Текст книги "Юный техник, 2009 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 3 март 2009

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

СОЗДАНО В РОССИИ
Миллион за идею

Российский молодежный конвент – так именовался форум, состоявшийся в Москве в декабре прошлого года. Название было выбрано точно. Конвент – это собрание людей, облеченных полномочиями. Действительно, у участников конкурса – на суд экспертов свои идеи представили больше тысячи изобретателей – есть очень важная задача – вывести Россию на передовые рубежи науки.

И конвент – это приглашение всем молодым людям принять непосредственное участие в повышении ее научного потенциала. Здесь мы рассказываем лишь о некоторых разработках, которые показались особо интересными нашему специальному корреспонденту Виктору ЧЕТВЕРГОВУ.

Мне видно все…

Лучшим изобретением жюри признало работу 24-летнего аспиранта из Института физики твердого тела РАН Вячеслава Муравьева. Называется проект «Создание миниатюрного полупроводникового детектора терагерцового излучения». Суть же дела вот в чем.

До недавнего времени наиболее плохо изученным в электромагнитном спектре оставался терагерцовый диапазон частот (300 ГГц – 10 ТГц). Для него не было ни дешевых, миниатюрных и эффективных генераторов, ни детекторов, ни спектрометров. Несколько лет назад появились первые американские приборы, которые имеют размер около метра и цену от 100 000 до миллиона долларов.

В. Муравьевполучил за свою разработку премию в 1 млн. рублей.

Фото на память после награждения победителей.

Между тем уже первые исследования показали, что террагерцовое излучение обладает уникальными свойствами. Для него по существу нет преград. Оно позволяет получать необычайно четкие изображения внутренних органов при медицинской диагностике, лечении ожогов и опухолей, а также обеспечить быструю беспроводную высокочастотную связь.

Кроме того, многие вещества – твердые тела, жидкости, биологические объекты – имеют характерные спектральные особенности в терагерцовом частотном диапазоне, поэтому терагерцовые волны позволяют не только выявить форму предметов, но даже различить их химический состав. Наконец, терагерцовое излучение безвредно для людей.

Для широкого распространения устройств терагерцового диапазона необходимо лишь одно – наличие надежных, компактных и недорогих приборов. Их-то и удалось создать Вячеславу Муравьеву и его коллегам.

«Мне отчасти повезло, – пояснил Вячеслав. – Я изучал так называемые плазменные волны и обнаружил, что на наноструктурах их частота попадает как раз на терагерцовый диапазон. Остальное было, как говорится, делом техники».

Сегодня создан прибор, который можно поднять одной рукой, а стоит он в сотни раз дешевле американских.

Принцип создания терагерцового излучения и само устройство успешно прошли процесс патентования. В настоящее время выпускник знаменитого МФТИ и его друзья создали маленькую фирму, которая ведет работы по усовершенствованию первоначального прототипа и готовится наладить серийный выпуск приборов.

Развернемся на ходу

Представьте себе ситуацию: на полном ходу мчится боевая машина. Разведчики обнаружили местоположение противника, и теперь им нужно как можно быстрее передать полученные данные в штаб, да еще так, чтобы передача не была перехвачена врагами. Иначе все труды могут пойти насмарку.

Модель железной дороги с вагонами на магнитной подвеске.

Президент России Д.А. Медведев с большим интересом ознакомился с разработками самых юных участников конвента.

Современные антенны-хлысты, тонкими прутиками раскачивающиеся над башнями и кабинами, остронаправленную передачу информации обеспечить не могут. Здесь нужны антенны другие.

Одну из таких антенн и изобрел 15-летний школьник, ученик 10-го класса средней школы № 145 Санкт-Петербурга Алексей Авдеев. Не мудрствуя лукаво, он взял за основу своей разработки конструкцию, которую многие из вас наверняка видели. Это пантограф-токосъемник, который есть на крыше почти каждого вагона пригородной электрички.

В нерабочем состоянии пантограф прижат к крыше, а нужно – машинист нажатием кнопки приводит механизм в действие, и токосъемник за несколько секунд подсоединяется к токонесущему проводу.

Только в данном конкретном случае пантограф, конечно, пришлось значительно модернизировать. И конструкция антенны, по словам Алексея, «состоит из трех идентичных N-звенных пантографов, объединенных в виде прямого цилиндра с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника».

Говоря проще, стоит оператору в кабине нажать кнопку, и на крыше машины сама собой в течение 2–3 секунд вырастает трехгранная башенка антенны. Конструкция достаточно жесткая, чтобы противостоять напору ветра, и надежная, поскольку, кроме стержней и пружин, в ней нет ни электромоторов, ни гидравлических приводов.

Разработанная антенна защищена патентом Российской Федерации на изобретение № 2304328 от 26.02.2006 г. В свое время она получила золотую медаль на международном салоне «Архимед-2008», удостоена ряда других наград. Имеется опытный образец, который доводится до стадии серийного изделия в ОАО «Российский институт мощного радиостроения».

Но сам изобретатель своим детищем не очень доволен. Он хотел бы еще усовершенствовать конструкцию.

Например, улучшить избирательность и направленность антенны, разработать ее варианты не только для наземного, но и воздушного транспорта.

Для участия в Инновационном конвенте в Москву съехалось более 1000 ученых, изобретателей, а также представителей зарубежных и российских компаний.

Остановить нарушителя

Еще одну проблему, которая тоже в какой-то мере имеет отношение к транспорту, решал в своей разработке девятиклассник 204-й московской школы Константин Сергеев.

Аналогом этого устройства, как ни странно, на первый взгляд, может послужить… охотящаяся змея. Вот она лежит, свернувшись, и терпеливо ждет, когда мимо на расстоянии броска пробежит зазевавшаяся мышка или проскачет лягушка. Мгновенный бросок – и острые зубы-шипы с ядом вонзаются в тело жертвы.

«Подобные «змеи»-цепи с шипами работники автоинспекции используют в своей работе и сегодня, – пояснил Костя. – Когда нужно остановить мчащегося нарушителя, они вручную растягивают поперек шоссе специальную цепь с шипами. Наскочив на шипы, машина получает проколы сразу во всех четырех шинах и вынуждена остановиться»…

Однако у этой системы есть недостаток. Она обязательно требует присутствия человека. Костя же предлагает поместить цепь с шипами в свернутом состоянии в специальный короб, стоящий на обочине. При получении сигнала тревоги, который может быть передан специальным кодом по радио или по сотовому телефону, крыша короба откидывается, и цепь под воздействием пружин вылетает и распрямляется во всю длину. Трасса автоматически перекрывается всего за несколько секунд.

В настоящее время в наличии имеется опытный образец, на который получен патент РФ № 2309218 от 27.10.07 г. Разработка также демонстрировалась на нескольких международных выставках, где была удостоена золотых и серебряных медалей.

…К сказанному остается добавить, что премии молодежного конвента также удостоены: за «Лучший инновационный проект» – Гермес Чилов, победителем в номинации «Лучший инновационный менеджер» стал Николай Добровольский, а «Международное признание» получил Павел Трошин.

ИНФОРМАЦИЯ

НАШ СЕПАРАТОР НА ВЫСОТЕ. Высшей награды – Гран-при Сеульского международного салона изобретений – удостоилась «Аэроцентробежная сепарация зерновых материалов и промежуточных продуктов размола». Это изобретение представил доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель России Валерий Злоческий с кафедры машин и аппаратов пищевых производств Алтайского государственного технического университета из Барнаула.

«Мы впервые участвовали в международном форуме и сразу получили Гран-при, – сказал профессор. – Конечно же, нам очень приятно, но надо сказать, что этому успеху предшествовала длительная подготовка».

Принципиальное отличие этого изобретения от уже действующих установок заключается в том, что аэроцентробежная сепарация зерновых материалов и промежуточных продуктов размола разделяет частицы, начиная от 2–3 микрон и до 250 микрон, гораздо быстрее обычных сит при высоком качестве.

СЛЕДОПЫТ УЖЕ ГОТОВ. В США отправлен прибор со сложным названием – «Динамическое альбедо нейтронов», сокращенно ДАН. Ему предстоит выяснить на Марсе, как залегает водяной лед вдоль трассы движения нового марсохода «Марсианская научная лаборатория», рассказал Игорь Митрофанов – заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований, где по заданию Роскосмоса разрабатывался прибор.

Марсоходу по первоначальному плану уже в сентябре 2009 года предстояло отправиться в путешествие к Красной планете и осуществить мягкую посадку на ее поверхность. Однако американцы, похоже, не успевают закончить полный цикл испытаний планетохода, и старт, скорее всего, будет отложен. Тем не менее, наши ученые довольны, что выполнили свою часть работы в срок.

Новый марсоход существенно больше тех планетоходов, которые уже находятся на Красной планете. Время его жизни должно составить 1 марсианский год, то есть приблизительно 2 земных года. Как предполагается, самоходная лаборатория сможет за это время преодолеть по марсианскому бездорожью 20 км.

«ВОЛГА САЙБЕР»– так называется автомобиль нового поколения, который начал выпускать Горьковский автомобильный завод в Нижнем Новгороде на немецком и японском оборудовании на базе несколько устаревшей модели «Крайслера». От прежних моделей в новой осталось лишь название «Волга».

«Волга Сайбер» будет выпускаться в 3 комплектациях: две версии «комфорт» и версия «люкс». Автомобили класса «комфорт» оснащены механической и автоматической коробками передач с двигателем объемом 2,4 литра и мощностью 143 л.с., кондиционером, двумя подушками безопасности, гидроусилителем руля, противобуксовочной системой и другими удобствами.

Версия «люкс» комплектуется двигателем 2,0 или 2,4 литра, мощностью 141 л.с. и 143 л.с. соответственно. В автомобиле предусмотрены противотуманные передние фары, электроподогрев передних сидений. Салон отделан кожей.

Гарантия на все автомобили – 3 года или 100 тыс. км пробега.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Поезда-пули

В октябре 2008 года журналистам продемонстрировали новый скоростной поезд, который вскоре должен появиться на трассе Москва – Санкт-Петербург. И он не единственный из нового поколения железнодорожных составов, получивших образное название «поезда-пули».

Путешествие из Петербурга в Москву

«Во времена Пушкина и Радищева дорога между двумя столицами занимала неделю, – напомнил представителям прессы глава РЖД Владимир Якунин на презентации поезда. – Теперь по времени такое путешествие будет напоминать поездку на загородной электричке. Открывается новая эра в развитии железных дорог в России»…

Новый поезд назвали «Сапсан» – по имени самой быстрой птицы отряда соколиных. По сравнению с тем, как движутся поезда в России сейчас, «Сапсан» действительно будет летать – ведь он рассчитан на магистральную скорость 250 км/ч. Причем по словам представителей концерна Siemens, который будет выпускать поезда этого типа, при небольших технологических доработках состав сможет развивать скорость 350 км/ч. Тогда из Москвы до Санкт-Петербурга можно будет добраться меньше чем за 2 часа.

Поскольку вокзалы и в Москве, и в Санкт-Петербурге расположены в центрах городов, а по дороге в аэропорт весьма велик риск застрять в пробке, железнодорожное сообщение между двумя столицами окажется удобнее, чем воздушное.

«Сапсан» – лишь первый скоростной проект «Российских железных дорог». Потом будет пущен подобный же поезд в Нижний Новгород. А вообще уже отобрано 18 направлений, по которым в скором будущем тоже пойдут скоростные поезда. Среди них, в частности, магистрали на Краснодар, Самару, Новосибирск.

Первый «Сапсан» на пароме прибыл в Россию в декабре 2008 года. В течение года его будут испытывать, сертифицировать и лишь после этого пустят в эксплуатацию.

Так выглядит поезд « Сапсан».

Немецкий концерн приспособил составы специально под условия нашей страны. Во-первых, они рассчитаны на широкую российскую колею, во-вторых, исходя из длины наших станционных платформ, к поездам добавлено несколько дополнительных вагонов. Наконец «Сапсаны» рассчитаны на эксплуатацию даже при 50-градусном морозе. Немцы усилили теплоизоляцию и обложили самые важные узлы обогревающими трубами.

Правда, все это стоит денег. И немалых. А потому, вероятно, билеты на такой поезд будут стоить лишь немногим дешевле, чем на самолет. Зато вы можете быть уверены: на «Сапсане» вы «прилетите» точно по расписанию, невзирая на погоду.

Кстати, подобный поезд уже ходит между Пекином и портовым городом Северного Китая Тяньцзинем. Общая протяженность железнодорожной линии, которая соединила эти два экономически важных центра страны, – 120 км; время в пути составляет только 30 минут. Причем проектная скорость движения поездов по первой в Китае высокоскоростной железной дороге составляет 350 км/ч, а экспериментальный пробег поездов по железной дороге Пекин – Тяньцзинь дал скоростной рекорд в 395 км/ч.

С колеи на колею без остановки

Есть у наших железнодорожников также планы организовать высокоскоростное движение из России в Германию, Италию, Австрию и другие зарубежные страны. Однако каждый, кто ездил на поезде за рубеж, знает, что на пограничной станции, как минимум, часа четыре занимает перестановка вагонов на колесные пары иной ширины – с широкой российской колеи на узкую западную и обратно.

Чтобы сократить подобные задержки до минимума, руководство «Российских железных дорог» обсуждает с зарубежными коллегами перспективы использования технологии безостановочного перехода с одной колеи на другую. Как сделать это, технически уже известно, осталось внедрить технологию в широкую практику.

Существует несколько способов сквозного передвижения по колеям разной ширины. Самый оптимальный – вагоны с автоматически раздвигающимися колесными парами и стационарные устройства на путях для перевода с одной колеи на другую в местах стыковки. Суть технического решения проста: поезд, подходя к границе смены колеи, замедляет ход и на скорости 10–30 км/ч проезжает через специальные направляющие, которые, воздействуя на колесные пары, заставляют их сближаться или раздвигаться. Пройдя этот участок, экспресс вновь разгоняется до высокой скорости.

Кроме того, высокоскоростные поезда (TGV) должны иметь гибкое шарнирное сочленение вагонов. Внешне такой поезд напоминает огромную змею, достигающую 500 м в длину. Испытания показали, что турбопоезд для высоких скоростей должен быть ниже и шире обычного. Насколько важна правильная аэродинамическая форма, видно хотя бы из такого сравнения.

Высокоскоростной поезд (T GV).

Когда обычный поезд весом 400 т с локомотивом мощностью 2000 л. с. достигает скорости 160 км/ч, поезд такой же «массы» и мощности, но обтекаемой формы, будет мчаться со скоростью 222 км/ч! А при больших скоростях эта разница еще больше увеличится.

Но главное при организации скоростного движения – это не конструкция поездов, а реконструкция самого железнодорожного полотна. Прежде всего, оно должно быть максимально прямым с минимальным количеством переездов, а рельсы должны быть «бархатными» – с небольшим количеством стыков.

Опыт показывает, что затраты на организацию высокоскоростного движения окупаются довольно быстро. Так, самая первая линия TGV в Европе – 400-километровая трасса Париж – Лион, открывшаяся в 1981 году, стала приносить чистую прибыль через 10 лет после ее запуска.

Владимир ЧЕРНОВ

Илья ЗВЕРЕВ

Подробности для любознательных

ЛЕТАЙТЕ ПОЕЗДАМИ

Наиболее успешна линия скоростных поездов Париж-Лондон. В день на этом маршруте курсируют 18 поездов, обеспечивающих 70 % всех пассажирских перевозок между двумя столицами. Уже сейчас расстояние от центра Парижа до центра Лондона поезд преодолевает примерно за 3 часа, а в скором времени железнодорожники обещают сократить время поездки еще на полчаса.

Можно ли еще быстрее? На испытаниях французский электровоз уже много лет назад поставил рекорд – 331 км/ч. Однако инженерам паровоз и тепловоз нравились больше, чем электровоз. Они были дешевле. Им не нужны десятки тысяч столбов-опор и тысячи километров контактного провода. У них было то, чего нет у электровоза, – автономное питание. Но паровозы давно ушли в прошлое, а дизель слишком тяжел для скоростного поезда. Если тепловоз и разгонится до 300 км/ч, то вагоны ему уже не потянуть. Вот почему инженеры еще в 60-е годы прошлого века обратили внимание на авиационную турбину как на новый вид двигателя для подвижного состава.

В те годы КБ А. Яковлева провело эксперимент: отслуживший свое в небе двигатель от реактивного самолета установили на железнодорожный вагон. Вагон вел себя идеально. Быстро набирал колоссальную скорость, легко управлялся. Казалось, вот оно, решение!

Увы, с самого начала инженерам было ясно, что это всего лишь эксперимент: шум реактивного двигателя не погасишь. А ведь вдоль трассы железной дороги живут люди… Не оставлять же по сторонам пути полосы отчуждения километровой ширины!..

Тогда вспомнили, что, кроме ТРД, есть еще и газотурбинные двигатели, способные приводить во вращение любой потребитель механической энергии – например, электрогенератор. Расчеты показали, что эксплуатировать поезд с собственной электростанцией значительно дешевле, чем электрифицировать новый путь. Правда, одной турбины для поезда маловато. Пришлось поставить несколько. Однако даже в этом случае стоимость километрового пробега оказалась на 10 % ниже, чем у дизель-поезда.

Во Франции вот уже несколько лет используют турбопоезда с гидравлической передачей. Инженеры считают, что она вполне подходит для скоростей около 250 км/ч. Но при более высоких все же неэффективна. Поэтому для французского сверхскоростного поезда была выбрана электрическая передача.

Кроме того, мотор-вагонные поезда, построенные по принципу всем известной электрички, оказались очень удобны и для современных турбопоездов: все его колесные пары – движущие. Передача движения на все ведущие оси более равномерно распределяет тяговые усилия, делает управление проще, а поезд маневреннее.

Правда, при скоростях выше 300 км/ч заметной помехой движению становятся уже… сами колеса! А потому в конце 2007 года в японском городе Яманаси новый мировой рекорд скорости – 581 км/ч установил поезд «Маглев», у которого вообще нет колес.

« Маглев» при движении обходится вообще без колес.

Интерьер поезда « Сапсан».

Поезд состоял из трех вагонов, в которых находились 12 пассажиров. Принцип действия транспортной системы «Маглев» (магнитная левитация) построен на том, что поезд не катится по рельсам, а летит над ними, уравновешивая свой вес магнитной силой, которая возбуждается в сверхпроводящем кабеле электротоком.

Несмотря на многие технические сложности, поезда «Маглев» считаются перспективными транспортными системами во многих странах. В 2002 году путешествие по экспериментальной трассе «Маглев» в Китае, которую построили немецкие специалисты, совершили тогдашний премьер КНР Чжу Жунцзы и канцлер Германии Герхард Шредер. Китайский «Маглев» развивает скорость до 400 км/ч и, как ожидается, свяжет центр Шанхая с международным аэропортом. В США также планируют строительство поезда на магнитной подушке. Именно «Маглевы» в Японии должны заменить поезда-пули, которые являются сейчас самыми быстрыми в мире, достигая скорости 443 км/ч при средней скорости 300 км/ч.

Кстати…

КАК ОСТАНОВИТЬ «ПУЛЮ»?

Если любой экипаж, движущийся со скоростью 60 км/ч, остановить мгновенно, пассажиры подвергнутся воздействию таких же перегрузок, как при падении с пятого этажа. А что будет при скорости в 300 км/ч?! Так опасно ли ездить на скоростных поездах?

Ясно, что конструкторы должны думать не только о том, как разогнать поезд до высокой скорости, но и о том, как вовремя остановить его. Причем с таким расчетом, чтобы и пассажиры не испытали неприятных ощущений, и поезд не проскочил станцию.

А какие тормоза достаточно эффективны при высоких скоростях? Обычные чугунные колодки, которые прижимаются к колесам, мгновенно расплавятся. Для сверхскоростных турбопоездов используются принципиально иные виды тормозов.

Один из них – магнитно-рельсовый. Когда подается ток, тормоз прижимается к рельсу. Тормоз другого вида – вращающийся диск, закрепленный на валу ротора тягового двигателя, и электрическая обмотка. При торможении двигатель начинает работать в режиме генератора и вырабатываемый ток подается также в обмотку тормоза. В диске возникают вихревые токи, заставляющие двигатель остановиться.

Не менее остроумен и жидкостный тормоз. Ось колесной пары делается большого диаметра, а в ней – система трубок и лопастей. Если насосом подавать в эту систему жидкость, то, проходя по трубкам и ударяясь в лопасти, она будет мешать вращению оси, замедлять ее движение.

На турбопоездах никогда не устанавливают только одну из систем – их всегда несколько. Только четко распределенные обязанности различных видов тормозов могут остановить поезд, идущий со скоростью 300 км/ч.