Текст книги "Юный техник, 2002 № 04"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 4 апрель 2002

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ЧТО УМЕЮТ МАЛЬЧИШКИ
Солнечный круг

Ю.Локтионовдемонстрирует гриль «Солнечный».

«Солнце светит всем, но вот польза от него бывает разной». С этой неожиданной фразы начал разговор со мной один из инициаторов молодежного проекта «Солнечный круг» Юрий Викторович Локтионов. И пояснил свою мысль.

Солнечная энергетика во многих регионах России по-прежнему остается экзотикой. Между тем многие государства Европы, Азии, даже Африки уже начали извлекать из ее достижений вполне реальную пользу. Знает об этом Юрий Викторович не понаслышке.

Добрый десяток лет прошел с той поры, как бывший инженер-ядерщик заинтересовался проблемами гелиоэнергетики и начал внимательно отслеживать все ее достижения. За прошедшие годы Локтионов побывал в Израиле, ФРГ, Швейцарии, Японии… И всюду интересовался тем, как молодое поколение вкупе со старшими осваивает солнечную энергетику.

– Должен вам сказать, – продолжал он свой рассказ, – за рубежом уже перестали смотреть на альтернативную энергетику как на нечто необычное. Ветрогенераторы, солнечные коллекторы можно увидеть практически повсеместно. Жилой дом, в саду которого не стоит ветряк, а на крыше не видно солнечных панелей, воспринимается как архаика. Люди отправляются в поход, на пикник, и никому на стоянке даже в голову не приходит отправиться в кусты за сушняком для костра. Из рюкзака достают комплект простейшего оборудования, и уже через четверть часа на собранном из него солнечном гриле шипит мясо…

Причем всевозможные проекты, разработки, применения альтернативной энергетики поддерживаются на государственном уровне. Скажем, в той же Германии человек, поставивший на своем участке ветрогенератор, может получить от правительства компенсацию. Так государство благодарит гражданина за проявленную им инициативу.

Насмотревшись всего этого, Локтионов понял, что не стоит дожидаться, пока государство проявит интерес к развитию нетрадиционных областей энергетики.

И со своими коллегами из Института высоких энергий РАН, научно-производственного предприятия «ЭнЭко-Полюс», агентства «Линкор-ПРО» пошел в физико-математическую школу-лабораторию № 444 Москвы.

Что это за школа? Суть отношения к ней тех, кто в ней учится, лучше всего, пожалуй, выражена в таких вот немудреных стихах:

 
Солнце, ветер или дождик на дворе.
Мы шагаем в нашу школу на заре.
Каждый день идем сюда, как в первый раз.
Школа «три четверки» – это класс!
 

– Ну а если перейти к прозе, – рассказывала преподаватель-методист, она же – научный сотрудник Института новых технологий образования Галина Александровна Гухман, – можно вспомнить, что «школа будущего» была открыта в 1953 году по инициативе члена-корреспондента Академии педагогических наук С.И.Шварцбурда. Здесь впервые в нашей стране начали профессионально готовить «вычислителей-программистов».

На схеме показана последовательность сборки «солнечной тарелки».

Еще одна разработка – портативный «конструктор», позволяющий быстро разобраться в азах солнечной энергетики.

За прошедшие годы школа, ее ученики, преподаватели под руководством бессменного директора, заслуженного учителя России Инны Ивановны Крючковой неоднократно побеждали на всевозможных смотрах, конкурсах и олимпиадах. А выпускников школы традиционно с охотой принимают в число своих студентов МГУ, МГТУ, МЭИ и другие ведущие вузы страны. Многие из них потом становятся видными специалистами, известными людьми не только в нашей стране, но и далеко за ее пределами.

И вот школа затеяла новое полезное дело. Ее ученики принимают самое непосредственное и активное участие в молодежном проекте «Солнечный круг». Что же они делают?

Об этом мне рассказали непосредственные участники этой работы, семиклассники Никита Кузнецов и Иван Наумышев.

– У нас в школе работает 21 кружок, так что найти занятие по душе несложно, – говорит Никита. – Лично я с третьего класса стал заниматься электроникой и своего друга Ивана заинтересовал…

Начинают ребята, как это водится, с азов. Зимой выходят на улицу и ставят эксперименты. Положат, например, на снег кусочки белой и черной тканей, а потом смотрят, где быстрее тает снег. Соображают почему. Придумывают и делают действующие модели различных устройств. Возьмем, например, модель гоночного катера с электродвигателем.

Вместо обычной батарейки для питания используется солнечная панель.

Другую солнечную батарею Илья с Иваном приспособили для питания бытовой электроники. Рассчитали примерную потребляемую мощность, затем количество исходных элементов, поставили на выходе делитель, чтобы можно было получать питание начиная от 3 вольт до 12.

Участвуют ребята и в проектах посложнее. Например, когда Ю.В.Локтионов разрабатывал конструкцию гриля «Солнечный», он привлекал мальчишек для выполнения самой сложной части работы – сборки. И теперь они стали асами по этой части. Могут собрать походную солнечную плиту всего за несколько минут, что называется, с закрытыми глазами.

Внешне эта штука похожа на спутниковую телевизионную антенну, но пользоваться ею столь же просто, как обычным электрическим самоваром. Собрал, навел концентратор на солнце, поместил в тубус шампуры с мясом или емкость с водой – и вскоре аппетитно запахнут шашлыки или закипит чай.

Гриль уже выпускают малыми партиями, его можно купить. В разобранном состоянии помещается в небольшую походную сумку. Собирается и разбирается от силы за 10–15 минут, гарантийный срок службы – не менее 5 лет.

Кроме того, НПП «СолТех», с которым сотрудничают ребята и взрослые, выпускает еще целый ряд изделий солнечной энергетики. Например, очень практичен источник питания для подзарядки батарей сотового телефона. Вытащил из кармана небольшую панель, навел на солнце или просто на сильный источник света – и через некоторое время ты снова на связи со всем миром.

Станислав ЗИГУНЕНКО, специальный корреспондент «ЮТ»

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Солнце светит всем

«Если бы свет Солнца, не проходя через земную атмосферу, светил непрерывно, в течение суток на квадратный километр земной поверхности мы получили бы 43 200 больших калорий», – писал в своей работе «Жизнь в эфире» К.Э. Циолковский еще в начале XX века.

Правда, добавлял ученый, из-за рассеивания и поглощения земной атмосферой «в среднем до почвы в сутки доходит не более 5000 калорий: на экваторе несколько больше, а к полюсам – меньше. Если же принять в расчет облачность, низкое стояние Солнца, то еще меньше»…

Тем не менее, и этого количества хватит, чтобы произвести огромное количество работы. «Механическая энергия, – писал Циолковский, – соответствующая такому количеству тепла (5000 кал), составит в сутки более 2 000 000 килограмм-метров, то есть она достаточная, чтобы поднять 1000 килограммов на 2 километра высоты».

Большая часть этой энергии превращается в теплоту и только примерно 1/5000 часть преобразуется в потенциальную энергию плодов, зерен, фруктов, овощей, древесины…

Потому Циолковский предлагал строить солнечные электростанции. И рассчитал, что при КПД всего 10 % на каждого жителя Земли, как будто на фараона, бесплатно и круглосуточно работали бы 4000 рабов!

При жизни великого ученого, как известно, никто такими «рабами» не обзавелся. Ну а как обстоят дела сейчас, в начале XXI века? Вот какие факты и цифры привел в одном из своих выступлений генеральный директор научно-производственного объединения «Интерсоларцентр» А.Б. Пинов.

За последние 10 лет в мире накоплен огромный опыт по организации автономного энергоснабжения на основе использования солнечной энергии путем ее преобразования 8 электрическую с помощью фотоэлектрических солнечных панелей, встроенных в крыши домов. Такие установки вырабатывают ныне суммарно 50 млрд. кВт-ч.

Впрочем, несмотря на масштабность этого числа, оно составляет всего лишь 0,5 % от общей выработки электроэнергии на планете. Так что резервы тут огромнейшие! И во всем мире стараются наверстать упущенное.

В ФРГ, например, практический успех первой программы «1000 солнечных крыш» привел к тому, что ныне таких крыш стало уже в 100 раз больше, чем задумывали. Программа «70 000 солнечных крыш» осуществлена в Японии, и уже более 1 млн. крыш оборудовано солнечными элементами в США.

Так выглядит современный дом, крыша которого изготовлена из солнечных фотоэлементов.

Передвижная фотоэнергетическая установка, созданная нашими специалистами.

В России, к сожалению, в основном, ограничивались лишь созданием солнечных элементов для спутников и космических станций. Хотя физические принципы преобразования солнечной радиации были разработаны российскими учеными и специалистами уже давно. В них использованы самые современные теоретические модели и новые конструкции с предельным КПД до 9 3 %.

Для решения этой проблемы в 1996 году Министерством науки и технологий РФ был разработан проект по созданию высокоэффективных кремниевых фотопреобразователей и модулей.

Для их производства была создана научно-производственная фирма «Кварк» в Краснодаре. Спустя два года на фирме «Солнечный ветер» в Краснодаре было налажено экспериментально-опытное производство продукции, характеристики которой соответствуют лучшим мировым образцам. Одновременно было начато внедрение этой технологии в ЗАО ОКБ завода «Красное знамя» (г. Рязань). Там под руководством «Интерсоларцентра» разработан проект организации широкомасштабного производства кремния и кремниевых солнечных элементов и модулей общим объемом до 2 МВт в год.

Промышленная реализация этого проекта позволит создать в России мощное производство, способное поставлять качественные изделия даже на мировой рынок. Так что дела вроде бы движутся. Но все-таки темпы освоения солнечной энергии все еще оставляют желать лучшего.

Между тем, как показывают проведенные исследования и опыты, солнечные фотоэлементы могут с успехом работать не только в районе Краснодара или Сочи, но и практически повсеместно. Зимой в тундре такие агрегаты бесполезны. Зато летом солнце там светит круглые сутки, наверстывая упущенное. А вот, скажем, в Сибири или Забайкалье солнечные установки могут работать круглый год с достаточно высокой эффективностью.

Например, в поселке Кольцово, близ Новосибирска, построен уже целый поселок, где половина потребности в тепле и энергии покрывается за счет нашего светила. А в Бурятии, как показали расчеты, даже при КПД всего 12 % удельная выработка электроэнергии составляет 200 кВт на квадратный метр площади солнечных панелей.

Этапы развития фотоэлектричества в России

1958 г.Запущен первый спутник Земли с солнечными батареями.

1964 г.В пустыне Каракумы, недалеко от Ашхабада, в Туркмении, опробована солнечная батарея с концентраторами мощностью 0,25 кВт для подъема воды.

1967 г.Разработан новый класс фотопреобразователей – многопереходные солнечные элементы из кремния.

1970 г.Технологию ионной имплантации начали применять в производстве солнечных элементов.

1970 г.Разработана технология фотопреобразователей с двусторонней чувствительностью.

1975 г.Прошли испытания солнечные батареи площадью 1 м ²и напряжением 32 кВ для ракетного ионно-плазменного двигателя.

1975 г.Разработана технология солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs. В 1981 г. эти элементы были использованы в лунной космической программе.

1980 г.Разработана технология многопереходных солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs.

1984 г.В Ашхабаде установлена фотоэлектрическая система мощностью 10 кВт с пластиковыми параболическими концентраторами.

1985 г.При преобразовании лазерного излучения солнечными элементами достигнут КПД 8 36 %.

1987 г.Разработана технология очистки металлургического кремния для солнечных элементов.

1989 г.В Краснодарском крае построена «солнечная» деревня мощностью 40 кВт.

1989 г.Разработана специальная технология производства солнечных элементов наземного применения.

1993 г.Достигнут КПД в 30 % для каскадных солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs гетероструктуры на германиевой подложке, разработаны новые классы голографических, призматических, параболических концентраторов и оптических систем на их основе.

Публикацию подготовил С.НИКОЛАЕВ

ИНФОРМАЦИЯ

УПАКОВЩИК ТРАВЫ.В Новосибирске, на предприятии «Сибсельмашспецтехника» разработан новый агрегат – пресс-подборщик и упаковщик зеленой массы для герметичного консервирования свежескошенной травы. Машина бережно сворачивает траву в рулоны весом по 500–800 кг и обволакивает полиэтиленовой пленкой. Внутри без кислорода тут же прекращаются процессы гниения, и трава хранится свежей несколько месяцев. А такой корм дает существенную прибавку удоев.

В Европе подобная технология используется уже довольно давно и доказала свои преимущества. Теперь и в нашей стране стали производить такую технику, специально приспособленную к нашим климатическим условиям. Первая партия подборщиков-упаковщиков уже вышла из цехов предприятия и закуплена окрестными хозяйствами. Причем себестоимость новой машины оказалась вдвое ниже, чем у зарубежных аналогов.

ПЕЧОРСКАЯ НЕФТЬуникальна по своим данным. Во-первых, ее не выкачивают из глубины посредством скважин, а добывают в рудниках. Дело в том, что здесь нефтепродуктами пропитана губчатая горная порода, из которой нефть выпаривают, то есть разжижают с помощью горячего пара, получая при этом практически готовые смазочные материалы высокого качества. Но самое интересное выяснилось совсем недавно. Оказалось, что эта самая порода, которая раньше шла в отвалы, оказывается еще более ценным минеральным сырьем, чем сама нефть. Как показал анализ, она состоит из оксида титана и оксида кремния. Это, по существу, единственное месторождение титана на территории России.

Наши химики уже разработали технологию освоения этих отвалов. При этом получают карбонитрид титана, с помощью которого можно затем изготавливать сверхтвердые сплавы. Кроме того, из карбида кремния изготовляют нагревательные элементы для электропечей, а также абразивные материалы и другие весьма полезные и перспективные соединения.

САМИ – С УСАМИ. Тараканы некоторых видов способны производить для собственных нужд витамин А непосредственно в организме. Этот факт экспериментально доказали сотрудники Петербургского института эволюционной физиологии и биохимии. До этого наука не знала, что представители фауны способны сами себя снабжать необходимыми витаминами.

И ЛЕВША БЫ ПОЗАВИДОВАЛмастерству школьников в изготовлении… шпаргалок. Что ни экземпляр, то образчик сообразительности, фантазии и мастерства. Так, одна из «шпор» представляет собой миниатюрную книжицу, шрифт на страницах которой впору читать через увеличительное стекло. Есть и произведения, изготовленные по новейшей технологии с использованием компьютера. Вся эта коллекция собралась в учительской средней школы № 1 г. Заречного Свердловской области за прошлый учебный год. В этом учителя ждут ее пополнения и сетуют, что надобности в «шпорах» не было бы, если бы учеников не заставляли запоминать уйму сведений, не имеющих логической поддержки – например, исторических дат. «Ведь все равно они тут же выветриваются из голов после экзамена, – говорят учителя. – Так зачем тогда программа того требует?»

СОЗДАНО В РОССИИ
В космос, на прогулку…

Полет первого космического туриста показал, что это удовольствие – для очень богатых людей. «Лишние» 20 млн. долларов могут быть только у миллиардера. Тем не менее, как обещают ученые и конструкторы, удовольствие совершить туристическую экскурсию в космос может стать доступнее: ряд фирм и корпораций создают прогулочные космические корабли. Стараются не отстать от зарубежных конкурентов и отечественные специалисты.

Во Франции и Японии, например, предлагают использовать для таких полетов следующую схему. Капсула с туристами устанавливается на верхушку межконтинентальной баллистической ракеты. Та стартует с космодрома. Первые две ступени разгоняют космическую капсулу до такой скорости, что она способна совершить суборбитальный космический полет, поднимаясь на высоту порядка 100 с лишним километров.

Чтобы совершить затем аэродинамическую посадку на заранее выбранный аэродром, капсула снабжается небольшими крыльями и собственными двигателями, помогающими корректировать траекторию баллистического спуска.

Наши специалисты предлагают для этой цели использовать более прогрессивную технологию «воздушного старта». Вот как, например, видят себе такой запуск специалисты Экспериментального машиностроительного завода имени В.М. Мясищева, создавшие авиационно-космическую систему для туризма М-55Х.

Выглядит она следующим образом. На «спину» самолету «Атлант» грузится специально сконструированный «челнок» облегченного типа. Самолет стартует с обычного аэродрома, поднимается на высоту в 10–12 км, стараясь одновременно приблизиться к экватору, из зоны которого космические запуски наиболее эффективны (работе двигателей помогает еще и собственное вращение Земли). Достигнув намеченной точки, экипаж носителя производит отцепку «челнока», и тот продолжает полет, используя тягу двигателей второй ступени-бустера. Выработав топливо, та опускается в океан при помощи, скажем, собственных крыльев и парашютной системы. А «челнок» выходит на космическую орбиту, поднимая в космос коммерческую нагрузку массой до 1300 кг. Выполнив задание, он затем возвращается на тот же аэродром, с которого взлетел носитель, или на запасную посадочную площадку.

В тех же случаях, когда вывод большой нагрузки не нужен, в качестве носителя может быть использован не тяжелый самолет ВМ-Т, а куда более легкий, а значит, и дешевый, бывший самолет-разведчик М-55. В гражданском варианте он носит название «Геофизика» и способен подняться с укрепленным сверху суборбитальным модулем С-ХХI на высоту до 19 км.

ВМ-Ти экспериментальная платформа « Демонстратор».

Так выглядит многоразовая аэродинамическая система С-ХХI.

Модуль снабжен системами жизнеобеспечения, управления и спасения для трех человек (пилота и 2 пассажиров-туристов), а также собственными двигателями. Достигнув проектной высоты, самолет-носитель, имеющий дозвуковую скорость, переходит в пикирование, чтобы увеличить скорость. После достижения расчетного угла наклона траектории и заданной перегрузки происходит разделение самолета и модуля. Носитель возвращается на аэродром, а модуль с включенным ускорителем начинает набор высоты.

После выработки топлива ускоритель отстыковывается, и модуль C–XXI продолжает полет по баллистической траектории, достигая высоты более 100 км. А затем совершает спуск, используя аэродинамическое торможение корпусом, затем тормозные парашюты, и, наконец, производит планирующую посадку на полосу по-самолетному.

Первые полеты C–XXI конструкторы намечают на 2004–2005 годы.

Другой вариант подобной системы разработан в Центральной научно-исследовательской лаборатории «Астра» при Московском авиационном институте. Ее сотрудники под руководством доктора технических наук, профессора Геннадия Малышева разработали многоцелевой ракетоплан ARS для системы регионального наблюдения за земной поверхностью, тренировки космонавтов, аэрокосмического спорта и туризма.

Для предварительного разгона ракетоплана в данном случае планируется использовать сверхзвуковой истребитель-перехватчик МиГ-31С, способный развивать скорость порядка 2500 км/ч и имеющий достаточно большую высоту и дальность полета, чтобы вывести ракетоплан в точку запуска. После расцепки, имея высоту порядка 25 км и скорость 680 м/с, ракетоплан уже не нуждается в дополнительном бустере-разгонщике и способен выйти на траекторию суборбитального полета, используя лишь тягу своих собственных гибридных двигателей относительно низкого давления с тягой около 2000 кг. В качестве топлива используют твердый бутил-каучук, а в качестве окислителя – жидкий кислород.

Поднявшись на высоту порядка 130 км, ракетоплан затем возвратится в плотные слои атмосферы и спланирует на своих крыльях к месту посадки. Чтобы уменьшить посадочную скорость, на заключительном этапе может быть введено в действием мягкое парашют-крыло, обеспечивающее посадку даже на грунтовую площадку.

Ракетоплан рассчитывается на ресурс до 200 полетов и способен сделать их относительно дешевыми. Речь идет уже не о миллионах, а о сотнях или даже десятках тысяч долларов.

Кроме туристов, подобная система способна выводить на орбиту и полезную нагрузку. В этом случае к Миг-31С подцепят ракету-носитель «Микрон» модульного типа. Отработавшие свое ускорители опять-таки могут быть спущены на землю с помощью парашютов и использованы повторно. А последняя ступень выводит на орбиту полезную нагрузку массой до 180 кг.

Внешний вид и схема многоцелевого ракетоплана ARS.

Схема ракеты-носителя « Микрон».

С.НИКОЛАЕВ