Текст книги "Юный техник, 2007 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 12 декабрь 2007

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ
Достижения фотоники

На 2-й Международной специализированной выставке оптической, лазерной и оптоэлектронной аппаратуры «Фотоника-2007» нашего специального корреспондента В.ЧЕТВЕРГОВА заинтересовали прежде всего лазеры.

Исцеляющий луч

…На полях Краснодарского края, в сумерках летних вечеров не раз замечали странные красные лучи. И если верить тому, что местные жители не раз замечали НЛО, поневоле задумаешься…

– Инопланетяне здесь ни при чем, – улыбнулся моему вопросу генеральный директор научно-производственной фирмы «Биолазер» П.С.Журба. – Лазером мы повышаем урожайность посевов…

Из разговора выяснилось, что луч лазера низкой интенсивности с длиной волны 632–670 нанометров краснодарские механизаторы применяют для улучшения роста растений.

– Раньше для этой цели обычно обрабатывали посевы гербицидами, разбрасывали удобрения, – пояснил Журба. – Мы же используем безопасные для механизатора и окружающей среды физические методы стимуляции посевов.

Есть смысл производить и лазерную обработку плодов перед закладкой их на хранение, – продолжал А.С.Журба. – Причем, если яблоки и другие фрукты обрабатывают прямо на деревьях, пропуская трактор с лазерной установкой по междурядьям, то картошку лучше обрабатывать в буртах, ящиках или контейнерах уже непосредственно в хранилище.

Выгоды при этом таковы. Обработка за счет повышенной всхожести семян дает возможность уменьшить нормы высева на 10–15 %, повышает урожай до 10 %, резко снижает количество заболеваний растений на корню, повышает сахаристость сахарной свеклы на 1,5 % и уменьшает потери плодов при хранении в 2–3 раза.

К этому стоит добавить и тот факт, что одна установка на тракторе или машине позволяет обработать до 100 га за час. А стоимость обработки составляет всего 270 рублей за гектар – в 5 раз дешевле, чем химикатами с воздуха.

Установка для лазерной обработки посевов, смонтированная на тракторе «Беларусь».

«Стрельба» по болезням

Конструкторское бюро приборостроения (КБП) стрелкового вооружения – старейшее в стране. Оно было создано еще в 1927 году при Тульском оружейном заводе. И ныне оно известно прежде всего зенитными ракетными комплексами «Тунгуска» и «Панцирь-С1». Менее известно, что КБП не только успешный экспортер оружия, но и производитель уникальных лазерных хирургических аппаратов.

Недавно его сотрудники совместно с коллегами из Института проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАН разработали медицинскую систему «Ланцет-6». В ее работе используются как хирургические, так и диагностические свойства лазерного излучения.

Лазерный дальномер-высотомер и примеры его использования.

По словам руководителя разработки Валерия Ульянова, в одном устройстве теперь синтезированы полезные свойства сразу двух. В оптическую и микропроцессорную схемы управления лазерного аппарата КБП интегрирована система оптической диагностики, разработанная в ИПЛИТе. И «Ланцет» во время операции не только режет ткани, но еще и исследует их по отражению луча.

Это позволяет перестраивать характеристики излучения в зависимости от того, по какой именно ткани или границе между тканями (например, мышца – кость, кожа – подкожный жир, зубная эмаль – дентин и т. д.) проходит разрез в данную миллисекунду.

Лазерная сварочная установка.

Потомки гиперболоидов

С тех пор, как писатель А.Н.Толстой придумал гиперболоид, которому не могли противостоять ни броня, ни горные породы, инженеры долгое время старались превратить его фантазию в реальность. В 90-е годы прошлого столетия нашим специалистам удалось создать лазер, способный сбивать военные спутники на орбите. И когда членам конгресса США было доложено о «сверхсекретном русском чуде» – СО ₂-лазере мощностью 1 МВт, программа «звездных войн», как известно, была свернута. А сам лазер, созданный специалистами Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) при участии сотрудников ряда других организаций, стал основой серии лазерных технологических комплексов.

Так, например, излучение лазера МЛТК-50 способно на расстоянии в десятки метров, сквозь дым и пламя, быстро срезать, например, нефтяную вышку, если на промыслах вдруг случится пожар. Пригоден он также для утилизации старых кораблей и подлодок (луч режет корабельную сталь толщиной до 120 мм с расстояния в 30 м), разделки скального массива в каменоломнях, выжигании пленки нефти, разлитой по поверхности акватории.

Лазерная шоу-система и результаты ее работы.

МЛТК-5 – комплекс с мощностью в 10 раз меньшей, чем у его старшего собрата – решает производственные задачи. С его помощью, например, можно восстановить истершийся вал турбины электростанции. После лазерного напыления вал, по словам старшего научного сотрудника ТРИНИТИ Г.В. Смирнова, становится как новый. А не будь лазера, турбину пришлось бы разбирать и везти на ремонт. А весит она, между прочим, около 200 т!

Наконец, лазерный комплекс МЛТК-2 с мощностью излучения 2,1 кВт используется для сварки и резки металлов, подводных работ и даже для уничтожения прямо в полете стай саранчи.

ИНФОРМАЦИЯ

РЕЙС В АТЛАНТИКУ, НЕ ПОКИДАЯ ПОРТА, совершили ученые ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова. Они воспроизвели условия, характерные для полярного судоходства, в опытном бассейне института, где и провели первый этап модельных испытаний корпуса атомного ледокола нового поколения. Вскоре он должен выйти на высокоширотные трассы, с льдами толщиной до 3 м.

По словам директора института академика РАН Валентина Пашина, к 2015–2020 годам ресурс эксплуатирующихся в Заполярье атомных ледоколов будет исчерпан и флоту потребуются новые суда, способные проводить караваны транспортных судов по трассам Севморпути.

Разрабатываемый ледокол, благодаря оригинальной конструкции, сможет проводить караваны как на малых глубинах до 11 м – они характерны для устьевых участков рек Сибири, так и на «большой воде» морских фарватеров. Таким образом, атомоходы нового типа заменят как ледоколы с малой осадкой «Таймыр» и «Вайгач», так и более мощные атомоходы типа «Арктика» и «Сибирь».

ГАРАНТИИ УЧЕНЫХ. Специалисты Кольского филиала геофизической службы Российской академии наук гарантируют сейсмическую безопасность площадки, выбранной для строительства в Мурманской области второй атомной электростанции.

По словам директора филиала, кандидата геолого-минералогических наук Анатолия Виноградова, древняя Кольская земля еще не «остыла» от некогда бушевавших здесь природных катаклизмов и на ее территории не так уж и редко случаются землетрясения от трех до шести баллов, но строить АЭС здесь можно, если тщательно учитывать многие факторы.

Например, «за последние двадцать лет сейсмичность нашей планеты, в том числе и Кольского полуострова, выросла более чем вдвое, – сказал ученый. – И этот факт крайне важно учитывать при создании не только атомных и гидроэлектростанций, но и объектов длительного хранения ядерных, радиоактивных и химических отходов».

НА ФОБОС ВМЕСТЕ С КИТАЙЦАМИ. Группа ученых из Политехнического университета Гонконга примет участие в разработке оборудования для доставки на Землю образцов реликтового вещества с одного из спутников Марса – Фобоса в рамках российского проекта «Фобос-Грунт». Китайско-российское соглашение о взаимодействии в исследовании космоса было подписано наряду с другими документами в ходе визита председателя КНР Ху Цзиньтао в Россию.

Программа изучения Фобоса предполагает запуск непилотируемого космического аппарата, посадку, забор грунта и доставку в 2009 году образцов на Землю. На российском аппарате установят, в частности, китайский мини-спутник, который будет доставлен на околомарсианскую орбиту.

Гонконгские специалисты отвечают за разработку миниатюрного прибора для забора и дробления образцов грунта до крошек объемом в 1 куб. мм. Ученые из китайского Гонконга уже имели опыт взаимодействия с Россией в развитии ее космической программы, однако оно прервалось после затопления орбитальной станции «Мир» в марте 2001 года.

СОЗДАНО В РОССИИ
Мне сверху видно все…

В годы Второй мировой войны осветительные ракеты сыграли значительную роль в осуществлении ночных операций. Осветительные бомбы-«люстры», падающие на парашютах с борта бомбардировщиков и самолетов-разведчиков, позволяли рассмотреть цели даже в ночной мгле. А солдаты наземных войск широко использовали пистолеты-ракетницы для подачи сигналов и освещения местности, чтобы противник не подкрался в ночной тьме незаметно.

А вот как модернизировали недавно эту традиционную технику слушатели Военно-космической академии имени Можайского. По словам одного из разработчиков, курсанта Александра Перова, создана целая система, включающая в себя аэробуй, телеракету и репитерракету.

Аэробуй используется в тех случаях, когда человеку или группе людей, попавших в затруднительную ситуацию, нужно подать сигнал бедствия. Раньше в таких случаях из ручной ракетницы пускали красные ракеты. Они поднимались на высоту 300 м и были заметны с расстояния всего лишь в несколько километров. А вот если зарядить ракетницу спецпатроном с аварийным радиомаяком, то сигнал SOS может быть услышан на расстоянии в десятки, а то и сотни километров.

Ракету можно зарядить и антенной. При взлете репитер-ракеты осуществляется пакетная радиосвязь на дальнее расстояние – уже на тысячи километров. Особенно может пригодиться такая возможность, например, разведгруппам, ведущим поиск террористов в горах, где обычная связь возможна не всегда.

И, наконец, внутрь такого же осветительного патрона для ручной ракетницы может быть помещена миниатюрная телекамера. Спускаясь с высоты на парашюте, она успевает передать на переносной монитор всю картину окрестностей, позволяя оператору своевременно заметить группы разведчиков потенциального противника, террористов, замаскированную военную технику. Причем с помощью современной инфракрасной камеры все это отчетливо видно даже в темноте.

А в мирное время такую систему можно использовать при поиске людей, заблудившихся в лесу, рыбаков на оторвавшейся от берега льдине… Причем наши отечественные разработки получились весьма надежными и менее дорогими, чем аналогичная зарубежная техника.

В. ЧЕРНОВ

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Метро… под водой

В заголовке ошибки нет – речь ниже пойдет не о подземном, а именно о подводном метрополитене. Этот всепогодный, скоростной, относительно дешевый вид транспорта для перемещения всех видов грузов и пассажиров может в ближайшем будущем оказаться весьма перспективным. Так, во всяком случае, полагает один из разработчиков оригинального трубопровода А.Л. Яковенко.

Как известно, ныне водный транспорт – самый дешевый и самый крупнотоннажный. Но он же и самый медленный. А потому почти все пассажирские суда превратились сегодня в плавучие отели для туристов. Да и те используются преимущественно лишь в курортный сезон.

Между тем существует настоятельная необходимость переброски людей и грузов через водные пространства в любое время года и суток и при всякой погоде, когда уж и самолеты не летают.

Кстати, пассажирам, следующим на сравнительно небольшие расстояния, например, из Италии на Корсику или из Франции в Англию, и нет смысла пользоваться самолетом – поездка в аэропорт, стояние в очередях на досмотр отнимают времени намного больше, чем сам полет. Поэтому многие в таких случаях предпочитают морские паромы – на нем можно пересечь водное пространство даже вместе со своим автомобилем. Так ныне многие ездят, например, из Дании в Швецию или из Франции в Англию. Но паром ходит по расписанию, и его иной раз приходится довольно долго ждать. Кроме того, и здесь погода может внести свои коррективы.

Например, паромная переправа на Балтике или между Сахалином и материком не работает в шторм и зимой, когда море замерзает.

В таких случаях, конечно, гораздо удобнее мост или тоннель, такой, например, как проложили в свое время под Ла-Маншем. Однако вспомним: первые попытки построить это весьма дорогое сооружение относятся еще к наполеоновским временам. А когда, наконец, в XX веке тоннель построили, оказалось, что прибыли от него придется ждать еще долгие годы.

«Поэтому в наши дни есть проект прокладки тоннеля между Италией и Сицилией, – говорит Александр Леонидович Яковенко. – Причем прокладывать его собираются не под морским дном, как на Ла-Манше, а над ним».

Металлическую трубу соответствующего диаметра закрепят на якорях на такой глубине, чтобы не мешала судоходству, и пустят по ней железнодорожные составы. Как показывают расчеты, такое сооружение обойдется примерно на порядок дешевле, чем если бы туннель прокладывать под морским дном.

«Трасса будет составлена из автономных секций диаметром до 8 м и длиной до 200 м, почти полностью укомплектованных внутренними деталями и конструкциями, – поясняет автор. – Секции по окончании сборки закроют с обеих сторон герметичными заглушками, превращающими каждую секцию в своеобразную подлодку, и в таком виде отбуксируют по воде к месту монтажа. Затем с помощью плавучих кранов и собственной балластной системы все секции притопляют на заданную глубину и состыкуют друг с другом». Причем, по мнению разработчика, поскольку глубина размещения трассы невелика, то монтажники могут работать в легководолазном снаряжении, а сама их база сможет располагаться в одной из уже готовых секций. Выход и вход обеспечат специальные шлюзы, к которым затем будут пристыкованы аварийно-спасательные батискафы. Они обеспечат выход пассажиров из туннеля на поверхность в случае непредвиденных, аварийных ситуаций.

Схема монтажа подводного туннеля.

_{Цифрами обозначены: 1– очередная секция монтируемого туннеля; 2– уже смонтированная часть туннеля; 3и 4– постоянные и временные якоря, 5– монтажно-аварийный батискаф.}

Если первый опыт эксплуатации такого тоннеля окажется успешным, то подобные переправы распространятся по всему миру.

Есть, например, даже идея в будущем расширить столичное метро за счет новых линий, проложенных по фарватеру Москвы-реки. Ведь, кроме всего прочего, московская земля уже напичкана всевозможными коммуникациями, частью совсем забытыми, и это сильно затрудняет и удорожает строительство обычного метро.

Еще более выгодным может оказаться проект акваметро для Санкт-Петербурга, где, кроме Невы, есть еще множество каналов, а грунты под городом такие, что подземные туннели приходится опускать на большую глубину. А это, как сами понимаете, стоит дополнительных денег и трудов. В дальнейшем можно также подумать о прокладке подобных линий, скажем, между Азией и Америкой, в районе Аляски. А там дело может дойти до устройства подводных переправ через Балтику и Атлантику.

Методику же строительства можно отработать при прокладке подводных трубопроводов для транспортировки нефти, газа, пресной воды. Их, оказывается, тоже выгоднее подвешивать в воде, а не укладывать на дно.

Кстати, подобные водоводы можно использовать и для доставки кратчайшим путем питьевой воды, например, из Антарктиды в Африку или из Гренландии в Европу.

Разрез туннеля:

_{1– батискаф; 2– отсек служебных коммуникаций, кабелей и системы жизнеобеспечения 3– балласт; 4– якорная лебедка; 5– железная дорога.}

Публикацию подготовил В. ВЛАДИМИРОВ

КСТАТИ…
Сахалин – не Америка…

Транспортный переход соединит Сахалин с материком, а вот тоннель в Америку нам пока не нужен. К такому выводу пришли специалисты, обсудив транспортные проблемы Дальнего Востока.

Будущий переход – в виде моста или подводного туннеля – пройдет через пролив Невельского в самой узкой его части шириной около 7 км – таково расстояние между мысом Лазарева на хабаровской стороне и мысом Погиби на побережье Сахалина.

Вице-губернатор Сахалинской области Виктор Альперович уверен, что «строительство перехода через пролив Невельского радикально улучшит межрегиональную транспортную инфраструктуру. И в перспективе может стать началом транспортного коридора Япония – Дальний Восток – Европа».

Таким образом, Сахалин перестанет зависеть от погоды. Ведь в сильный шторм или иную непогоду ни самолеты туда не летают, ни морские паромы не ходят…

Между тем на острове и вокруг него ныне интенсивно ведется добыча нефти и газа, идет строительство промышленных предприятий. И железнодорожная, а также автомобильная связь с материком островитянам весьма необходима. А вот выделять средства из федерального и муниципальных бюджетов России на строительство туннеля под Беринговым проливом, который согласно проекту должен соединить Россию и Америку, наши власти пока не намерены.

С таким заявлением выступил глава Минтранса РФ Игорь Левитин. И добавил, что если частные компании решат, что это – выгодный проект, то смогут обойтись и собственными средствами. Министр пояснил, что для развития транспортной сети России туннель под Беринговым проливом «пока не актуален». Более приоритетным проектом, по его мнению, станет тоннель, который свяжет материк с островом Сахалин.

Сахалинский туннель предполагается сделать двухъярусным: на первом будут находиться железнодорожные пути, на втором – автомобильная магистраль. Общая стоимость проекта – 3 млрд. долларов.

Наконец-таки исполнится вековая мечта сахалинцев – домой с материка они смогут приехать на поезде.

РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…
Четкие решения нечеткой логики

Слышал, что в наши дни все большее практическое значение приобретает так называемая нечеткая логика. Какие понятия скрываются под этим термином? Для чего они нужны в практической жизни?

Андрей Коростылев,

г. Новосибирск

Все ли лжецы?

Как был бы несложен окружающий нас мир, если бы на каждый вопрос можно было бы ответить «да» или «нет»! Именно таким пытался представить его знаменитый древнегреческий философ Аристотель. Однако аристотелева логика не выдержала испытания практикой. Произошло это не только потому, что на многие вопросы нельзя ответить однозначно. Существуют еще и так называемые логические парадоксы, с которыми вообще неизвестно, что делать. Вот вам лишь один пример.

Согласно преданию, Эпименид Кносский – поэт и философ, живший в VI в. до н. э. – однажды в порыве гнева заявил: «Все критяне – лжецы!» Но поскольку и он был жителем Крита, то получается, что ему самому верить нельзя.

В терминах аристотелевой логики, согласно которой одно и то же утверждение не может быть одновременно истинным и ложным, подобные самоотрицания не имеют смысла.

Такими вот не очевидными определениями и занимается нечеткая логика. Математически это значит, что некие переменные могут быть частичными членами множеств. С практической же точки зрения, истина или ложь перестают быть абсолютными, а могут быть частично истинными и частично ложными. Подобный подход позволяет математически определить, что парадокс Эпименида примерно на 0,5 истинен и на 0,5 ложен. То есть, говоря совсем попросту, не все критяне лжецы, но и не все правдолюбцы. Они – люди как люди, так сказать, серединка на половинку…

Лед у нас ассоциируется с понятием «холод».

У истоков науки

Сейчас курс нечеткой логики читается лишь в некоторых вузах, а имя доктора Лотфи Заде, родившегося в 1921 году, слышали вообще единицы. Между тем, именно он считается отцом-основателем использования нечеткой логики. Закончив в 1942 году Тегеранский университет и получив степень по электротехнике, он уехал в США, где обучался в Массачусетском технологическом институте (1946 г.) и в Колумбийском университете (1949 г.).

Основополагающая статья по нечеткой логике была опубликована Лотфи Заде в 1965 году и получила, как это нередко бывает, не слишком теплый прием в некоторых кругах академического сообщества. Даже сейчас, сорок с лишним лет спустя, в этой области все еще остаются некоторые разногласия среди теоретиков.

Суть разногласий между доктором Заде и его оппонентами, возможно, и поныне бы оставалась занятием для избранных, если бы не практические требования нашего времени. Известно, что компьютеры используют в своей работе двоичную систему исчисления, причем «О» мы можем, например, толковать как «да», а «1» как «нет».

То есть, говоря иначе, компьютеры смотрят на мир с точки зрения Аристотеля. И, наверное, потому они до сих пор не могут похвастаться особой сообразительностью. Считают они, правда, быстро, а вот стоит им подкинуть задачку из обыденной жизни, как тут же становятся в тупик.

Холодно ли вам?

Вот вам простой пример. Большинству людей не составляет особого труда ответить на вопрос: «Холодно ли вам сейчас?» При этом мы как-то интуитивно понимаем, что речь не идет об абсолютной температуре по шкале Кельвина. И, скажем, многие температуру +15 °C на улице воспринимают как «теплую погоду», но такую же температуру в квартире зимой определяют термином «прохладно».

Специалисты-теплотехники даже составили график (см. рис. 1), помогающий понять, как люди воспринимают температуру.

Рис. 1. График нечеткого определения температуры.

Из него следует, что температуру в +60°F (+12 °C) большинство людей воспринимает как холод, а температуру в +80°F (+27 °C) – как жару. А вот та же температура в +65°F (+15 °C), как показывает опрос, одним кажется низкой, другим – достаточно комфортной.

«Мы называем эту группу определений функцией принадлежности к множествам, описывающим субъективное восприятие температуры человеком», – пишет в своей статье, посвященной проблемам нечеткой логики, старший инженер-исследователь компании Computrols, Inc. Энвер Баши. И добавляет: «Так же просто можно создать дополнительные множества, описывающие восприятие температуры человеком. Например, можно добавить такие множества, как «очень холодно» и «очень жарко». Можно описать подобные функции для других концепций, например, для состояний «открыто» и «закрыто» и т. д.».

Огонь приносит тепло.

Конечно, жизнь теплотехников была бы намного проще, если бы системы отопления функционировали лишь в одном из двух режимов – «топить» и «не топить», то есть «включено» или «выключено». Но на практике, в зависимости от температуры на улице, приходится регулировать и температуру воды в котлах, а стало быть, режим регулирования должен быть многоступенчатым. Так методы нечеткой логики становятся одним из инструментов, используемых инженерами при проектировании, например, контрольно-измерительных систем.

От теории к практике

Не будем сейчас углубляться в теорию нечетких множеств. Скажем только, что нечеткая логика построена на ряде эвристических предположений и вероятностных рассуждений, которые позволяют инженерам ориентироваться в нашем мире приближенных величин и нечетких суждений, лучше решать практические задачи.

А теперь вернемся к решению задачи регулирования отопления в квартирах и скажем, что для данного конкретного случая теория нечеткой логики предлагает, например, такой набор правил, управляющих открытием клапана.

Кроме значения «клапан закрыт» (или 0) и «клапан открыт (1), нужно ввести еще ряд промежуточных значений – например, 0,1; 0,2; 0,3 и т. д., обозначающих ряд переходных значений, показывающих, что клапан может быть частично приоткрыт и на сколько. В итоге удается построить некую номограмму (см. рис. 2), которой удобно пользоваться на практике, повышая и понижая температуру воды в магистрали в зависимости от погоды.

Рис. 2. График работы клапана с переходными значениями.

Таков лишь один вариант использования нечеткой логики на практике. В наши дни она используется также во многих системах управления. Вот лишь несколько примеров. С помощью нечеткой логики работают устройства для автоматического поддержания скорости движения автомобилей, а также увеличения эффективности и стабильности работы их двигателей (компании Nissan, Subani); системы распознавания рукописного текста (компания Sony); системы безопасности для атомных реакторов (компании Hitachi, Bernard, Nuclear Fuel Div.); комплексы управления роботами (компании Toshiba, Fuji Electric, Ornron) и т. д.

Дело дошло уж до того, что системами искусственного интеллекта с нечеткой логикой собираются оснащать лифты в небоскребах, автопилоты для самолетов, крылатых ракет и подводных лодок и даже квантовые компьютеры, которые будут превосходить все нынешние на столько же, на сколько сами персональные компьютеры превосходят обычные калькуляторы.

Публикацию подготовил С. СЛАВИН