Текст книги "Юный техник, 2008 № 02"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 02 февраль 2008

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ
Мал, да удал?

Очередной, третий по счету, Московский международный автосалон мало отличался от предыдущих. Наш специальный корреспондент Станислав ЗИГУНЕНКО обратил внимание на самые маленькие концепткары. И вот почему.

На трacce – «Микробы»

Московские транспортные пробки привели к тому, что многие жители и гости столицы уже перестали воспринимать автобус, троллейбус и даже такси как средство транспорта. И предпочитают добираться из дома до места работы или учебы исключительно на метро и пешком.

Но раз проблема существует, ее нужно решать. Как?

С одной стороны, нужно строить как можно больше транспортных магистралей и развязок. С другой – нужно стремиться, чтобы каждый отдельно взятый автомобиль занимал на улице как можно меньше места.

Именно такую концепцию разрабатывают с 2004 года Андрей Белов и его коллеги из тольяттинской фирмы «ТехноМастер». Ими создан микроавтомобильчик Microb(«Микроб»), который проходит всесторонние испытания в НАМИ.

Внешний вид « Микроба»…

В павильоне Московского международного автосалона.

«Фирма готова выпускать до двухсот «Микробов» в год (т. е. организовать мелкосерийное производство), – сообщил А. Белов. – Однако главным тормозом на сегодняшний день стали «юридические тонкости». Сертификация и процесс определения классовой принадлежности «Микроба» потребовали достаточно много времени»…

Дело в том, что при максимальной скорости 25 км/ч это маленькое чудо не попадает в сферу влияния ГАИ, поскольку воспринимается автоинспекторами скорее как разновидность мокика. В то же время мотор с объемом цилиндров в 200 куб. см требует по закону от водителя наличия лицензии на управление, или, говоря иначе, водительских прав. В конце концов, «Микроб» признали тихоходным транспортным средством, которым можно управлять, получив, например… тракторные права категории «В».

Впрочем, честно признаются создатели «Микроба», изначально они не собирались выпускать свое детище на улицу. Мини-мобиль задумывался как средство для прогулок в зоне отдыха и развлечений. Средой обитания «Микробов» должны были стать парки, поля для гольфа, музеи под открытым небом, санатории и курорты. Неспроста он пользовался огромным успехом и у посетителей Сочинского автосалона, в число участников которого входили не только россияне, но и граждане таких туристских государств, как Болгария, Египет и Турция.

Кстати, в Сочи же выявился и основной недостаток первой модели «Микроба», который изначально был снабжен двигателем с рабочим объемом 50 куб. см и вообще не требовал никаких прав на вождение. Однако мощность мотора Honda– всего 6 л. с. Этого вполне достаточно для езды по равнине, но первые же ходовые испытания на горных перевалах в окрестностях Сочи показали: на подъем он «не тянет».

Пришлось подумать об установке двигателя с большим литражом. Выбор пал на изделие именитого американского моторостроителя – фирму Briggs&Stratton, – крупнейшего производителя двигателей для газонокосилок и прочей мелкой «приусадебной» техники. Их 200-кубовый двигатель высокотехнологичного семейства Vanguard обладает внушительным крутящим моментом в 11,5 Нм и значительно большим моторесурсом. С этим моторчиком «Микроб» стал не только быстрее, но и менее шумным.

Японские новинки

Беглый осмотр экспозиции показал, что не только наши соотечественники стремятся делать автомобили как можно более компактными. Любители всего миниатюрного – японцы и здесь стараются быть «впереди планеты всей».

В скором времени сотрудники всем известной фирмы Nissanсобираются выпустить на улицы Токио и других японских городов второй вариант экологически чистого городского электромобиля PIVO 2. Он вобрал в себя лучшие особенности первою PIVO двухлетней давности, который представлял собой компактный трехместный автомобильчик с кабиной, способной поворачиваться на 360 градусов.

Автомобиль PIVO 2, предназначенный для комфортной и безопасной езды по городу, просто напичкан электроникой. Инновации – в каждой детали. Взять хотя бы индивидуальные дискообразные тяговые двигатели, установленные на каждое колесо отдельно. Благодаря этому PIVO 2 обладает уникальной маневренностью, способен передвигаться даже боком, словно краб. Это очень удобно при парковке и выезде со стоянки.

Nissan PIVO 2обладает не только вращающейся кабиной, но и поворачивающимися во все стороны колесами.

Технологической гордостью концепта является система Robotic Agent. Этот небольшой прибор на панели управления, похожий на головку куклы с глазками, почти по-человечески общается с шофером, отвечает на стандартные вопросы и даже кивает головой. Он призван повышать настроение водителя, ибо установлено, что в плохом настроении автомобилисты гораздо чаще попадают в аварии.

Впрочем, японские автопроизводители думают не только о горожанах. Свидетельство тому – функциональный внедорожник в лице концепта Suzuki X-HEAD.

Этот двухместный автомобильчик выглядит как самый настоящий грузовичок с короткой кабиной и вместительным открытым кузовом, в котором можно перевозить различные грузы. Причем, кроме кузова, для сравнительно крупногабаритных грузов, в откидывающихся бортах есть дополнительные отделения для мелких вещей или инструментов.

Сельский мини-внедорожник Suzuki X-HEAD.

«Ока» за океаном

Удивительно, но законодатели автомобильной моды – американцы, похоже, всерьез заинтересовались нашей «Окой» и закупили у отечественных производителей партию микролитражек.

Прежде всего, покупателей прельстила дешевизна «Оки», которая позволяет без особых затрат переоборудовать машину в электромобиль, оснастив ее небольшим электродвигателем в 11 л.с. Тем не менее, он позволяет разогнать «Оку» до 40 км/ч. Двигатель работает от 8 стандартных батарей-аккумуляторов, которые можно зарядить за 5 часов от обычной розетки. Их емкости хватает на поездку в 40 км. Стоимость зарядки около 30 центов. А цена самого переоборудованного мобиля составит 10 000 долларов.

Случай этот, конечно, удивительный. Но особо гордиться не приходится, поскольку американцы используют произведение нашего Автопрома как некую тележку, всего лишь шасси для своих переделок. И ездить она будет скорее всего где-то на территории фермы в сельской глубинке. На трассу выезд ей будет запрещен хотя бы по той простой причине, что «Ока» не сможет пройти в США испытания на безопасность.

Кстати…

ВЗЛЕТИМ НАД СУЕТОЙ?

Кстати, те же американцы предлагают еще один способ борьбы с транспортными пробками. «Наш летающий автомобиль будет просто перемахивать через них», – утверждают сотрудники компании Terrfugia, создавшие гибридный транспортный аппарат – автосамолет Transition.

Основатель этой компании, выпускник Массачусетского технологического института Карл Дитрих, создал 2-местный аппарат весом всего 600 кг (столько же весит, кстати, наша «Ока»), который на трассе не уступит обычному джипу, а, взлетев на раскладных крыльях, сможет развить скорость около 200 км/ч. Двигатель мощностью в 100 л.с. тратит чуть больше 7,5 литра бензина на 100 км пути, так что емкости стандартного бака хватит примерно на 740 км.

Мелкосерийный выпуск аппарата намечен на конец 2009 года, так что у Дитриха есть шанс обогнать профессора Пола Моллера, начавшего работу над своим летающим автомобилем лет 20 назад и собирающегося начать продажу своего детища к началу 2010 года.

Детище П. Моллераготовится к взлету.

Transition– один из вариантов летающего автомобиля.

Хотя стоимость такого гибрида сравнима со стоимостью хорошего автомобиля, а двигатели его работают на обычном бензине и взлететь он способен даже с шоссе, эксперты относятся к нему довольно сдержанно. И не только потому, что для посадки такой машине все-таки нужна специальная площадка или посадочная полоса. «Как показывает многолетний опыт, обычно век таких комбинированных конструкций весьма недолог, – сказал президент аэроклуба «Мистер Твистер» Александр Ломеко. – Вся беда в том, что гибридные конструкции, как правило, неважно ездят и еще хуже летают. А хлопот с ним в обслуживании, лицензировании и т. д. не оберешься. Ведь на любой полет, согласно существующим ныне правилам, необходимо специальное разрешение»…

В общем, похоже, исполнения мечты Жюля Верна об изобретении универсального транспортного средства, на котором ездил его Робур-завоеватель, придется еще подождать…

СОЗДАНО В РОССИИ
«Умные» краски

Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), расположенный в подмосковном Жуковском, является одним из ведущих мировых центров авиационной науки. Здесь сделано немало удивительных открытий и изобретений. Сегодня мы поговорим о некоторых из них.

Известно, что перед тем, как в воздух поднимется настоящий самолет, его модели неоднократно продувают в аэродинамических трубах. Их в ЦАГИ немало, и многие имеют свою собственную славную историю.

«На нашей трубе в свое время работал сам Мстислав Всеволодович Келдыш, тогда еще будущий президент Академии наук СССР, – рассказала нам директор Жуковского авиатехнологического колледжа И.С. Фалеева. – Он изучал с ее помощью флаттер и шимми…»

Явления эти крайне неприятные и заключаются вот в чем. При флаттере у самолета на некоторых режимах полета вдруг начинаются непредвиденные колебания плоскостей и хвостового оперения. Дело иной раз доходило даже до того, что части плоскостей и оперения попросту отваливались в полете… Явление же шимми, названное так по имени модного в 20-е годы заокеанского танца, заключалось в том, что переднее колесо самолета при пробежке после посадки вдруг начинало само по себе вилять из стороны в сторону. Самолет съезжал с полосы и мог разбиться…

Продувки в трубе помогли нашему ученому разобраться в причинах этих явлений, описать их математически, а потом и принять меры, чтобы они никогда больше не повторялись на практике.

Но вот когда в трубе продувают ту или иную модель, очень важно знать, видеть, как именно воздушные потоки обтекают ту или иную часть. А для этого невидимые воздушные потоки нужно сделать видимыми.

Делают это разными способами. Например, в воздушную струю добавляют дым, и становится видно, как его струйки обтекают модель, можно вести соответствующую киносъемку. Еще порой на всю поверхность модели наклеивают многочисленные шелковинки. На ветру нитки, трепеща, отклоняются в ту или иную сторону, и по этим отклонениям судят о поведении воздушного потока.

Однако у обоих способов есть один недостаток – на самой модели после остановки трубы не остается никаких явно выраженных следов обтекания. И тогда наши аэродинамики придумали такую хитрость. На поверхность модели стали наносить краской яркие контрастные точки – например, белые точки по черному полю или, наоборот, черные точки на белом.

Причем консистенцию краски и время ее нанесения подбирали таким образом, чтобы при включении трубы воздушные потоки размазывали капли краски по поверхности модели, фиксируя таким образом направление и силу воздушных струй. Ведь чем сильнее струя, тем больше она смазывает краску.

Следующий шаг заключался в разработке краски, которая бы постоянно реагировала на изменение давления. «Такие краски называются ЛИД – люминесцентные преобразователи давления, – рассказал нам начальник отдела новых авиационных технологий, кандидат технических наук Леонид Теперин. – ЛПД позволяет видеть значение давления на поверхности, поскольку краска меняет свой цвет под действием воздушной струи. Этот способ сейчас запатентован и широко используется практически во всех авиационных центрах мира».

Сейчас исследователи ЦАГИ призвали на помощь и последние достижения нанотехнологии. Особые крупинки, которые на Западе называют «умной пылью», добавляют в краску, которой красят как модель, так и самый настоящий самолет. И в каждом испытании, в каждом полете эти крупинки, в зависимости от воздушного давления, температуры, деформации той или иной части конструкции, выдают электромагнитные сигналы, которые фиксирует специальная аппаратура.

Таким образом можно получать огромное количество информации, в том числе и такой, какая не может быть получена иным способом.

«Более того, в ЦАГИ разработана краска, которая может сделать летательный аппарат практически невидимым для радара, – продолжал рассказ Теперин. – До сих пор малую радиозаметность летательным аппаратам пытались придать с помощью экзотических форм, которые весьма плохо влияют на управляемость и летные качества аппарата. Другой путь решения проблемы – создание многослойных покрытий, которые имеют определенную наноначинку, эффективно поглощающую излучение радара»…

В. ЧЕРНОВ, С. НИКОЛАЕВ

ИНФОРМАЦИЯ

ВТОРОЙ ФЕСТИВАЛЬ НАУКИ, организованный МГУ имени М.В. Ломоносова при содействии столичной мэрии, прошел успешно. Возле Фундаментальной библиотеки МГУ, как говорится, яблоку негде было упасть: организованная здесь выставка стала одним из самых зрелищных мероприятий фестиваля.

Поскольку в конце 2007 года в России отмечали 50-летний юбилей первого спутника, особое место в экспозиции было уделено космической тематике. Ученые МГУ имели и имеют отношение ко многим космическим исследованиям. Уже на третьем искусственном спутнике Земли была установлена аппаратура, разработанная сотрудниками университета. С ее помощью впервые удалось зафиксировать вспышки на Солнце.

А юные собрались у небольших роботов-андроидов, пританцовывавших на столе. Школьники на таких роботах отрабатывают навыки программирования и даже ставят целые спектакли, в которых все артисты – андроиды.

Остается добавить, что первый фестиваль науки состоялся в Лондоне в 1831 году. И с тех пор подобные мероприятия регулярно проводятся по всему миру. Дошла эта хорошая традиция и до нашей страны. Причем не исключено, что в будущем и наш фестиваль науки из столичного превратится во всероссийский. Такое пожелание высказали ректор МГУ В. Садовничий и мэр Москвы Ю. Лужков.

«КОСМИЧЕСКИЕ РУБЕЖИ XXI ВЕКА».Под таким девизом Казанский госуниверситет провел 4-ю Всероссийскую астрономическую конференцию 2007 года. Конференция собрала около 300 участников из Москвы, Санкт-Петербурга, Челябинска и других городов, в том числе зарубежных.

Один из интереснейших докладов о полете на Марс прочитал космонавт Александр Калери. По его мнению, межпланетный корабль будет питаться энергией от солнечных батарей с размахом 700 м, общая продолжительность экспедиции составит два года, а пребывание экипажа из 4–6 человек на Красной планете – месяц. Реальная дата старта – 2020 год.

СЛОВАРЬ БАБУШКИ ВЕРЫопубликован в Томском госуниверситете. Это коллективный труд 40 ученых-лингвистов, которые в течение четверти века регулярно записывали речь одного человека – крестьянки из села Вершинино Томской области Веры Вершининой.

Особенность этого словаря в том, что в нем отражены все характерные слова и выражения не писателя или государственного деятеля, а обыкновенного жителя нашей страны. Словарь бабы Веры оказался почти столь же богат, как у А.С. Пушкина – она использовала в своей речи более 20 тысяч слов.

ШАХТНЫЙ МЕТАН ПОЙДЕТ В ДЕЛО. Как известно, обычно этот газ, содержание которого составляет примерно 100 куб. м на тонну породы, представляет собой смертельную опасность для шахтеров. Взрыв метана – самая распространенная причина аварий в шахтах. И вот теперь технологи Кемеровского холдинга «Сибуглемет» начали использовать на шахте «Полосухинская» специальную технологию дегазации пластов. В итоге выработка угля становится безопаснее, а газ поступает в топки котельной самой же шахты.

ПРЕМИИ
Глубина поверхностных реакций

Нобелевская премия по химии за 2007 год присуждена известному немецкому ученому Герхарду Эртлю«за исследования химических процессов на твердых поверхностях».

Сам лауреат Герхард Эртль, почетный профессор берлинского Института Фрица Хабера при Обществе Макса Планка, считает себя… физиком. «В институте я изучал физику. И диплом защитил по физике, – сказал он. – Однако физика и химия не так уж далеки друг от друга.

В сфере моих интересов – применение в химии тех методов, которые обычно распространены в физике».

Герхард Эртльна рабочем месте.

Поверхность катализатора испещрена отверстиями для увеличения площади соприкосновения.

Будущий лауреат родился 10 октября 1936 года в пригороде Штутгарта. Здесь он закончил гимназию, вспоминая которую говорит, что порою ему там было невероятно скучно. И преподаватели попадались далеко не все такие уж замечательные. Из всех школьных предметов Герхард больше всего ненавидел… физкультуру. И когда другие мальчишки отправлялись гонять мяч, он предпочитал посидеть с книгой в руках. Причем довольно часто в его руках можно было увидеть разного рода труды по химии и физике.

В 13 лет он начал проводить химические опыты у себя дома. Мама будущего лауреата полгода стойко терпела чудовищные запахи и взрывы, но потом попросила все это безобразие прекратить. Тогда Эртль бросил химию и, переключившись на физику, стал собирать радиоприемники.

В 1955 году он поступил учиться на физический факультет Штутгартского университета, который и закончил пять лет спустя. В это же время он успел постажироваться в Сорбонне (Париж) и Мюнхенском университете. Затем он перешел вслед за своим руководителем в технический университет Мюнхена, где и защитил докторскую диссертацию.

В 1968 году Г. Эртль возглавил факультет физической и электрической химии Ганноверского университета. В 1973 году он вернулся в Мюнхен и несколько лет руководил факультетом физической химии университета Людвига Максимильяна. Именно в это время он и провел первые исследования из той обширной серии работ, которая, в конце концов, привела его к Нобелевской премии.

В 2004 году Герхард Эртль официально вышел на пенсию. Но в Институте за ним сохранился кабинет, где ученый и ныне работает практически каждый день, консультируя молодых коллег и занимаясь своими собственными делами.

У него уже множество наград и почетных званий, а также жена, двое детей, четверо внуков и две кошки.

Хитрости катализа

Профессора Эртля знают во всем мире как одного из отцов катализа. Он не только придумал, как ускорить многие реакции, но и объяснил суть механизма катализации. До него было во многом непонятно, как вещество, которое само в реакции не участвует, может ее ускорить.

Один из опытов, иллюстрирующий суть катализа, выглядит так. Если в открытую колбу, содержащую концентрированный водный раствор аммиака, поместить предварительно подогретую платиновую проволоку, то невооруженным глазом видно, как она нагревается до красного каления и остается в таком состоянии длительное время.

Откуда берется дополнительная энергия для нагрева?

Оказывается, в присутствии платины аммиак взаимодействует с кислородом воздуха. Эта реакция является экзотермической, то есть идет с выделением большого количества тепла. А тепло, как известно, обычно ускоряет течение реакции.

Катализаторы могут быть как твердыми, так жидкими и газообразными. А в некоторых случаях имеет место и аутокатализ, когда процесс ускоряется одним из продуктов реакции. Наблюдать самопроизвольный катализ можно, например, смешав растворы перманганата калия (обычной марганцовки) и сульфата калия. Первоначальная малиново-красная окраска смеси вскоре начинает меняться, причем все быстрее. А причиной тому образующиеся в результате реакции ионы Мn ²⁺. Многие реакции в растворах ускоряются ионами гидроксония Н ₃0+ (в кислой среде) и ионами ОН– (в щелочной).

Еще существуют гомогенный и гетерогенный катализ, катализационный крекинг… В общем, не случайно на эту тему написаны толстенные тома, а без катализаторов немыслимы многие процессы современного производства. Здесь и борьба с выхлопными газами автомобилей, и нефтепераработка, и производство полупроводников. Даже парниковый эффект и разрушение озонового слоя во многом связаны с каталитическими процессами, протекающими на границе твердых и газовых фаз.

Начало многим из вышеперечисленных исследований и положил профессор Эртль. По словам сотрудника Института катализа СО РАН, доктора химических наук Владимира Городецкого, который несколько лет работал совместно с Эртлем, именно работы немецкого ученого и позволили разобраться, как именно протекает катализ.

Как добыть азот из воздуха?

К реакциям, оказавшимся в поле зрения исследователя, относится, в частности, и синтез аммиака на поверхности железа, а также окисление окиси углерода на палладии. Первый из упомянутых процессов применяется в производстве искусственных удобрений.

Как известно, растения не умеют усваивать азот непосредственно из воздуха. Исключение составляют лишь бобовые, в которых проживают бактерии, умеющие «переваривать» азот и передавать его своим хозяевам уже в связанном виде. Другие же растения приходится периодически подкармливать, например, классическим азотным удобрением – аммиачной селитрой.

Получают же это удобрение на химкомбинатах, используя в качестве основы реакцию Габара-Боша. Она названа так по именам двух нобелевских лауреатов, которые разработали еще в первой половине прошлого века метод синтеза аммиака путем фиксации азота из воздуха. И работы Эртля тоже восходят к 60-м годам XX века, когда он начал изучать и совершенствовать этот процесс.

Окисление же окиси углерода на палладии с целью превращения СО в СО ₂необходимо для обезвреживания угарного газа, возникающего при сжигании топлива автомобильным двигателем.

В исследованиях Эртля на поверхности платины были обнаружены также и реакции особого свойства – колебательные, то есть способные поочередно менять направление подобно тому, как колеблется маятник ходиков. Такие реакции довольно широко распространены в природе; знание их особенностей помогает не только химикам, но и медикам. Используя фотоэлектронную микроскопию, Эртль получил также первые наглядные изображения колебательного процесса.

Борьба со ржавчиной

Правда, и у Эртля были предшественники. Так, еще в начале прошлого века выдающийся американский ученый, лауреат Нобелевской премии Ирвинг Ленгмюр создал теорию катализа, основанную на двух механизмах.

Согласно первому, во время химической реакции молекулы взаимодействуют в адсорбционном слое на поверхности катализатора. Второй механизм назван ударным. Согласно ему получалось, что реакция идет не только на поверхности, но и в самой структуре катализатора.

Поначалу считалось, что именно этот вариант главный, именно он действует в большинстве случаев. Однако Эртлю удалось доказать, что на самом деле работает главным образом именно первый механизм: реакции проходят в основном на поверхности катализатора.

Это стало фундаментальным открытием, которое сегодня имеет большое практическое значение. Во многих процессах катализаторы стали использовать в виде тонких пленок и порошков, имеющих большую площадь соприкосновения с реагирующими веществами, что обеспечивает высокую производительность индустриальных процессов.

Катализатор в выхлопной трубе современного автомобиля.

Еще один очевидный пример поверхностных процессов – коррозия металлов, происходящая на стыке твердого тела, жидкости и газа. Говоря проще, железо будет ржаветь лишь во влажной среде при наличии кислорода. При этом оно окисляется до гидроксида, образуя на поверхности бурую рыхлую массу – ржавчину. Причем в некоторых странах, особенно с влажным и теплым климатом, процесс этот идет столь быстро, что ежегодно в ржавчину превращается до 25 % производимого железа и его сплавов.

Профессор Эртль разобрался в процессах коррозии и предложил ингибиторы – вещества, которые, в противоположность катализаторам, замедляют окислительные процессы. Разработаны им и рецепты антикоррозийных покрытий, которые позволяют значительно уменьшить экономический ущерб, наносимый ржавчиной.

В последнее время на основе исследований Эртля разрабатываются водородные топливные элементы, которые помогут решить проблемы поисков альтернативных источников энергии и избавить автомобили от бензиновых двигателей.

А. ОРЛОВ, научный обозреватель «ЮТ»