Текст книги "Юный техник, 2004 № 10"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 10 октябрь 2004

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

КУРЬЕР «ЮТ»
Таланты встречаются в Москве

Приятно снова повстречать добрых знакомых. Именно это произошло с нашим специальным корреспондентом С. НИКОЛАЕВЫМ на очередном смотре научно-технического творчества молодежи – НТТМ-2004. Все участники заметно выросли и возмужали. Многие даже перешли в другую «весовую категорию» – из школьников стали студентами. А на смену им подрастают новые таланты, представившие на выставке свои оригинальные работы.

Астероидный патруль космических «наездников»

Эта угроза уже неоднократно рассматривалась в фантастических романах, кинофильмах и научно-популярных статьях. Действительно, что делать, если завтра вдруг окажется, что на нашу планету надвигается космическая катастрофа – метеорит диаметром в несколько километров?..

Свой вариант решения проблемы предлагают юные техники из г. Новочеркасска. Безопасность жителей Земли может обеспечить лишь тройной пояс защиты, рассказал мне один из разработчиков этого проекта, Тимур Мустаев. Первый пояс отчасти уже существует. Он состоит из военных спутников, которые наблюдают за поверхностью нашей планеты. Их основная задача – обнаружение старта межконтинентальных баллистических ракет возможного противника.

Но поскольку эпоха «холодной войны» миновала, появилась возможность использовать «глаза» этих спутников и для обнаружения опасности извне. Кроме того, наблюдение за окружающим космосом ведут также специальные научно-исследовательские спутники и орбитальные телескопы.

В общем, у землян сейчас достаточно сил и средств, чтобы наладить постоянное наблюдение за окружающим космическим пространством, регулярно просчитывать траектории тех или иных астероидов, комет и прочих космических пришельцев.

Если же вдруг обнаружится, что один из этих пришельцев непосредственно угрожает нашей планете, в действие должна вступить «тяжелая артиллерия». В настоящее время на Земле осталось еще немало межконтинентальных баллистических ракет, оснащенных ядерными и термоядерными боеголовками. Их-то и предлагают ребята использовать для полезного дела – уничтожения приближающегося астероида. Некоторые из них даже прошли предварительные испытания…

Но главная «изюминка» проекта – вовсе не в использовании выходящего из эксплуатации военного снаряжения. Третий, самый передовой, пояс космической обороны ребята предлагают составить из… космических «наездников».

– Практически всегда мирное решение проблемы эффективнее военного, – считает Тимур. – В данном случае мы предлагаем не доводить ситуацию до того, что в дело придется вступать ракетам с термоядерными боеголовками. Любой взрыв опасен непредсказуемостью своих последствий. Ну взорвали мы астероид, он развалился на множество более мелких обломков. Но кто сказал, что такая шрапнель нанесет меньше ущерба? Вполне возможно, что падение множества менее крупных осколков нанесет даже больше вреда, чем одиночный взрыв большого болида.

В общем, выход из положения ребята видят таким. На третьем, внешнем, поясе космической обороны нужно расположить межпланетные зонды со спецоборудованием. Как только поступит сигнал о приближении нежеланного «гостя» и будут вычислены его координаты, такой зонд выйдет на перехват болида. Причем траектория сближения выбирается такой, чтобы наш зонд-перехватчик приблизился к астероиду или комете со стороны задней полусферы и, постепенно догоняя его, высадил «десант» на его поверхность.

Спускаемая капсула закрепится на поверхности болида и начнет воздействовать на него. «Очень часто поверхность космических пришельцев содержит лед, – пояснил Тимур. – Так что достаточно разогреть его, как в сторону начнет выбрасывать облако пара. Разогрев можно произвести с помощью небольшого ядерного реактора. А струю пара направить таким образом, чтобы появилась реактивная тяга, уводящая болид от нашей планеты. И столкновение не состоится». Ну а если вдруг болид окажется целиком каменным или металлическим, придется в дополнение к реактору доставить на поверхность космического «гостя» еще и ракетный двигатель.

Куда ударила молния?

– В грозу часто кажется, что молния ударила совсем близко, и многие пугаются, – начал свой рассказ Денис Будуев, представитель Южноуральского государственного университета. – Но это, так сказать, субъективно. Между тем, существует целый ряд специалистов, которым важно знать, куда ударила молния.

Оперативная и достоверная информация о молниевых ударах позволит решить многие проблемы геологии, гидрологии, метеорологии, экологии, физики атмосферы, энергетики.

Были, например, случаи, когда из-за грозы приходилось отменять запуски космических кораблей, в грозу, как правило, не работают и аэропорты. Известны случаи, когда именно из-за ударов молний выходили из строя энергосистемы целых городов, что приводило к огромным убыткам. От ударов молнии в деревья случаются лесные пожары, горят нефтехранилища и склады боеприпасов…

В общем, поводов следить за грозовыми фронтами предостаточно. Но как это сделать?

Уральские физики под руководством доктора физико-математических наук, профессора А.В. Панюкова предлагают воспользоваться тем обстоятельством, что молния представляет собой гигантскую электрическую искру. И когда она проскакивает по ионизированному каналу, в атмосфере вокруг него происходит сильнейшее возмущение электромагнитных полей. Но то, что плохо для радистов – в грозу, как известно, возникают большие помехи для радиосвязи, – физики в данном случае предложили использовать во благо.

Денис Будуев долго пытался объяснить мне все тонкости физико-математического аппарата, которым воспользовались специалисты, чтобы точно определить координаты места, куда ударяют молнии. Честно признаюсь, из всех этих рассуждений я понял только одно: теперь молнию можно запеленговать, словно шпионскую радиостанцию.

Пояснения дает один из разработчиков молниевого детектора, Д.Будуев.

Помните, в фильмах о Второй мировой войне показывают машины с направленными антеннами, которые разъезжают по улицам и устанавливают, в каком именно доме спрятан потайной радиопередатчик? Примерно так же и радиофизики определяют азимут, то есть направление на молниевый разряд, с помощью специальных локаторов. Кроме того, зная примерную силу разряда, с помощью специальной компьютерной программы они могут вычислить и расстояние до того места, куда ударила молния.

– Еще точнее координаты молнии определяются, если одновременно работают два или несколько локаторов, – завершил свой рассказ Денис Будуев. – В этом случае точку удара молнии удается иногда определить с точностью до метров.

Электронная инструкция для портативного гранатомета

Военная техника год от года становится сложнее, а сроки срочной службы в армии все укорачиваются. Каким же образом можно научить молодого солдата владению тем или иным оружием, сложной боевой техникой в кратчайшие сроки?

…Танк зримо наползал на меня, становясь все грознее и массивнее. И не так-то просто оказалось унять дрожь в пальцах, тщательно прицелиться и нажать спуск. Когда ракета поразила цель, у меня отлегло от сердца: «Попал!» И это несмотря на то, что находился я не на полигоне, а всего лишь за дисплеем портативного ноутбука, на экране которого и разворачивалось, собственно, все «сражение».

Не вставая из-за компьютера, я мог, в принципе, изучить все подробности устройства данного противотанкового оружия, уловить все особенности использования его днем и ночью, зимой и летом.

– Понятно, что после столь подробного инструктажа изучать реальное оружие на практике куда легче, – пояснил главную идею разработки представитель тульского КБ приборостроения Дмитрий Бурцев. – Причем эта электронная инструкция не уникальна. В нашем КБ теперь взяли за правило наряду с бумажными, печатными инструкциями составлять и электронные. И многие наши заказчики утверждают, что работать с последними куда легче и удобнее.

Электронные инструкции теперь помещаются на стандартных дисках и дискетах, а читаются с помощью компьютера.

Интеллектуальный пылесос

Роботом сегодня трудно удивить, тем более таким довольно неуклюжим, похожим на большого механического жука. Единственное, что привлекло мое внимание, так то, что представляли «жука» давние знакомые – студенты Таганрогского государственного радиотехнического университета, работающие под руководством доцента В.Х. Пшихопова. Каждый год они привозят на всевозможные выставки новые свои разработки.

И в данном случае при ближайшем рассмотрении оказалось, что робот на самом деле представляет собой… пылесос. Только не совсем обычный, а интеллектуальный.

– Все, конечно, видели промышленные пылесосы, с помощью которых производят уборку залов ожидания на вокзалах и в аэропортах, подземных вестибюлей на станциях метро, – пояснил суть дела один из разработчиков, Евгений Журавлев. – Неплохие машины, только за каждой обязательно должен присматривать оператор.

Наш пылесос, оснащенный системой ультразвуковых и лазерных сенсоров и искусственным интеллектом, способен вести уборку самостоятельно. При этом он старательно объезжает не только постоянные препятствия в виде, скажем, колонн, скамеек, но и людей, их багаж. При этом всякий раз при сближении пылесос дает предупредительный сигнал, мигает огоньками. Дескать, посторонитесь, пожалуйста, уборка идет!

ИНФОРМАЦИЯ

ПОДОБНО БАРОНУ МЮНХГАУЗЕНУ, некогда вытащившему самого себя из болота вместе с конем, потянув за косичку парика, приспособление, разработанное московским изобретателем Б.А. Адамовичем, позволяет снять с мели корабль. Устройство устанавливается на палубе и представляет собой компрессор высокого давления и шаровой металлический баллон, расположенный в конце металлической же трубы. Если корабль сел на мель, компрессор закачивает воздух в баллон давлением в 200–250 атм. После этого трубу с баллоном опускают в воду и электросигналом открывают клапан баллона. Воздух начинает выходить из баллона, и он, превратившись в реактивный двигатель, устремляется в нужную сторону, таща за собой корабль.

Как показывают расчеты, тяги в 500 т бывает вполне достаточно, чтобы сдернуть с мели небольшое речное судно. А для корабля побольше можно использовать либо несколько установок, либо одну большую, мощностью в 2000 т тяги.

ХОЛОДИЛЬНИК ДЛЯ ПУТЕШЕСТВЕННИКОВначало выпускать московское ОАО «Фазотрон-НИИР». Он предназначен для охлаждения продуктов питания и напитков. Работает от бортовой сети автомобиля с номинальным напряжением 12 В. При этом в камере объемом 12 литров за счет термоэлементов обеспечивается перепад температур до 20 °C по сравнению с окружающей средой. Запаса энергии автомобильного аккумулятора хватает на 10–12 часов работы. Причем в случае нужды, переключив полярность напряжения, можно превратить холодильник в нагреватель еды и воды.

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Из бетона, словно из стекла…

В качестве месторождений сырья многие специалисты все чаще называют… свалки. Именно отсюда промышленники берут макулатуру, древесные отходы, всевозможные шлаки и шламы, используя их для производства бумаги, древесно-стружечных плит, различных строительных материалов. Очередь, похоже, дошла и до битого стекла…

До недавнего времени в повторном производстве стекольные заводы использовали лишь собственный брак. Такое стекло имеет стабильный (в рамках данной технологии) химический состав и может быть переплавлено вновь без нарушения технологического цикла. А вот несортированный стеклобой, в огромных количествах образующийся в отвалах, на свалках, так использовать нельзя. Никто ведь толком не знает, какого стекла – бутылочного или оконного – там больше сегодня и насколько… Назавтра же состав отходов может радикально измениться – положим, потому, что на свалку вдруг завезли огромное количество битых кинескопов с соседнего завода телеаппаратуры.

Между тем, стекло практически не разрушается под воздействием воды, атмосферы, солнечной радиации, мороза. Кроме того, оно не поддается коррозии, подавляющему количеству сильных и слабых органических, минеральных и биокислот, солей, а также грибкам и бактериям. И если органические отходы – бумага и пищевые отходы – полностью разлагаются уже через 2–3 года, полимерные материалы – через 5 – 20 лет, то стекло сохраняется без особых разрушений сотни, даже тысячи лет.

Вот и получается, что битого стекла на свалках все больше и больше. И, по данным Института вторичных ресурсов, на свалках только нашей страны уже скопилось около 3 млн. т стеклянных осколков. Что же с ними делать?

Над этой задачей ломают головы специалисты всего мира. Так, например, в США, на исследования, проводимые специалистами инженерного факультета и прикладных наук Колумбийского университета (штат Нью-Йорк), связанные с проблемой замены каменного заполнителя в бетоне боем стекла, было выделено 444 млн. долларов!

А Билл Прайс из Хьюстонского университета имеет еще более амбициозные планы: он хочет сделать «стеклянный» бетон не только прочным, но и прозрачным. Мысль эта возникла у доктора Прайса, когда он увидел архитектурный макет концертного зала, выполненный из оргстекла. Макет ему понравился. И исследователь задумался: нельзя ли в самом деле построить такой концертный зал, чтоб он напоминал прозрачную модель?

Исследования показали: идея не так бесплодна, как может показаться на первый взгляд. Ведь бетон – это смесь арматуры или иных крупных частиц (например, гравия), наполнителя (например, песка) и вещества, связующего эти компоненты воедино (обычно в этой роли выступает цемент).

Если в качестве арматуры использовать стекловолокно или прозрачный пластик, в качестве наполнителя применить опять-таки отходы стекла, перемолотые в порошок, а вместо цемента взять в качестве связующего какой-либо прозрачный клей, то в итоге получится и прозрачный бетон. Вот только сколь он будет прочен и во сколько обойдется?

Доктор Прайс с начала 2001 года ведет эксперименты в своей лаборатории с различными составами, но пока не раскрывает, какие именно составляющие он для этого использует и что у него получается. Известно лишь, что он подал прошение властям, намереваясь получить разрешение на строительство достопримечательного прозрачного дома в г. Сан-Антонио, штат Техас.

В России нет денег на эксперименты с американским размахом. Тем не менее, например, в Московском государственном строительном университете (бывшем МИСИ), на кафедре технологии отделочных и изоляционных материалов, вот уже более 15 лет идут подобные исследования. И кое-каких успехов наши специалисты добились.

По словам одного из сотрудников института, Михаила Шестеркина, здесь разработаны новые составы бетонных смесей, в которых стеклянные осколки, размолотые в порошок, идут в ход вместо наполнителя. Более того, стекло можно использовать и вместо традиционных вяжущих веществ – таких, как цемент, известь, гипс…

Причем для этого стекло расплавлять не нужно. Наши специалисты разработали энергосберегающую технологию, которая проста, дешева и не требует специального оборудования.

Отходы стекла размалывают и просеивают. Стекляшки диаметром до 5 мм используют в качестве наполнителя, а тонкомолотый порошок – как связующее. Но поскольку стекло, в отличие от цемента, от воды не разбухает, превращаясь в своеобразный клей, то технологи придумали такую хитрость. Чтобы началась реакция гидратации, наряду с водой используют активизатор в виде соединения щелочного металла. В щелочной среде стеклобой образует кремниевые кислоты, которые затем начинают превращаться в гель и наконец застывают. В итоге получается плотный, прочный и долговечный силикатный конгломерат – стеклобетон.

Проверка показала, что стеклобетон практически не поддается микробному разложению, хорошо противостоит кислотным дождям, красив и отлично держит тепло. Его с успехом можно использовать как в промышленном, так и в гражданском строительстве.

А недавно ученым из Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева придумали, как из отходов стекла делать одним махом сразу двухслойные плиты. Внешний слой – декоративный, внутренний – из вспененного стекла, похожий на застывшую губку, – служит отличным теплоизолятором и шумопоглотителем. В качества сырья для этих изделий вполне годятся и битые бутылки, и осколки оконных стекол, и кинескопы от вышедших из употребления телевизоров…

Весь этот стекольный бой дополнительно измельчают, получая своеобразный стеклянный песок, а потом засыпают его в форму. В верхней части формы песок оставляют чистым, а вот в нижнюю часть добавляют опять-таки тонко измельченный порошок пенообразователя. В качестве его может быть использован мел, угольная пыль, сажа или иное вещество, которое при нагревании образует крошечные пузырьки газа, вспенивающие расплавленную стеклянную массу. Получившийся двухслойный пирог помещают прямо в форме в специальную печь, где стекломасса сначала расплавляется, а потом застывает, согласно специальному температурному графику. В итоге из печи выходят стеклоблоки, лицевая поверхность которых (толщиной около 7 мм) образует декоративное глянцевое покрытие. А тыльная сторона толщиной в 3–4 см обеспечивает хорошую тепло– и звукоизоляцию. В зависимости от состава исходной смеси цвет стеклянных плиток получается разным – от глубоко черных до зеленовато-салатовых. И выглядят они ничуть не хуже мрамора.

Евгений МИХАЙЛОВ

Художник Ю. САРАФАНОВ

УДИВИТЕЛЬНАЯ НАУКА
«Гости» в «бочке»

Слышали слово «кукурбитурил»? Если нет, не удивительно. И само слово, и область науки, где оно в ходу – супрамолекулярная химия, – появились сравнительно недавно и успели попасть далеко не во все учебники.

Так выглядит «бочка» кукурбитурила.

Термином «супрамолекулярная химия» в 1979 году лауреат Нобелевской премии, французский исследователь Жан-Мари Лен обозначил область химии, где царствуют огромные и весьма странные молекулы очень сложного строения. Чтобы как-то выделить их среди других образований, гигантов стали называть супрамолекулярными ансамблями. А среди них есть и такой – C ₃₆H ₃₆N ₂₄О ₁₂. Вот ему-то химик В.Фриман и придумал имечко «кукурбитурил».

Говорят, молекула по внешнему виду показалась ему похожей на тыкву из рода Cucurbita. Как видно, химик был заодно и заядлым огородником-любителем. Так или иначе, название прижилось. Тем более что молекула действительно несколько похожа на тыкву или даже, скорее, на бочку (см. рис).

Впервые это соединение было получено еще в 1905 году немецким химиком Р.Берендетом. Но в то время не было электронных микроскопов, так что ученому не довелось увидеть, какое чудо он сотворил. Удивиться же было чему. Эта молекула – действительно настоящий гигант. Ее высота – 6 ангстрем, а диаметр – 5,5 ангстрема. Этого вполне достаточно, чтобы внутрь такой «бочки» можно было при желании поместить несколько молекул обычных размеров.

Впрочем, долгое время никто толком не знал, что делать с такой молекулой на практике. Интереса ради пробовали помещать внутрь ее разные другие, любовались получающимися структурами, да и только. Так продолжалось до тех пор, пока несколько лет назад российские химики из МГУ под руководством доктора химических наук А. Шевелькова не догадались соорудить подобную «бочку» из полупроводника на основе кремния. И не одну, а сразу множество. Получилась этакая решетка с ячейками, внутри каждой из которых расположены атомы йода.

Решетку теперь называют «хозяином», вещество внутри – «гостем».

Вся хитрость в том, что «гость» химически не связан с «хозяином». Тем не менее, как косточка в вишне, «сидит» довольно крепко. Что и обеспечивает уникальный набор свойств соединения.

«Гость» и «хозяин» представляют собой электрически заряженные группы. Исследователи из МГУ показали, что электропроводность таких супрамолекулярных веществ – величина типичная для полупроводников, а вот теплопроводность очень мала, такая же, как у аморфных материалов. Все вместе это позволило создать уникальные микрохолодильники, позволяющие регулировать температуру охлаждения в весьма широком диапазоне, вплоть до минус 240 °C! Причем для «электронного холодильника» не нужны ни фреон, ни какие-либо движущиеся детали. И работает он бесшумно.

Сначала такие холодильники думали использовать лишь в микроэлектронике для охлаждения интенсивно работающих чипов. Но потом выяснилось, что глубокое охлаждение с успехом может быть использовано и в приемниках инфракрасного диапазона длин волн. Дело в том, что полупроводникам мешают работать их собственные шумы, которые тем сильнее, чем выше температура самого полупроводника. Их так и называют – тепловые.

Охладив полупроводник, можно увеличить его чувствительность как минимум в 10 раз по сравнению с теми, что работают при комнатной температуре. Это значит, что прибор ночного видения сможет обнаружить цель втрое дальше.

Так же можно улучшить чувствительность приемников или мобильных телефонов. Если в мобильник поместить кукурбитуриловые решетки, то он сможет принимать даже сигналы со спутников на собственную антенну без предварительного усиления.

И это только начало…

Владимир ЧЕРНОВ

Соединив вместе множество «бочек», можно получить замысловатую структуру…

… А внутри каждой «бочки» можно поместить некоего «гостя».

Подробности для любознательных

ДВА ЭФФЕКТА И НЕМНОГО ФИЗИКИ…

Полупроводниковый холодильник работает на двух эффектах, изучаемых в курсе школьной физики. В 1834 г. французский ученый Ж. Пельтье открыл эффект поглощения и выделения тепла на контакте двух разнородных материалов в зависимости от направления электрического тока, идущего через контакт. Этот эффект особенно значителен, когда одно из двух контактирующих веществ – полупроводник, а другое – металл.

Само явление сравнительно давно начали использовать в термостатах, кристаллизаторах. Но широко применить эффект Пельтье в быту мешала высокая теплопроводность существующих материалов. Как правило, «полученный» холод растекается по объему контакта настолько быстро, что не дает получить теоретически достижимую низкую температуру. Охладить больше, чем на 10–15 °C, скажем, ту же микросхему невозможно. А вот с помощью кристаллов, открытых Шевельковым и его группой, это уже вполне реально. И как раз за счет низкой теплопроводности веществ со структурой «гость – хозяин».

Более того, для тех же самых веществ имеет место обратный эффект, названный в честь немецкого физика Т. Зеебека, открывшего это явление в 1821 г. Когда на контакте полупроводник – металл возникает разность температур, то появляется и разность потенциалов. Через систему обратной связи это позволит регулировать ток и тем самым менять температуру холодильника в широких пределах.