Текст книги "Юный техник, 2011 № 02"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 5 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 2 январь 2011

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ
Для тех, кто нас кормит

Очередная, XII Российская агропромышленная выставка «Золотая осень», прошедшая на ВВЦ, в этот раз показала немало любопытного. Вот некоторые новинки, которые там отметил наш специальный корреспондент Станислав СЛАВИН.

Киберводитель для трактора

Идея, что называется, давно носилась в воздухе. Летают в небе самолеты с автопилотами, плавают в морях корабли с киберрулевыми. Так почему бы не создать кибершоферов и кибертрактористов?

Это легко сказать, но довольно трудно сделать. Мы уже не раз рассказывали вам, как идут дела с вождением автомобилей с помощью компьютера. Решен лишь первый этап этой проблемы. Ныне во многих автомобилях стоят GPS-навигаторы, которые позволяют водителям быстро находить путь. Но полностью доверить управление автомобилем автоматике инженеры пока не решаются. Слишком уж медленно она реагирует на дорожную обстановку.

Чуть легче оказалось решить эту проблему с сельскохозяйственной техникой. Ведь на поле трактор, как правило, один, и столкновений ожидать не приходится, а потому для управления вполне можно использовать систему GPS/ «ГЛОНАСС». Но одной только системой глобального позиционирования здесь не обойтись. Она позволяет определить местонахождение объекта в безоблачную погоду с точностью до 1–2 м, а трактору нужна точность один-два сантиметра, иначе он срежет все, что уже посеяли… При пахоте тоже необходима точность. И при севе… И при уборке…

Тем не менее, решение уже найдено.

На выставке демонстрировалась универсальная голландская автоматическая система управления «SBGuidance», которая предназначена для работы с самыми различными сельскохозяйственными культурами и любыми сельскохозяйственными машинами.

Сейчас 29 спутников «GPS» и 17 спутников «ГЛОНАСС» посылают сигналы на Землю и используются для определения местоположения. «SBGuidance» может использовать как GPS-сигналы, так и сигналы «ГЛОНАСС». Однако, чтобы машины двигались точнее, посылает со своей корректирующей станции дополнительные сигналы, позволяющие позиционировать положение машин на поле с точностью 1–2 см, передавая сигнал на трактор или комбайн с помощью мобильного Интернета на расстояние до 20 км от передатчика.

В Голландии – в одной из самых развитых сельскохозяйственных стран мира – система «SBGuidance» уже широко используется. Фермеры там иногда доверяют управление машинами своим сыновьям-школьникам – настолько проста и удобна эта киберсистема. Теперь она доступна и в России.

Схема расположения системы автоматического управления на тракторе:

_{1 – бокс датчиков; 2 – радиоантенна; 3 – терминал; 4 – GPS-антенна; 5 – датчик определении угла колеса; 6 – контроль гидравлики.}

Капельный полив

Еще в 30-е годы XX века наш знаменитый селекционер И.В. Мичурин говорил, что удобрение нужно не высыпать на землю вокруг растений, а подавать прямо к их корневой системе. Со временем идею взяли на вооружение израильтяне, разработавшие систему так называемого капельного полива. Они не ленятся прокладывать на каждом поле подземную водопроводную систему. Вода с питательными веществами при поливе распространяется по трубам прямо к корням растений, не испаряясь понапрасну под жарким южным солнцем. А потому даже в пустыне специалисты Израиля ухитряются выращивать столько овощей и фруктов, что хватает даже для России.

Теперь эта технология принята на вооружение во всем мире. Причем, чтобы упростить прокладку трасс водопровода, разработана специальная техника. Вот как, например, выглядит система капельного орошения в исполнении ВНИИ систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга».

Этот маленький, как бы игрушечный, трактор китайского производства предназначен для обработки малых полей и приусадебных участков.

Пневматические сеялки, буквально «стреляющие» в почву семенами, могут сразу засевать полосу шириной до 12 м.

По полю движется колесный трактор с тремя огромными катушками, на которых намотаны пластиковые шланги с небольшими дырочками. Трактор движется, шланги разматываются, а с помощью культиватора их заглубляют в почву и присыпают сверху землей. Глубина заделки зависит от той культуры, которая растет на данном поле, и колеблется от 10 до 40 см.

В конце поля пластиковые трубки подсоединяют к магистральному трубопроводу, оборудованному узлом ввода удобрений, клапаном с регулятором давления и прочими приспособлениями.

Процедура полива сведена к минимуму. Достаточно оператору открыть задвижку на магистральном трубопроводе, и вода буквально по каплям начинает поступать к корням растений. По осени, перед уборкой урожая, тот же трактор проходит по полю еще раз, сматывая пластиковые трубки до следующей весны. Система уже испытана и с успехом применяется в поселке Радужный Коломенского района Московской области.

Помощник Геракла

В нашей стране за трудное дело роботизации сельского хозяйства одними из первых взялись сотрудники Академии инженеров сельскохозяйственного производства под руководством кандидата технических наук В. Васянина. Еще в 80-е годы XX века они начали создавать первые сельхозроботы.

Одним из них был мобильный автономный робот МАР-1, который предназначался для ухода за животными. Конечно, чтобы как следует выполнять свои обязанности, такой робот должен уметь различать и двери коровника, и самих коров, отыскивать необходимый инвентарь – лопату или ведро…

Человеческий мозг сравнивает увиденное с тем изображением, которое хранится в его памяти. Так должен поступать и робот, решили ученые. А роль памяти – хранительницы «галереи» образов – они доверили видеомагнитофону. Специальный прибор – телевизионная сравнивающая трубка – сличал изображение, принятое телекамерой, с записями на ленте видеомагнитофона. Если изображения совпадали, появлялся электрический сигнал, который означал, что робот узнал увиденное. И тогда он брал нужный ему предмет, скажем, то же ведро.

Трактор для обработки виноградников. Под его шасси свободно пройдет даже самый высокий баскетболист.

Так выглядит робот-уборщик, стоящий у зарядной станции.

Робот МАР-1 прошел серию испытаний, но на том все и кончилось. Причин тому было множество. Одна из них – техника того времени не позволяла полностью реализовать идею. Даже сейчас, когда вместо видеомагнитофона можно использовать мощные блоки быстрой памяти и сверхскоростные процессоры, создать робота, который бы один выполнял все работы на ферме – задача архисложная. До конца она не решена и по сей день. А потому вместо роботов-универсалов инженеры предпочитают создавать узкоспециализированных роботов. Одни кормят коров, другие их доят, третьи убирают навоз…

Уборка – это, пожалуй, одна из самых неприятных, грязных работ. Легендарный Геракл, чтобы очистить авгиевы конюшни, направил туда поток воды, которая смыла всю грязь. Но ведь в античные времена не приходилось заботиться об экологии и никого, наверное, не волновала чистота сточных вод. Да и навоз, как известно, – ценное удобрение, стоило бы распорядиться с ним по-хозяйски. Вот, например, как это делает робот-уборщик Lely Discovery, разработанный финскими специалистами фирмы Lely.

В конструкции такого уборщика есть некоторые характерные черты двух агрегатов. Во-первых, уборочных машин, в том числе и тех, что у нас наводят чистоту на станциях метро. Во-вторых, домашних пылесосов-роботов, которые, словно черепахи, ползают по квартире, тщательно выискивая сор по всем углам.

Но, конечно, на ферме есть своя специфика. Поэтому робот-уборщик может работать лишь на современной ферме, оборудованной щелевыми полами. В эти щели, по идее, и должен проваливаться при уборке навоз в специальные канавы под полом, откуда он самотеком попадает в резервуары-сборники, а затем вывозится на поля.

Робот-уборщик представляет собой мобильное устройство, работающее от аккумулятора. Маршрут, по которому он перемещается, программируется с помощью пульта дистанционного управления.

Современный культиватор – сложный агрегат.

Оригинальная сетчатая борона «Штригель» позволяет обрабатывать сразу чуть ли не полполя. На снимке она показана в транспортном состоянии.

Этот вертолет – не игрушка, а средство дистанционного наблюдения за урожаем.

Поначалу оператор с пультом дистанционного управления в руках проходит вместе с роботом весь маршрут по коровнику, нажимая соответствующие кнопки в тех местах, где уборщику нужно поворачивать вправо или влево.

Начинается и заканчивается маршрут у зарядной станции, которая устанавливается в определенном месте в коровнике и служит для автоматической подзарядки аккумуляторов робота.

По мере движения расположенные в нижней части робота щетки проталкивают навоз через отверстия щелевого пола. Устройство приводится в движение и управляется двумя ходовыми колесами в задней части робота. Вместо видеокамеры используется простой ультразвуковой датчик, который и обеспечивает перемещение робота на определенном расстоянии от стены.

Увидеть такое устройство можно не только на выставке. За рубежом роботы-уборщик и уже работают на многих фермах. И у нас ООО «Фермы Ясногорья», расположенное в г. Подольске, предлагает их всем желающим.

Кстати, стоит такой комплекс не дороже самого простого трактора, способен работать круглые сутки все 7 дней в неделю. По расчетам, он окупает себя за 2–3 года.

ИНФОРМАЦИЯ

НАШИ НА «СОЛНЫШКЕ». Недавно научные журналисты России совершили пресс-тур по крупнейшим научным центрам Франции. Вот что они узнали, например, о работе синхротона «Солей» – первого французского ускорителя третьего поколения, оснащенного самым лучшим оборудованием.

– Многие составляющие этого синхротона были сделаны с участием российских исследователей, – сказала Мари Полин, заместитель директора по связям с общественностью. – Так что наше «Солнышко» получилось совместного производства («Солей» в переводе с французского и есть «Солнце» – Ред.).

Здесь электроны разгоняют почти до скорости света. При этом они избавляются от излишней энергии, излучая свет. В общем, получается как бы огромная лампочка – своего рода рукотворное солнце. При этом спектр излучения – от инфракрасного света до гамма-излучения.

Ускоритель дает около 3 гигаэлектронвольт и позволяет изучать строение материи в любых состояниях. Причем не только мертвую, но и живую.

Таким образом, можно изучить геометрию того или иного вещества – скажем, размещение атомов в пространстве. Можно определить, какую форму имеет тот или иной вирус или белок. При этом используется жесткое излучение.

Если надо изучить электромагнитные или иные свойства материала, то пользуются мягкой составляющей рентгеновского излучения или инфракрасной частью спектра.

– Мы принимаем примерно около 2000 научных работников со всего мира в год, – сказала Мари. – Вокруг кольца имеется 26 рабочих станций. И еще 6 станций сей час готовят к работе. Тут выполняются самые разные работы – от археологии до медицины. Дважды в год администрация центра открывает вакансии на тендеры и отбирает самые интересные проекты.

КАСПИЙ ПОД КАСПИЕМ. Интересные исследования Каспийского моря выполнили в последние годы российские ученые, рассказал вице-президент РАН академик Николай Лаверов: «Оказывается под дном Каспийского моря содержится больше воды, чем в самом Каспии. Это объясняет, куда девается вода. Ведь Каспийская впадина получает огромное количество воды из Волги и других рек. Так вот часть этой воды пересекает водоносные слои и уходит вглубь»…

Такой феномен, кстати, объясняет, почему Каспий то увеличивает, то уменьшает свои размеры и куда девается лишняя вода. Если бы не это подземное море, то вода за прошедшие десятилетия могла разлиться до самой Москвы.

Таким образом, изменения очертаний Каспия зависят не только от метеорологических изменений в данной местности.

БОРЕЦ ЗА ЧИСТОТУ. Прибор, определяющий степень загрязнения водоемов, разработали студенты Южно-Уральского государственного университета из Челябинска. «С помощью этого устройства можно распознать не видимую глазу пленку бензина на поверхности воды, – рассказал научный консультант проекта Федор Подгорнов. – В случае удаленного мониторинга воды прибор можно поставить на вертолет и за несколько секунд определить, как расползлось нефтяное пятно по поверхности озера, моря или океана»…

У ВОИНА НА ВООРУЖЕНИИ
Корабли-невидимки

Невидимость все больше интересует конструкторов. Вслед за незаметными самолетами, танками и спутниками на повестке дня создание кораблей-невидимок.

«Moрская тень»

В конце 80-х – начале 90-х годов прошлого века в открытой печати впервые появились публикации, рассказывающие о том, что «невидимками» могут быть не только самолеты, построенные по технологии «Стелле», но и корабли.

Первенцем был Sea Shadow («Морская тень») – собрат Stealth Flighter («Летающего призрака»). Командование ВМФ США 8 лет тщательно оберегало его от непосвященных в плавучем доке, стоящем на якоре в бухте Сан-Франциско. Но все же 11 апреля 1992 года «невидимка», созданный специалистами фирмы «Локхид», впервые вышел в море днем. И многие увидели, что таинственный корабль представляет собой катамаран, длиной 50 м и шириной 20 м.

Оказалось, что первоначально это массивное (560 т) и малоподвижное (13 узлов) судно замышлялось как плавучий ракетодром – платформа для запуска баллистических ракет. Но потом его решили использовать как плавучую лабораторию для испытаний аппаратуры автоматизированного судовождения, а также оборудования, обеспечивающего скрытность от радаров.

«Стереть» корабль с экранов радаров нисколько не проще, чем самолет. И в том и в другом случае надо считаться не только с конфигурацией корпуса, но и с вносимыми возмущениями окружающей среды. Поэтому создателям «Морской тени» пришлось немало потрудиться, чтобы уменьшить кильватерную струю. В частности, тому способствовали два узких корпуса катамарана, снабженные винтами, вращающимися в разные стороны.

Все обстоит более-менее благополучно, когда «невидимка» движется во время штиля. А что будет при волнении? По сведениям американского журнала Avation Week and Space Technology, именно для оценки этого и потребовался выход в море при свете дня. «Яркое калифорнийское солнце позволяет как следует изучить струю за кормой, наметить меры для ее сокращения, – писал журнал. – Но оправдают ли дополнительные исследования отнюдь не призрачные затраты? Ведь «Морская тень» обошлась в 300 млн. долларов, а новые радары, использующие радиоотражение от ионосферы, оказались способны обнаружить малозаметную цель даже за горизонтом»…

Тем не менее, испытания были доведены до конца. И полученные сведения были использованы при создании целого ряда малозаметных кораблей и катеров.

«Москитный» флот

В первую очередь новые технологии конструкторы ряда стран направили на создание сравнительно небольших кораблей – сторожевиков береговой охраны и ракетных катеров.

Ракетные катера – младшие собратья катеров торпедных – и ныне доставляют немалые хлопоты. Быстрые, навязчивые, как москиты (отсюда и прозвище – «москитный флот»), они налетают, делают свое дело и мгновенно исчезают. А потому, например, военно-морские чины США ломают голову над тем, что противопоставить в узком Ормузском проливе ВМС Ирана, которые состоят в основном из таких катеров французского производства, вооруженных китайскими ракетами.

Впрочем, не следует думать, что ракетными катерами обзаводятся только страны, которые по инерции принято причислять к «развивающимся». В Швеции и Финляндии именно ракетные катера составляют главную ударную силу флотов этих государств. Причем наиболее крупные из них – типа Visby, водоизмещением около 620 т – относят даже к классу корветов.

Благодаря широкому внедрению технологий Stealth, в несколько раз уменьшивших их радиолокационную и инфракрасную заметность, они могут атаковать цели, вести охоту за подлодками, тралить и ставить мины…

На южном фланге России тон задает Турция. На верфях этой страны в 1978–1996 годах было построено около десятка ракетных катеров типа Dogan, Yildis и Kilic.

Еще большее внимание ракетным катерам уделяется в дальневосточных государствах – Японии, Южной Корее и особенно в Китае. По данным справочника Jane’s Fighting Ships, на шести китайских верфях с 2004 года построено около 40 ракетных катеров типа Houbei. Эти малозаметные корабли водоизмещением 220 т еще именуют Shadow Cats – «тенями кошек». Корпус каждого – «разрезающий волну» катамаран, который обеспечивает высокую быстроходность и малую кильватерную струю. Катера вооружены 8 ракетами каждый, с дальностью стрельбы до 150 км. А благодаря автоматике экипажи у них невелики – всего по 12 человек.

«Стерегущий» и его собратья

На этом фоне и нам пришлось подтянуться. Недавно в России построены два ракетных катера проекта 12418. Это новейшие катера в многочисленном семействе кораблей типа «Молния». Их полное водоизмещение – 510 т, скорость – 39 узлов. Вооружение включает 16 противокорабельных ракет Х-35Э комплекса «Уран-Э» с дальностью стрельбы до 130 км и массой боевой части 145 кг. Ракеты способны поражать корабли разных классов, до крейсера включительно.

На рубеже нового тысячелетия Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз» разработало проекты еще двух ракетных катеров – «Скорпион» (проект 12300) и «Катран» (проект 20970). На катерах обоих типов предусматривается размещение самых современных образцов оружия и вооружения, а также многоуровневое внедрение технологий малой заметности.

А теперь несколько слов о «Стерегущем», недавно спущенном на воду. Это малозаметный корвет проекта 20380. Архитектура его корпуса и надстройки отвечает всем требованиям stealth-технологий. Более того, надстройка выполнена из трехслойного стеклопластика, поглощающего сигналы радаров.

Большое внимание уделили конструкторы и акустической скрытности. Для снижения шума дизельные двигатели установлены на амортизированные платформы, а дизель-генераторы вообще «подвешены» ко второй палубе. В результате корвет стал, пожалуй, самым «тихим» кораблем отечественного флота. Зато сам «Стерегущий» хорошо слышит подводного противника. За время испытаний корвет ни разу не дал подводным лодкам приблизиться к себе для нанесения внезапного удара. А выпущенные субмаринами с большой дистанции торпеды своевременно обнаруживались и уничтожались.

Корветы проекта 20380 имеют модульную конструкцию. По желанию заказчика здесь могут заменяться ударные и зенитные ракетные комплексы, а также средства обнаружения, целеуказания и наведения.

Сейчас на Северной верфи строятся три корвета проекта 20380: «Сообразительный», «Бойкий» и «Стойкий». Сборка еще одного корабля этого семейства – «Совершенного» – завершается на Амурском судостроительном заводе.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
По рельсам – на Луну?

У этого изобретения довольно долгая и непростая история. Специалисты давно уже поговаривают о том, что пора заменить ракетные двигатели, взлетно-посадочные дорожки на аэродромах и даже локомотивы на железной дороге транспортными устройствами нового типа – рельсотронами. Как сделать самому модель рельсотрона, вы узнаете чуть позже. А для начала немного истории.

На пути к электромагнитной пушке

Началось же все с того, что еще в 1831 году британский ученый-самоучка Майкл Фарадей заметил: если вложить внутрь катушки, на которую намотано несколько витков провода, металлический сердечник, а потом пустить по обмотке импульс тока, сердечник пулей выскочит из сердцевины катушки, подталкиваемый силой Лоренца.

При этом направление линий магнитного поля определяется, как известно из школьною курса физики, по правилу буравчика: если ток течет в направлении от наблюдателя, линии поля направлены по часовой стрелке.

А направление силы Лоренца определяется правилом левой руки: если расположить руку по направлению течения тока так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, оттопоренный под прямым углом большой палец укажет направление силы.

После Фарадея, предложившего на основе своего открытия прототип электромотора, очередной шаг сделал русский физик Борис Семенович Якоби. В 1834 году он изобрел линейный электродвигатель, который в отличие от обычного, обеспечивал не круговое движение ротора, а прямолинейное.

В 1901 году норвежец К.Брикланд получил патент на создание электромагнитной пушки, в принцип действия которой был положен все тот же соленоид. А вслед за ним русские инженеры Н. Подольский и М. Ямпольский предложили в 1915 году российскому правительству проект сверхдальнобойного орудия, которое, по идее, должно было посылать снаряд на 300 км силой электрического тока.

Далее, в 1916 году французы А. Фашон и К. Филлипле построили модель такой пушки, разгонявшей снаряды весом 50 г до 200 м. Вслед за ними подобные проекты в последующие десятилетия XX века попытались осуществить с разным успехом в Германии, Японии, СССР, США, но далее первых экспериментов дело ни у кого так и не пошло.

Лишь в 80-х годах прошлого столетия в Австралии был создан импульсный униполярный генератор, позволивший построить действующий образец пусковой установки, которая, по расчетам, способна посылать снаряды на 500 км. Причем с такой скоростью, что перед этими снарядами бессильна любая броня.

По рельсам в космос?

Работа над электромагнитными пушками идет и поныне. Как полагают американцы, наиболее реально создать в ближайшие десятилетия стационарные пушки береговой обороны и корабельную артиллерию. Англичане делают ставку на наземные мобильные системы; они хотят вооружить такими орудиями электрические танки, над созданием которых ныне работают.

Однако исследования, как и в былые времена, упираются в отсутствие источников энергии, способных не только обеспечить движение корабля или танка на протяжении боя, но и передать на орудие импульс в десятки мегаджоулей с периодичностью хотя бы раз в 2–3 минуты.

Кроме того, дульная скорость снаряда в электромагнитной пушке прямо пропорциональна длине дула и подаваемому току. Поэтому катапульты имеют длину не менее 10 м, а энергетическую систему можно разместить разве что на большом корабле. О боевых же электромагнитных ружьях речь пока всерьез не идет.

Некоторые специалисты полагают, что первоначально надо создавать не электромагнитные пушки, а так называемые рельсотроны, которые могут найти себе применение в сугубо мирных целях. Например, сотрудники Федерального центра двойных технологий «Союз», ГНЦ РФ ТРИНИТИ, НИИФА имени Ефремова и Курчатовского института работают над созданием системы предварительного электродинамического разгона ракет с целью увеличения их полезной нагрузки.

Пока образец разгонной секции представляет собой гигантскую индукционную катушку с размерами внутреннего канала 1,5x2 м. Ускорительный комплекс будет состоять из набора секций длиной по 10–20 м каждая. И к каждой из них необходимо подвести коммутируемый импульс от накопителя, состоящего из батареи сверхпроводящих конденсаторов. В итоге общая длина комплекса составит около… 4 км!

Планируется, что рельсотроны будут разгонять космические аппараты, заключенные в специальные капсулы, до скорости 2 км/с. А дальше включатся собственные ракетные двигатели аппарата. С одной стороны, такая схема позволит вдвое снизить стоимость доставки полезного груза на орбиту. С другой – колоссальные перегрузки (до 60 g), действующие на космический аппарат при старте, не способны выдержать ни люди, ни оборудование спутников и ракет.

Публикацию подготовил В. САВОСИН