорт

Именно так называлась специализированная выставка, прошедшая недавно во Всероссийском выставочном центре в Москве. Вот что интересного увидел в экспозиции наш специальный корреспондент С. СЕРЕГИН.

Долгий век трамвая

Трамвай, как известно, – один из старейших видов общественного транспорта. Свою историю он ведет от конки – облегченного многоместного вагончика, который тянула по рельсам конная упряжка. Управлял таким экипажем не вагоновожатый, а кучер с кнутом и вожжами в руках.

На маршрутах, где пассажиров было особенно много, пускали даже двухэтажные вагоны. Проезд на открытой верхней площадке – империале – стоил дешево, чем привлекал малоимущих и детей.

Но вскоре и этот транспорт перестал «справляться со своими обязанностями». Лошади бегали не быстро, часто шли шагом, а потому и не успевали перевезти всех нуждающихся.

Тогда попробовали заменить лошадей паровой машиной, уже применявшейся на пароходах и паровозах. Первый паровой трамвай появился в конце XIX века на улицах Киева. Но не прижился – шум локомотива, гарь и искры, сыпавшиеся из дымовой трубы, никому не понравились. Тогда на окраинах Одессы и Москвы в 1886 году пустили трамвайные сцепки из 4–5 вагончиков с паровой тягой, для пригородного сообщения. А по-настоящему городским транспортом стал лишь электрический трамвай, впервые опробованный специалистами фирмы «Сименс» в 1881 году под Берлином.

С той поры трамваи и бегают по многим городам мира. Правда, трамвайные линии убрали со многих центральных улиц больших городов, но на окраинах они продолжают нести свою важную службу, оживляя монотонный городской шум трелью своих звонков.

За прошедшие десятилетия трамвайные вагоны не раз совершенствовались. Причем менялся не только их дизайн, но и техническое оборудование. Например, ОАО «Петербургский трамвайно-механический завод» представил на выставке четырехосный трамвайный вагон, удобный как для здоровых людей, так и для тех, кто вынужден пользоваться инвалидными колясками: площадь низкого пола составляет 40 % – место для инвалидной коляски. Четыре широкие двери имеют поворотно-лавирующий механизм открывания-закрывания, наружная обшивка – из нержавеющего стеклопластика. Кроме того, новый трамвай снабжен электрическим приводом механического тормоза, комфортной кабиной водителя, оборудованной климат-контролем; электронные табло и голос диктора-робота информируют пассажиров, какая остановка будет следующей.

А трамвайный вагон 71-405 завода «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург) оборудован еще и бортовым компьютером, обеспечивающим автоматизированное управление и диагностику состояния электрооборудования. Подсказки водителю высвечиваются на экране строчного дисплея. Поскольку в северных районах нашей страны зимой не редкость и 30-градусные морозы, в салоне установлены мощные обогреватели, которые в зависимости от температуры за окнами могут регулировать свой режим. В общем, этот вагон по своим техническим характеристикам не уступает зарубежным. В этом можно было убедиться, сравнив его, например, со стоявшими по соседству изделиями совместного украинско-чешского предприятия «Татра-ЮГ» с несущим безрамным кузовом и предприятия «Белкоммунмаш», Белоруссия. Ей-ей, наши вагоны ничуть не хуже!

Интересно только, когда и у нас появятся трамваи, не нуждающиеся в проводах, подобные тем, что испытывают сейчас в Париже? Под крышей трамвайного вагона спрятаны 48 батарей из суперконденсаторов. Они заряжаются энергией за 20 секунд, пока трамвай стоит на остановке, для чего вагоновожатый поднимает пантограф и подключает вагон к энергосети. Заряда хватает на то, чтобы со скоростью до 30 км/ч проехать до следующей остановки.

Суперконденсаторы, они же ионисторы, – особый тип конденсаторов с очень большой поверхностью пластин, погруженных в электролит. Содержание энергии на один килограмм веса у них меньше, чем в распространенных типах аккумуляторов, зато ионисторы легче, заряжаются много быстрее, дольше служат и выдерживают гораздо больше циклов заряда – разряда. Испытания трамвая на конденсаторах продлятся во Франции до осени 2010 года.

Взгляните на автобус

Таким же давним видом городского общественного транспорта, как и трамвай, является и автобус. Предшественниками автобусов были дилижансы и омнибусы. Первую омнибусную линию организовал в 1825 году Станислав Бодри между городом Нантом и расположенными в его пригороде источниками минеральных вод. А вскоре он же пустил первые омнибусы и в самом Париже.

А первый паровой дилижанс «Энтерпрайз» появился в Англии. Его сконструировал Уолтер Хенкок. В 1832 году им было открыто движение по маршруту Лондон – Паддингтон. И в самой лондонской столице паровые омнибусы наряду с конными были основным видом городского транспорта до начала XX века.

Один из пионеров автомобилестроения, Карл Бенц, принял участие в организации движения бензиновых омнибусов по маршруту Зиген – Нетфен – Дойч. Тремя годами позднее подобный же моторизованный омнибус создает и Готлиб Даймлер. А вскоре название «омнибус» меняется на более нам знакомое – «автобус».

Технические данные первых автобусов были довольно скромными. Их моторы имели мощность всего 7 – 14 лошадиных сил. А 15 пассажиров сидели впритык друг к другу.

В 1915 году общественный совет Парижа объявил конкурс на организацию городских автобусных маршрутов.

Один из вариантов предполагал создание двухэтажных автобусов, которые должны были вмещать 15–20 пассажиров на первом этаже и 20–30 человек на втором. Максимальная скорость движения 25 км/ч. А пробег между ремонтами должен был составлять не менее 25–30 тысяч километров. В конкурсе победил проект, предоставленный фирмой, которая до этого занималась конструированием и производством грузовиков «Брил». Впоследствии автобус еще не раз усовершенствовали.

Схема автобуса Volvo 7700 Hybrid.

_{Цифрами обозначено: 1– литиево-ионные аккумуляторные батареи; 2– трансмиссия с системой I-Shift; 3– гибридная система I-SAM (мотор для трогания с места, основной двигатель и генератор); 4– преобразователь тока; 5– электронный модуль; 6– дизельный двигатель Volvo D5E.}

В 1907 году была предложена конструкция с горизонтальным двигателем, который располагался под полом кузова. В 1909 году появился автобус «Бюсина», имевший 16-цилиндровый двигатель внушительной по тем временам мощности 80 л.с.

К 30-м годам XX века появились первые автобусы вагонного типа. Они оказались вместительнее прежних.

Примерно в это время произошла и специализация автобусов – среди них появились городские и междугородные, а также туристические – предназначенные для путешествия на дальние расстояния. А с развитием гражданской авиации появилась еще и надобность в автобусах, которые бы подвозили и увозили пассажиров со стоянки авиалайнеров.

Для большей вместимости в настоящее время некоторые автобусы делают как бы двойными, за счет специального прицепа. Причем сцепка сделана шарнирной, так что такой автобус достаточно маневрен.

Очередная новинка – автобусы с гибридными силовыми установками. В 2009 году на линии Швеции вышли первые серийные автобусы Volvo 7700 Hybrid, которые расходуют на 30 % меньше топлива, выбрасывают на 40 % меньше сажи и на 50 % оксидов азота. А все потому, что вместо стандартного 9-литрового дизельного двигателя на 7700 Hybrid установлен 5-литровый мощностью 210 л.с., работающий в паре с электрическим мотором, который используется при трогании и разгоне до 15–20 км/ч. На более высоких скоростях электромотор отключается и запускается дизельный агрегат.

В случае остановки дизель отключается, чтобы избежать ненужной работы на холостом ходу, и включается электрический двигатель. Он же используется и как генератор, подзаряжая аккумуляторные батареи автобуса при торможении, такая система хорошо подходит для города, где требуются частые разгоны и остановки. В России, к сожалению, таких машин пока нет. А из новинок можно отметить модификацию низкопольного автобуса ЛиАЗ 6213 особо большого класса (на 160 человек) на газовом топливе. Автобус предназначен для городских перевозок, комплектуется газовым двигателем CUMMINS, соответствующим экологическим нормам Евро-4, и автоматической коробкой передач Allison Т 325 R.

Гибрид автобуса с трамваем

Так, пожалуй, можно назвать троллейбус. Особо длинной истории не имеет и получил распространение лишь в 30-е годы XX века. Причем в нашей стране с троллейбусом связана такая история. Первый отечественный троллейбус был сконструирован… авиационным инженером Н.С. Черняковым и его коллегами, поскольку ни трамвайные специалисты, ни автобусные за создание гибрида не брались. И ничего – авиаторы вполне справились с поставленной задачей, создали даже двухэтажный вариант троллейбуса. Но в серию он не пошел.

Так на московских улицах остались лишь одноэтажные троллейбусы, которые исправно служат столице и по сей день. Выпускает их в основном Московский троллейбусный завод. Но это не единственное подобное предприятие в стране. Так, скажем, завод ЛиАЗ поставляет троллейбусы во многие города страны и даже транспортникам Еревана. При этом, скажем, низкопольный ЛиАЗ-52803 укомплектован специальным подъемником для облегчения посадки и высадки людям с ограниченными возможностями, а также электронным маршрутоуказателем. А электронная система управления силовым агрегатом IGBT позволяет экономить до 30 % электрической энергии.

Белорусское объединение «Белкоммунмаш» представило на выставку два типа троллейбусов – серийный 321Т и совершенно новый 42003а. Последний имеет настолько непривычный для наших глаз дизайн, что кажется, будто мы вышли на улицу не в России, а в Германии или Франции! Он имеет не только кондиционер, электронную систему управления тяговым электродвигателем переменного тока, но и автономный источник энергии – конденсаторные батареи, которые при отключении тока в сети позволяют троллейбусу проехать еще не менее 5 км, чтобы выпустить пассажиров на остановке.

Кстати, специалисты подумывают над тем, чтобы вообще избавить троллейбус от троллеев-токосъемников и контактной сети. Вот уже несколько лет специалисты транснациональной компании Bombardier Transportationиспытывают экспериментальный экипаж, оснащенный бесконтактными токосъемными устройствами и не требующий наличия подвесной сети. Токонесущие провода закладываются под землю, а сам принцип, лежащий в основе работы системы PRIMOVE, основан на индукционном способе передачи электроэнергии. Такая технология, разработанная еще в 40-е годы прошлого века ленинградским профессором Г. Бабатом, ранее использовалась для передвижения электрокаров в заводских цехах.

Элементы системы энергоснабжения PRIMOVE – это кабели первичного контура, которые укладываются между рельсами, и токосъемные катушки под полом салона. Система энергопитания абсолютно безопасна, поскольку ЭДС наводится только в те моменты, когда соответствующий участок пути оказывается под корпусом машины. Кроме того, отсутствие дуги, скользящей по контактному проводу и рассыпающей искры при большой скорости и неблагоприятной погоде, позволяет развивать скорость до 150 км/ч.

Недавно московский троллейбус отпраздновал свое 75-летие. Впервые он появился на столичных улицах 15 ноября 1933 года.

Троллейбус ЛиАЗ-5280.

Кстати…

ИНФОРМАЦИЯ НА ОСТАНОВКЕ

Прогресс коснулся не только самого общественного транспорта, но и остановок для него. Например, в Москве сейчас 600 установок оборудуются электронными табло, на которых еще за 1–2 минуты до подхода того или иного вида транспорта будет высвечиваться номер его маршрута. Разрабатывается также вариант табло, на котором будет показан весь маршрут данного автобуса, а светящаяся точка обозначит, где именно он в данный момент находится.

Работает такой указатель с помощью системы GPS. Представители московского городского хозяйства говорят, что давно бы оборудовали такими системами все остановки, однако, к сожалению, в стране еще не перевелись вандалы, которые даже обычные стекла на остановках бьют с большим удовольствием. А электроника, между прочим, не такая уж дешевая – оборудование одной остановки стоит до 100 000 рублей.

ИНФОРМАЦИЯ

ШКОЛЬНИК СОЗДАЛ СУПЕРСАЙТ. Московский старшеклассник Андрей Терновский создал сайт Chatroulette.com, на котором обладатели веб-камер могут вступить в диалог со случайно выбранным пользователем. Разработчик признался, что создал свое детище исключительно ради забавы. Но к его удивлению, сайт не только обрел популярность, но и привлек внимание крупного американского инвестора Фреда Уилсона.

«Я еще не уверен, что это то, во что нам стоит вкладываться, – сказал бизнесмен журналистам. – Однако не сомневаюсь, что стоит встретиться с этим парнем и узнать, есть ли у него еще интересные идеи»…

МОЛОДЦЫ!В состязаниях XXXIV чемпионата мира по программированию среди сборных команд высших учебных заведений, проводимого ассоциацией Association for Computing Machinery, которые прошли в Харбине, представители 11 университетов нашей страны выступили достойно, хотя и не заняли первого места среди 103 команд (отобранных на предварительном этапе из 7000 участников 1900 университетов 82 стран). Чемпионом мира на этот раз стала команда из Шанхайского университета, но представители МГУ имени М.В. Ломоносова оказались на втором, почетном месте. Кроме того, команда Петрозаводского государственного университета заняла пятое место, и саратовцы оказались на седьмом.

АВТОМАТЫ ПРОТИВ АСТЕРОИДОВ. Опасные для Земли астероиды целесообразнее изучать с помощью автоматических космических аппаратов, а не пилотируемых кораблей. Такой точки зрения придерживается директор Центра планетарной защиты Земли Анатолий Зайцев.

По современным данным, количество сближающихся с Землей астероидов размером более 50 м – это примерный размер Тунгусского объекта – составляет около 2 млн., отметил исследователь. Поэтому детальное изучение всего лишь одного из них, даже путем организации пилотируемой экспедиции, как собираются сделать американцы, не даст ничего существенного. Целесообразнее запустить к астероидам десятки автоматических аппаратов для контроля за их перемещением, считает российский эксперт. Это дешевле и надежнее.

«Конечно, сказанное выше не означает, что не нужно развивать пилотируемую космонавтику, – добавил Зайцев. – Это нужно, в частности, и для того, чтобы создать лунную базу – своеобразный «Ноев ковчег» – на случай угрозы глобальной катастрофы».

С нашим специалистом согласны и многие другие эксперты. В частности, британские ученые разрабатывают проект беспилотного космического корабля, который сможет менять орбиты угрожающих Земле астероидов.

ЧУДО-ДЕРЕВЬЯвырастили сибирские ученые Института физиологии и биохимии растений. Уже получены два вида быстрорастущих деревьев – осина и тополь, которые можно использовать в качестве топлива и некоторых видов поделок.

Они растут в 7–8 раз быстрее обычных деревьев. В частности, за два года из саженца вырастает 4-метровое дерево, отмечают специалисты. Для быстрейшего роста в геном растений добавлен ген кукурузы.

НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ
Зеркало Вселенной возвращается в строй

Самый большой в стране телескоп БТА скоро вернется в строй. Работы по восстановлению и модернизации его главного зеркала начались на Лыткаринском заводе оптического стекла.

Тонкости технологии

История эта началась 40 с лишним лет назад. В «ЮТ» № 10 за 1976 г. мы рассказали, с какими трудами и технологическими ухищрениями делали 6-метровое зеркало для главного телескопа страны.

В 1960 году на подмосковном заводе оптического стекла, что расположен в г. Лыткарино, собрались лучшие технологи стекольного производства страны, чтобы обсудить проблему, как наилучшим образом получить 70-тонную заготовку для зеркала самого крупного в нашей стране телескопа, который по размерам должен был превзойти самый крупный в то время 5-метровый телескоп на горе Маунт-Паломар в США.

Поначалу было предложено 11 вариантов. После всестороннего обсуждения и консультации с астрономами, их осталось всего пять. Из них затем выбрали один, оптимальный. В чем же заключались основные трудности?

Обычное оптическое стекло для изготовления отливки не годилось, потому что, кроме однородности состава стекла по всему его объему и отсутствия в нем даже микроскопических пузырьков газа, заготовка для Большого телескопа азимутального (БТА) требовала выполнения еще ряда особых условий. Среди них наиболее важные: возможно меньший коэффициент линейного расширения, очень малая агрессивность и минимальная склонность к кристаллизации.

Расшифруем.

Как известно, стекло – это переохлажденный раствор сплавов различных окислов и силикатов. Для переохлажденной воды такое состояние крайне неустойчиво. Достаточно легкого сотрясения, и она превратится в лед, кристаллизуется. Для стекла же подобное аморфное состояние вещества вполне нормально, оно может находиться в нем очень длительное время. Но если кристаллизация начнется в процессе изготовления стекла, то о высоком качестве и речи быть не может. Во избежание кристаллизации подбирают такой состав, чтобы при небольшом понижении температуры резко возрастала его вязкость. Но вязкое стекло, да еще сразу 70 т, очень трудно быстро переправить из печи в форму. Потому-то и требовалось стекло достаточно жидкое и в то же время малокристаллизующееся.

Еще одна трудность заключалась в том, что масса, нагретая до температуры 1600 °C, чрезвычайно агрессивна. В ней растворяются вольфрам, бор, тантал. Значит, нужны огнеупоры для печи и формы, которые смогли бы выдержать «агрессию» стекла. И, в-третьих, стекло столь большого зеркала должно иметь малый коэффициент расширения. Иначе на его поверхности будет очень трудно, а то и невозможно получить форму идеальной параболы, собирающей световые лучи в один пучок.

Четыре года искали оптимальный состав советские оптики. Одновременно сооружали специальный цех, готовили печь и иное оборудование для отливки. И вот, наконец, по 5,5-метровой трубе толщиной с бревно, изготовленной из чистой платины (именно к этому драгметаллу, как выяснилось, стекло прилипает меньше всего), расплавленная масса из печи пошла в форму. А чтобы она не застыла по дороге, трубу обогревали газовыми горелками.

Но не все поначалу шло гладко. Во время экспериментальных отливок случалось всякое – застывала масса, лопалась сливная труба. Производственно-экспериментальная отливка прошла гладко, масса заполнила форму, но, когда стали проводить отжиг и охлаждение заготовки, коварная трещина рассекла ее пополам.

Лишь с четвертой попытки все удалось. Около шести часов текла огненная река. Сначала стекло гигантским куполом вздымалось в центре, потом купол осел, масса растеклась по всей площади и стала медленно подниматься к проектной отметке, словно тесто в гигантской квашне. Затем трубопровод перекрыли, и форма, накрытая крышкой, отправилась на отжиг.

Ошибки случаются у всех

Отжиг, пожалуй, самая деликатная операция во всем процессе. От того, насколько точно и правильно она выполнена, зависела дальнейшая судьба заготовки. Ее вновь нагревают до определенной температуры и затем медленно охлаждают, избавляя материал от внутренних напряжений.

Электропечь нагрела форму до 600 °C. Затем температуру стали снижать в среднем по 0,5° в сутки. Изменение температуры контролировали автоматы. Дни шли за днями, и с каждым часом заготовка становилась чуточку холоднее. «Поспешишь – людей насмешишь», – гласит старая русская пословица. Как никогда верной она могла оказаться и в данном случае. Поэтому лишь через два года и шесть дней, когда температура снизилась до плюс 20 градусов Цельсия, были открыты сначала печь, а потом и форма. Впереди предстояло еще много работы. Нужно было снять 28 т «лишнего» стекла – операция, с которой блестяще справились рабочие завода. Затем обработать поверхность будущего зеркала алмазными кругами и порошком, просверлить и довести до высокой степени чистоты десятки отверстий, предназначенных для облегчения самого зеркала, а также для укрепления его на подложке. Как потом подсчитали, на все это израсходовали около 7 тыс. каратов алмазов.

В общем, проблем было много. Немало помучились и с доставкой многотонного груза на гору Андырчи, что в районе поселка Нижний Архыз в Карачаево-Черкесии. А уже на горе после монтажа зеркала выяснилось, что его качество, увы, далеко от идеала.

Кстати, не у нас одних случился такой конфуз. Немного позднее нечто подобное произошло и с космическим телескопом «Хаббл». Причем его «близорукость» выявилась уже после вывода телескопа на орбиту. Пришлось американцам посылать в космос специальную бригаду ремонтников, которые установили на телескоп специальную корректирующую приставку.

Наши специалисты тоже придумали специальную корректирующую систему. Изображение улучшилось, телескоп пустили в эксплуатацию. Но со временем его зоркость все ухудшалась, и пришлось пойти на радикальную операцию. В 2007 году было принято решение о капитальном ремонте зеркала.

Лыткаринские оптики вновь принялись за дело. К реставрации привлекли даже заводчан-ветеранов, которые сорок лет тому назад, будучи молодыми специалистами, принимали участие в первой полировке зеркала. К примеру, вновь встал к станку К. Бачманов, хотя ему уже за 70… Реконструкция телескопа не ограничивается только зеркалом. Модернизируются и его металлоконструкции.

Зеркало должно лежать на специальной подложке, как на перине, гасящей все нагрузки. А еще механизм перемещения, чтобы телескоп мог наблюдать за различными участками неба. Плюс средства контроля и обработки информации. В общем, работы здесь на многие месяцы.

Астрономы с нетерпением ждут возвращения обновленного телескопа, который позволит расширить программу научных исследований, повысить качество наблюдений.

Как из осколков собрать целое

И все же, как считают специалисты, магистральный путь отечественной астрофизики – более активное участие в работе международных астрономических организаций. Прежде всего в Европейской южной обсерватории, имеющей отличный инструмент, расположенный в чилийских Андах, где небо чистое почти круглый год. У нас же на Северном Кавказе лишь 40 процентов ночей – ясные.

Кроме того, за прошедшие десятилетия наши строители телескопов отстали от мирового уровня. Если в 70-е годы прошлого столетия БТА был самым крупным телескопом в мире, то теперь ему и во втором десятке места может не найтись. С каждым годом за рубежом строят все более крупные телескопы.

Так, в 2008 году при помощи наземного телескопа, диаметр главного зеркала которого составляет 10,4 м, удалось запечатлеть три экзопланеты, вращающиеся вокруг звезды из созвездия Пегас. Расстояние от нас до «соседей» 130 световых лет. При этом более-менее уверенно астрономы различают планеты, диаметр которых превышает размеры Юпитера. А чтобы различать планеты, подобные нашей Земле, требуются телескопы, имеющие диаметр зеркала более 25 м.

Проекты таких приборов активно разрабатываются. Это Гигантский Магелланов телескоп, европейский Сверхбольшой телескоп и американо-канадский 30-метровый телескоп ТМТ. А один из европейских проектов предполагает создание телескопа с просто фантастическим зеркалом – его диаметр составит 100 м!

А поскольку для таких гигантов современные технологи не могут создать монолитные зеркала, пришлось пойти на хитрость – делать их составными. Однако, как известно из повседневного опыта, стоит разбить зеркало, и вместо цельного изображения каждый осколок будет создавать свое. Как свести их воедино?

Эту задачу берет на себя особая компьютерная программа. Она же производит и корректировку изображения, вызванную атмосферными искажениями. Именно поэтому специалисты компании Dynamic Structures, проектирующие ТМТ, предлагают собрать его главное зеркало из 492 полутораметровых сегментов.

Пока еще не решено окончательно, где расположится новый телескоп. Рассматриваются три места: в Чили, на Гавайях и в Мексике. Но уже к середине 2010 года в выбранном месте должны начаться сборочные работы, а еще через 8 лет и первые наблюдения. Реставрация БТА – тоже не напрасный труд. Последние годы астрономы все чаще заставляют свои инструменты работать «в общей упряжке». Делается это так.

В определенное время телескопы, находящиеся в разных уголках Земли, ведут наблюдение за одним и тем же объектом. Изображения записывают, а потом сводят воедино в общем вычислительном центре.

Таким образом, получается синтезированное изображение, позволяющее различить такие детали, которые ни один телескоп не в состоянии разглядеть самостоятельно. Астрономы, например, полагают, что с помощью новых гигантских телескопов можно будет не только увидеть планеты, подобные нашей Земле, но и изучить их химический состав, определить присутствие воды, метана и кислорода и даже выявить наличие растительности…

Так что нас еще ждут интереснейшие астрономические открытия.