Текст книги "Юный техник, 2005 № 01"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 1 январь 2005

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

КАРТИНКИ С ВЫСТАВКИ
Зачем деликатность… трактору?

Трактор – основная машина сельского хозяйства. Но так ли уж хорош «железный конь»? Чтобы понять это, наш специальный корреспондент С.Зигуненко побывал на Международной специализированной выставке сельскохозяйственной техники «Золотая осень-2004». И вот что там увидел…

«Мы с железным конем все поля обойдем»… – пелось некогда в популярной песне о трактористах. И действительно, в советское время тракторов в нашей стране стало столько, что они практически полностью вытеснили конную тягу. Но вот земле почему-то это не понравилось.

А знаете почему? Первые отечественные тракторы «Фордзон-Путиловец» были снабжены колесами со стальными шинами. Колеса эти неодинаковы: передние – маленькие, с гладкими железными ободами, а вот задние – большие, почти в рост человека – оборудованы шипами-грунтозацепами, которые буквально рвали почву.

Не лучше обращались с нею и гусеничные тракторы. Стальная лента траков (опять-таки с шипами) кольцом оборачивалась вокруг катков, непрерывной дорожкой стелилась под них, не только раня почву, но еще и трамбуя ее. И урожаи на полях вместо того, чтобы расти, стали падать.

Урожай ячменя из-за прикатывания поля снизился на 37 % – таков результат исследований, проведенных учеными Почвенного института имени В.В. Докучаева. Ущерб, наносимый сельскому хозяйству США из-за чрезмерного уплотнения почв, оценивается в 1,2 млрд. долларов ежегодных убытков. «Из-за чрезмерного уплотнения почвы колесами и гусеницами машин урожай может быть снижен наполовину», – считают немецкие ученые.

Потому в наши дни на полях все чаще можно увидеть колесные тракторы. Только стали они совсем другими. Их колеса теперь «обуты» в пневматические большеобъемные шины низкого давления. Причем они у многих тракторов одинакового размера как на передних, так и на задних колесах. Так меньше травмируется почва.

Впрочем, и создатели гусеничных тракторов не сдались. Они резонно полагают, что гусеницы имеют большую площадь соприкосновения с землей, что удобно по двум причинам. Во-первых, трактор не буксует даже в распутицу, а во-вторых, оказывает меньшее давление на землю, не так ее уплотняет. Трактор словно бы надел лыжи, на которых, как известно, люди не проваливаются даже в рыхлом снегу. А чтобы почва не страдала, гусеницы теперь делают резиновыми. Взаимодействие с почвой у резиноармированных гусениц почти столь же мало, как у резиновых шин.

Однако гусеницам свойственны и свои недостатки. Такой движитель требует большого расхода топлива на передвижение. А главное, при поворотах, когда одна гусеница притормаживается, как бы скользит по грунту, сцепление с почвой резко уменьшается. А значит, тяговое усилие на повороте, именно в момент максимальных нагрузок, падает. Коэффициент полезного действия машины снижается. Поэтому многие современные пропашные тракторы снова делают колесными. А чтобы увеличить площадь соприкосновения с землей, колеса на них ставят не только широкие, но еще и двойные. А грунтозацепы на них особые.

Они как бы имитируют копыта коней, которые, как показали опыты, значительно меньше ранят почву, чем колеса.

Впрочем, сказанное выше вовсе не означает, что все проблемы «стального коня» окончательно решены. Как бы ни старались конструкторы облегчить машины, новые, более производительные и мощные тракторы, как правило, получаются и более тяжелыми. Двухсотсильный «Кировец» весил 11 тонн. Став трехсотсильным, он потяжелел на полторы тонны. То же самое происходит и с плугами…

И вот печальный итог: если по полю проходит агрегат «среднего калибра», уплотняется слой почвы толщиной в 70 см, а вот после гиганта «Кировца» и ему подобных машин глубина уплотнения возрастает до 80–90 см. И это только за один проход! Всего же от посева до уборки, скажем, яровой пшеницы агрегаты накатывают по полю столько, что суммарная площадь их следов почти в 1,5 раза превышает площадь, занятую растениями. Нет, поиски рациональных решений надо продолжать.

Работы такого рода идут сразу по нескольким направлениям. Например, продолжается совершенствование компоновочной схемы тракторов. По всей вероятности, в скором времени мы увидим на полях новые, секционные машины.

Секционный трактор – это своеобразный поезд, число «вагонов»-секций которого колеблется в зависимости от конкретной необходимости. Нужно пахать – берут 3–4 секции. Начали сеять – достаточно будет и 2–3.

Секционность позволяет создать и очень высокоманевренные машины. Ведь секции могут разворачиваться каждая сама по себе, так что трактор способен сменить направление движения в любой момент, ехать боком, не разворачиваясь. Такая способность дает и хорошую устойчивость; разворот всех колес на 90 градусов дает возможность трактору работать на крутых склонах, недоступных обычному тягачу.

Некоторые конструкторы предлагают еще раз вернуться к идее грунтозацепов и сделать их высоту регулируемой. Иные предлагают идею машины, действующей по принципу очередности. Трактор идет по полю с остановками. Остановившись, он упирается в землю специальным якорем и подтягивает тросом при помощи лебедки плуг или иное орудие для обработки земли. Это позволяет поочередно использовать всю мощность двигателя то на движение трактора, то на передвижение плуга.

ИНФОРМАЦИЯ

СОРТИРОВКА ВИХРЕВЫМИ ТОКАМИ.С виду это обычный магнитный сепаратор. Но вот по транспортеру пустили вперемешку стальные гайки и шайбы, куски пластмассы и детали из бронзы, алюминиевые банки… Кажется, что рассортировать такую смесь можно только вручную. Однако включили сепаратор, и пластиковые отходы посыпались в один ящик, алюминиевые – в другой, магнитные материалы, прилипнув к установленному в барабане транспортера магниту, проползли дальше и свалились под транспортер в третью емкость…

Причем с немагнитными металлами при этом творилось что-то странное. Они подскакивали в воздух, вращались и прыгали с транспортера метра на полтора. Оказывается, внутри барабана установлена еще одна магнитная система, вращающаяся там с большой скоростью. Это вращающееся магнитное поле образует в цветных металлах ЭДС и вихревые токи, которые и заставляют эти предметы выпрыгивать из движущейся по транспортеру массы. Такие устройства, созданные в ООО «Эрга», будут полезны в горнообогатительной, химической, фармацевтической, пищевой промышленности, в коммунальном хозяйстве… Они легко встраиваются в уже существующие производственные линии и потребляют не более 2–3 кВт электроэнергии.

ВЗГЛЯД СКВОЗЬ СТЕНУ.Говорят, этот уникальный прибор, созданный доктором физико-математических наук, профессором Московского педагогического университета Григорием Гольцманом, способен разглядеть даже черную кошку в темной комнате. Даже сквозь бетонную стену. Называется прибор супергетеродинным тепловизором субмиллиметрового диапазона. А отличие его от традиционных устройств подобного типа состоит в том, что он видит не просто инфракрасное излучение. Прибор Гольцмана получает изображение в той части спектра электромагнитных волн, куда прежде никто не заглядывал. Он лежит на границе самых длинных инфракрасных и самых коротких радиоволн. И хотя это еще тепловые волны, но они уже способны, подобно радиоволнам, проникать сквозь препятствия.

«Вся проблема состояла в том, что это излучение крайне слабое, – объясняет ученый. – Его трудно поймать, и потому оно до сих пор не использовалось. Вот и пришлось нам разработать очень чувствительный приемник сигнала и сложную оптическую систему. А если мощности излучения все же не хватает, то разглядываемый объект можно дополнительно «подсветить», получив изображение либо на просвет, либо с помощью отраженных волн»…

Прибор можно использовать для обнаружения оружия или взрывчатки, спрятанной под одеждой террориста. Или для поиска людей, оказавшихся под завалами в результате различных катастроф. А можно, к примеру, контролировать им состояние стальных опор в бетонных конструкциях. И конечно, самое широкое применение ожидается в медицине: прибор с высокой точностью способен выявлять в организме самые различные патологии.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
На высоту 100 км за призом 10 млн. долларов?

В октябре 2004 года, уложившись в недельный срок, частный космический корабль SpeceShipOne дважды поднялся на высоту более 100 км. Таким образом, группа инженеров, возглавляемая Бертом Рутаном, выполнила условия конкурса по завоеванию приза в 10 млн. долларов, который был учрежден в 1996 году Питером Диамандисом, предпринимателем из Сент-Луиса, штат Миссури.

Маленький самолет сначала под управлением космонавта-любителя Майкла Мелвилла, а затем его коллеги Брайана Бинниподнялся на рекордную высоту и благополучно приземлился на аэродроме в Калифорнии.

Посадка ракетоплана

Полет « Белого рыцаря» с космической нагрузкой.

Гонка за призом началась весной 2003 года. В апреле команда Берта Рутана (он прославился еще в 1986 году, когда построил самолет «Вояджер», на котором его брат Дик Рутан вместе с Джейн Игер совершил беспосадочный полет вокруг земного шара за 9 суток) продемонстрировала свое новое детище. Оно представляло собой транспортную систему, состоящую из самолета-носителя и ракетоплана, способного, по заверению конструктора, доставить людей в космос.

Затем было совершено несколько испытательных полетов, которые показали, что самолет-ракетоносец «Белый рыцарь» и ракетоплан в принципе готовы к штурму высоты.

Схема полета такова: высотный самолет «Белый рыцарь» поднимает небольшой ракетоплан на высоту 13 км. Отсюда тот стартует и, преодолев еще 87 км на собственных двигателях, дальше движется по инерции, описывая параболу. При этом его экипаж оказывается на 3–4 минуты в невесомости, а затем возвращается на землю, спланировав на крыльях ракетоплана, которые разворачиваются в рабочее положение на высоте 24 км.

Берт Рутан предложил для этой схемы ряд новшеств. Например, работает двигатель ракетоплана на жидкой окиси азота, которая проходит через пустотелый резиновый цилиндр. Жидкость представляет собой мощный окислитель, благодаря которому резина сгорает с повышенной интенсивностью, создавая при этом тягу. Таким образом система сочетает безопасность ракетного двигателя на жидком топливе (при помощи клапана его можно быстро отключить) с простотой твердотопливного ракетного ускорителя.

Однако раньше на подобной гибридной тяге в космос никто не летал. И были опасения, что при прохождении окиси азота через резиновую оболочку могут образоваться ударные волны, что приведет к потере стабильности. Тем не менее, все обошлось…

Имелись и другие трудности. Например, аэродинамику своего корабля Рутан тщательно смоделировал на компьютере, но испытаний в аэродинамической трубе не проводил. Он рассчитывает проверить пригодность проекта сразу в реальном полете, навесив аппарат на «Белого рыцаря». А это известный риск. Тем не менее, Рутан был уверен в надежности своих технологий, и они его не подвели.

В первом зачетном полете, правда, ракетоплан, отделившись от носителя, вдруг начал самопроизвольно выполнять восходящие «бочки», и пилот с трудом справился с управлением. Но вот второй полет прошел безукоризненно. Таким образом, команде Рутана, работавшей на деньги одного из основателей фирмы «Майкрософт», миллиардера Пола Аллена, удалось опередить всех своих конкурентов. А их немало. В космической гонке участвовали свыше двух десятков коллективов из Аргентины, Канады, России, Англии и США. Правда, мало кому удалось продвинуться дальше чертежей или даже голой идеи.

Лишь канадцы смогли провести испытания своей конструкции, состоявшей из ракеты, подвешенной к стратостату – воздушному шару, способному подниматься на высоту около 20 км. Но и они не смогли составить конкуренцию американцам.

Команда Рутана опередила всех, сделав решающую заявку на получение 10 млн. долларов. Впрочем, сам по себе приз не так уж дорог. Ведь на разработку было потрачено более 25 млн. долларов. И вернуть эти деньги разработчики проекта надеются, начав обслуживать космических туристов.

Каждому из них придется заплатить за полет около 200 тыс. долларов. Дороговато, конечно, но все же меньше 20 млн. долларов, которые берет за каждый полет с туристов наш «Росавиакосмос». Если все пойдет по плану, то через год-другой Рутан и его команда станут отправлять в космос по три человека в неделю. А если, как планируется, будет построен аппарат, способный взять на борт сразу 15 человек, то за рейс можно будет заработать сразу 1,2 млн. долларов. А за год – до миллиарда долларов. Вот на какие деньги рассчитывают создатели проекта…

Правда, серьезные исследователи космоса, например, академик Роальд Сагдеев, относятся к этой затее скептически. «Одно дело вывезти туристов в суборбитальный полет, длящийся всего несколько минут, и совсем другое – отправить человека на орбиту, – рассуждает ученый. – Здесь нужны иные мощности, иные затраты, в десятки, а то и в сотни раз большие. Тем не менее, частная инициатива подстегнет руководителей НАСА и других авиационно-космических организаций, заставит их приложить все усилия к преодолению того застоя, который наблюдается в пилотируемой космонавтике последние десятилетия»…

С.НИКОЛАЕВ

Кстати…

В РОССИИ ТОЖЕ ЕСТЬ МЕЧТАТЕЛИ…

Наши конструкторы в 2003 году тоже продемонстрировали свой ракетоплан C–XXI, очень похожий на уменьшенный «Буран». Создает его частная «Суборбитальная корпорация», которую возглавляет Сергей Костенко. В проекте участвует и КБ имени Мясищева, создавшее стратосферный самолет М-55 «Геофизика», который и должен поднять C–XXI с экипажем в три человека на высоту 17 км на своей «сиине». Для этого М-55 оснастят двумя дополнительными ракетными ускорителями. Далее C–XXI полетит самостоятельно и, совершив суборбитальный полет, вернется на аэродром на своих крыльях.

По словам главного конструктора проекта Валерия Новикова, C–XXI позволит совершить своего рода революцию в астронавтике, поскольку приведет к появлению нового поколения космических носителей многоразового использования – более дешевых и надежных, чем нынешние. Однако пока готов лишь макетный образец нового космоплана.

Так, по идее, должен взлетать наш C–XXI.

Макет C–XXIв ангаре.

АНКЕТА

Кто ты, дорогой читатель?

Нам очень интересно знать, как ты живешь, о чем думаешь, чем интересуешься. Это позволит нам внести коррективы в свою работу, ввести новые рубрики, опубликовать статьи и репортажи на соответствующие темы.

Итак, просим ответить на следующие вопросы:

1. Меня зовут____

2. Мне лет___

3. Я живу в городе, селе (нужное подчеркнуть).

4. Я получаю журнал по подписке, читаю в библиотеке (нужное подчеркнуть).

5. Обсуждаешь ли ты прочитанное со своими друзьями? Да. Нет (нужное подчеркнуть).

6. Мне интереснее новости науки, техники, истории (нужное подчеркнуть).

7. У меня дома персональный компьютер, я имею доступ к компьютеру в школе, в клубе (нужное подчеркнуть).

8. Ты занимаешься в каком-нибудь кружке, секции или проводишь свой досуг самостоятельно?

9. Какие публикации прошлых лет тебе больше всего запомнились?

Спасибо!Анкеты ты можешь прислать как обычной почтой, так и электронной. Адреса в конце журнала.

КУРЬЕР «ЮТ»
Гонки на сообразительность…

… для автомобилей-роботов из армии будущего

Представьте себе картину. 13 марта в 6.30 по местному времени, когда еще и солнце не вставало, с окраины калифорнийского городка Барстоу в направлении Лас-Вегаса одна за другой стартовали гоночные автомобили. Они с 5-минутным интервалом уходили на трассу, проложенную через калифорнийскую пустыню, как в обычном ралли, с одним лишь, но существенным отличием: пилот лишь подводил автомобиль к стартовой черте, а потом… покидал кабину. Весь дальнейший 350-километровый путь машина должна была осуществить под управлением робота.

Такова идея своеобразного турнира, правила которого разработали сотрудники работающего на Пентагон Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ США (DARPA).

В гонках могли участвовать практически все желающие (главное ограничение – обязательная американская «прописка» команды), способные выставить автономного робота, который смог бы пройти нужное расстояние без вмешательства человека, ориентируясь только по спутниковой системе навигации. Маршрут по пустыне Мохаве, состоящий из 1000 опорных точек, был сообщен командам за два часа до старта. При прохождении трассы менее чем за 10 часов (средняя скорость должна быть 35 км/ч) победитель мог рассчитывать на приз в миллион долларов.

Уиттейкерпроводит испытания карданова подвеса.

По замыслу, гонка должна повысить интерес специалистов к разработке автономных средств передвижения, способных действовать без экипажа. Если в пути какая-нибудь из машин слишком отклонится от обозначенного маршрута, ее дистанционно отключат.

Многие из представленных на гонке аппаратов оказались похожи на обыкновенные или специальные автомобили со сложной аппаратурой в кабине. Но были и исключения: например, одна из команд представила на соревнование шестиколесный робот, а другая – самоуправляемый мотоцикл.

Из 86 команд, первоначально пожелавших участвовать в гонке, жюри отобрало только 25. Из них на заключительном этапе соревнований на старт вышли 15. Среди участников наряду с представителями таких серьезных учреждений, как, например, Институт робототехники Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, были и ученики одной из калифорнийских школ.

Фаворит гонки – красный Sandstorm(«Песчаная буря») на базе внедорожника Hummer М998.

Собственно, соревнование под громким названием «Большой вызов» состоит из двух этапов. Первый из них – это квалификационный заезд. Здесь роботы должны продемонстрировать способность самостоятельно передвигаться и объезжать различные естественные и рукотворные препятствия – овраги, водные преграды, линии электропередачи… От машин требуется умение двигаться по дорогам с разным покрытием, поскольку на протяжении главной трассы соревнований, помимо асфальтированных, есть грунтовые, песчаные и каменистые отрезки дорог.

Аппараты, прошедшие испытание на прочность, выносливость и сообразительность, смогли принять участие в главной гонке.

Хотя основной упор был сделан на умение ориентироваться и правильно выбирать маршрут, «физическая» выносливость, а точнее, возможность быстрого передвижения и маневрирования, а также способность «выживать» в тяжелых условиях тоже очень важны. Поэтому неудивительно, что прототипами гонщикам послужили гражданские и военные внедорожники.

Так, например, команда Университета штата Огайо Team Теггашах установила два радара, шесть видеокамер и четыре лазерных сканера на огромном трехосном грузовике. Однако увеличение количества датчиков может и навредить: каждый из них посылает мощный поток информации, и компьютеры робота могут не справиться с ее обработкой. Поскольку машина подпрыгивает и трясется, результаты локационных обзоров могут показаться роботу противоречивыми и сбить его с толку. К тому же совсем не просто объединить данные от воспринимающих устройств разных типов: лазерные сканеры генерируют облака точек, радары выдают прямоугольные отметки, а стереокамера формирует так называемую карту несоответствий. Нужно быть очень осмотрительным, чтобы совместить достоинства датчиков, а не их недостатки.

Карта трассы гонки.

Среди лидеров, как уже говорилось, числилась команда из питтсбургского Университета Карнеги-Меллона под предводительством профессионального конструктора роботов Уильяма Уиттейкера, выставившая на старт красный четырехколесный Sandstorm («Песчаная буря») на базе внедорожника Hummer М998.

Сделать автомобиль-робот не так уж сложно, считает руководитель команды. В Институте робототехники Уиттейкеру уже приходилось строить самоуправляющиеся машины для разбора завалов, уборки урожая, составления карт горных выработок и поиска метеоритов в Антарктиде. Под его же руководством были построены два самоходных робота для обследования вулканов. Однако он прекрасно понимал, что оснастить вездеход необходимым оборудованием – лишь часть дела. Главное отладить приборы так, чтобы в пути не было сбоев.

Кроме того, чтобы выиграть, Sandstorm должен двигаться со средней скоростью не менее 10 м/с (36 км/ч), т. е. примерно в 10 раз быстрее экспериментальных роботов, созданных в ходе четырехлетней программы DARPA по разработке наземных транспортных средств, функционирующих без вмешательства человека.

На схеме Sandstormцифрами обозначены:

_{1– видеопроцессор; 2– стереокамера; 3– лазер дальней зоны; 4– пневмопривод; 5 – антенна радара; 6– лазер ближней зоны; 7– ограждение радиатора; 8– амортизатор; 9– электронный блок; 10– дизель-генератор для питания оборудования; 11– сверхточный измеритель пройденного расстояния; 12– компьютер управления; 13– навигационный компьютер; 14– компьютеры принятия решений; 15– винтовые пружины и амортизаторы; 16– лазер ближней зоны задней полусферы; 17– антенны GPS-системы.}

Тем не менее, 30 апреля 2003 года в конференц-зале Института робототехники Университета Карнеги-Меллона встал высокий человек и заявил: «Разрешите представиться: Уиттейкер, директор Центра полевой робототехники. Я намерен возглавить одну из команд и привести ее к победе в Лас-Вегасе. Добровольцев прошу подойти ко мне»…

Из нескольких десятков записавшихся энтузиастов предстартовую гонку выдержали лишь 14 человек. Последние недели им пришлось работать буквально сутками, мерзнуть и мокнуть во время полевых испытаний. Причем, Уиттейкер прекрасно понимал, что шансов выиграть у команды не так уж много. Даже саму возможность того, что Sandstormпросто доедет до финиша, он никогда не оценивал выше, чем в 40 процентов.

И он оказался прав. До финиша 350-километрового маршрута не добрался ни один из участников. Все они по тем или иным причинам были вынуждены остановиться.

Наш герой Sandstorm, например, попросту заплутал в пустыне и не смог прибыть к финишу в указанный срок. Впрочем, здесь, как и в Олимпийских играх, участие куда важнее победы, заявил Уиттейкер по окончании соревнований. И, похоже, не один он так считает. Когда профессор спросил свою «Красную команду», кто хочет продолжить участие в соревнованиях на следующий год, руки подняли все.

В. ЧЕТВЕРГОВ

Еще один участник гонки шестиколесный Terrahawks.