Текст книги "Юный техник, 2002 № 11"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 6 страниц)

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
_{НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ}
№ 11 ноябрь 2002

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Вести с орбиты

45 лет тому назад на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли. Он только и умел, что пищать «бип-бип». Ныне же без спутников не мыслят своей работы ни связисты, ни военные, ни метеорологи… Что же нового сделано в этой области за последнее время?

Свысока на облака

Наводнения нынешнего лета изрядно напугали многих. Теперь много говорят о необходимости предугадывать подобные природные катаклизмы. Специально для этого, а также для более точного прогнозирования погоды вообще на орбиту начали запускать метеорологические спутники нового поколения.

Первый из них был доставлен на орбиту в августе 2002 года с помощью французской ракеты-носителя «Ариан-5». Все три спутника серии «Метеосат» оснащаются камерами высокого разрешения, способными вести съемку как в видимой, так и в инфракрасной части спектра. Причем снимки могут поступать на Землю с интервалом в 15 минут по 12 каналам связи.

На спутниках предыдущего поколения снимки делались лишь раз в полчаса и могли быть переданы лишь по одному из трех каналов связи.

Аппаратура, помещенная на борту каждого спутника массой в 2 т, позволяет делать снимки с разрешением в 1 км. Этого вполне достаточно, чтобы определить, из чего именно – воды или кристалликов льда состоят облака над тем или иным регионом и соответственно предсказывать выпадение града или начало сильной грозы.

Кроме того, на первом спутнике MSG-1 установлен уникальный прибор GERB (геостационарный измеритель излучения Земли), который будет отслеживать, сколько энергии наша планета получает от Солнца и сколько отдает обратно. Подводя баланс, синоптики надеются разработать более точную математическую модель климата и делать более точные долговременные прогнозы.

В общем, новая аппаратура обещает повысить точность прогнозов погоды почти до 100 процентов. Но так ли это будет на самом деле? Посмотрим…

Так выглядит метеоспутник нового поколения.

Чтобы не потеряться…

Все началось еще несколько тысячелетий назад, когда люди впервые отважились выйти в открытое море. Потеряв из виду берега, они поняли, что могут ориентироваться только по небесным светилам – днем по Солнцу, ночью по звездам.

Следующий шаг в звездной навигации был предпринят осенью 1957 года, когда в СССР был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Лишь только утихли первые восторги по тому поводу, что теперь и люди способны создавать космические тела, специалисты начали понимать, что ориентироваться с помощью искусственных звезд куда удобнее, чем естественных. Спутники всегда совершенно точно следуют составленному расписанию, их можно засечь, когда на небе не видно ни зги – по радиосигналам. Во всяком случае, уже в 60-е годы XX века американские специалисты начали использовать для целей навигации спутники серии «Транзит».

Первые спутниковые навигационные системы использовались в основном военными – моряками с подводных лодок и экипажами стратегических бомбардировщиков, барражировавшими в районе Северного полюса, где из-за магнитных бурь, особенностей климата весьма сложно использовать обычные средства и методы навигации. Здесь же, получив азимуты 2–3 навигационных спутников, зная по расписанию, где именно они в этот момент находятся, штурман имел возможность довольно точно вычислить свое местоположение. А использование эффекта Доплера, согласно которому движущийся объект изменяет частоту собственного излучения по определенному закону, позволяет вычислить также направление и скорость собственного передвижения.

Такие навигационные системы оказались настолько удобны в эксплуатации, что со временем их начали использовать и штурманы гражданских судов, экипажи авиалайнеров, совершавших трансатлантические рейсы. А ныне с помощью спутников и всемирной навигационной системы GPS родители присматривают за своими малыми детьми, не выходя из кухни. В течение 60 с местоположение малыша определяется с точностью до нескольких метров. Для этого нужно лишь послать запрос со своего домашнего компьютера, воспользовавшись специальным паролем.

Ребенок же должен иметь на руке небольшой приборчик, чем-то похожий на обычные наручные часы. Он-то и выполняет роль радиомаяка.

Кроме того, прибор действительно показывает точное время, способен выполнять функции пейджера, сохраняя в своей памяти до 10 страниц информации, и, наконец, при нажатии двух кнопок сразу передает в полицию сигнал тревоги.

Прибор оснащен специальным браслетом, который невозможно расстегнуть без помощи специального ключа. Трудно его и разрезать.

Прибор определения индивидуального местоположения напоминает электронные наручные часы.

Студенческие спутники

Студенты Берлинского технического университета создали серию простых и дешевых спутников, к которым проявили интерес многие серьезные компании. И это не случайно. Серия спутников « TUBsut» (спутники Технического университета Берлина) весьма неплохо себя зарекомендовала.

Сам же центр, расположенный на чердаке одного из университетских зданий, построенных еще в 60-е годы XX века, на первый взгляд напоминает любительскую радиомастерскую. Тем не менее, вся техника, расположенная здесь, исправно работает, обеспечивая выполнение целого ряда задач.

Ян Хенрик Блайх, научный сотрудник Института авиации и космонавтики ФРГ, курирующий этот проект, рассказывает, что связь со спутниками устанавливается уже в тот момент, когда они возвышаются всего лишь на 4 градуса над уровнем горизонта. И за те четверть часа, пока спутник пересекает видимый небосвод, проводится передача и прием данных, различные эксперименты.

Используя материалы, которые можно купить в магазине радиотоваров, студенты спроектировали и построили ряд специализированных спутников для разных целей. Так, один из них, отправленный в космос еще в 1991 году, по сей день передает на Землю данные. Правда, далеко не всегда бывают такие удачи. Другой спутник проработал на орбите всего 39 дней, после чего замолчал…

Профессор Удо Реннер, которому принадлежит идея создания студенческого спутникового центра, рассказал историю его появления. В 1985 году профессор поинтересовался у своих студентов, какие проекты они разрабатывают во время учебы. Оказалось, что большинство из них размышляют над фантастическими идеями. Скажем, каким образом эвакуировать людей с Марса, если вдруг выяснится, что к нему приближается некий астероид…

Профессор задумался: стоит ли расходовать молодые мозги на решение задач, практическая необходимость в которых может никогда и не возникнуть? Не лучше ли переключиться на решение задач, которые нужны именно в настоящее время?

«Как раз тогда я вычитал, что в университете штата Юта студенты разработали и изготовили микроспутник, который был запущен прямо с борта очередного «челнока», вышедшего на орбиту, – вспоминает профессор. – И я предложил своим ученикам сделать нечто подобное…»

Вскоре студенты разработали проект спутника, который мог делать с орбиты снимки лучшего качества, чем американский.

С того все и пошло.

Вот как, например, решает задачу выдачи конкретной информации по тому или иному региону Земли один из современных студенческих спутников. При получении задания он обозревает участок площадью 28 кв. км – 7 км в длину и 4 км в ширину. И картинки меняются с огромной быстротой по мере того, как спутник перемещается по своей орбите. Однако при этом камера имеет встроенный трансфокатор и может поворачиваться, не выпуская из виду пойманный объект.

Как только она получает с Земли команду, тут же производит серию фотоснимков с необходимым разрешением. На снимке будут видны не только все улицы, дома, но и все объекты величиной порядка 6 м – поезда, самолеты, автомобили, корабли и другие виды транспорта. Причем, например, если корабль движется, то по кильватерному следу можно легко определить направление и скорость его перемещения.

Снимки эти можно делать даже в автоматическом режиме, задав спутнику координаты того объекта, который вы хотите сфотографировать.

Ныне аппарат немецких студентов находится на орбите высотой в 800 км и снижается со скоростью порядка 1 км в год. Это означает, что он может просуществовать в космосе не одно столетие. Правда, за это время его батареи наверняка выйдут из строя. Но, в принципе, ведь их можно и поменять.

Так что и в начале следующего, XXII века студенты могут увидеть в ночном небе спутник, который был запущен еще их дедушками и прадедушками.

С.НИКОЛАЕВ

Кстати…

СЛУЖИТЕЛИ КОСМОСВЯЗИ

Специалисты Железногорского НПО прикладной механики сообщили о создании спутников связи нового поколения. Они называются «Экспресс-AM» и будут изготовляться совместно с японской фирмой «НТ-спейс» и французской «Алкатель». Всего в НПО намечено создать пять спутников подобного типа. Для двух из них «начинку» сделают французы, а для оставшихся трех – японцы. Новые аппараты будут выгодно отличаться от своих предшественников. На два года – с 10 до 12 лет – продлен срок их службы. Кроме того, увеличены мощность передающего оборудования и количество каналов связи.

Первый спутник нового поколения планируется вывести на орбиту в конце 2003 года.

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Самый большой компьютер…

Погоня за созданием самого большого и самого мощного компьютера, похоже, окончена. Теоретически обоснован предел мощности, который преодолеть не удастся, сообщает журнал New Scientist.

Ныне самый умный компьютер в мире называется «Симулятор Земли». Его создали японские специалисты из г. Иокогама. Состоит этот монстр из 640 соединенных друг с другом мощных суперкомпьютеров и занимает площадь четырех теннисных кортов.

Детище сотрудников японского телекоммуникационного центра  Nextобладает быстродействием в 35 терафлопов. То есть, говоря иначе, совершает 35 млрд. операций в секунду и со значительным отрывом лидирует в списке 500 самых быстрых компьютеров нашей планеты. За ним следует суперкомпьютер компании IBM, который впятеро слабее.

Само название японского компьютера говорит о его назначении. С его помощью исследователи симулируют, или, говоря по-русски, моделируют, процессы, происходящие на нашей планете. Большей частью здесь экспериментируют с моделями тайфунов и землетрясений.

Тем не менее, многие климатологи все еще не уверены, что и новый суперкомпьютер сможет с большой точностью предсказывать природные катастрофы – такие, например, как недавние наводнения в Европе. Ведь для того чтобы использовать компьютер на полную мощность, ученым необходимо для каждой местности разработать свою климатическую модель, учитывающую все изменения природных феноменов.

Тем не менее, они надеются, что «Симулятор Земли» с такой задачей справится. Ныне основным методом прогнозирования является разбивка поверхности Земли на прямоугольные ячейки с длиной стороны примерно в 100 км, для каждой из которых делают специальный расчет. А новый суперкомпьютер позволит уменьшить размеры этих квадратов в 10 раз, что позволит детальнее изучать и прогнозировать тайфуны и торнадо сравнительно небольших размеров.

Уже первые испытания дали поразительные результаты. На основании имеющихся климатических моделей суперкомпьютер в считанные минуты рассчитал возможное направление, время и место появления тайфуна. Однако он не может справиться пока с отслеживанием перемен погоды по всей планете – для этого не хватает программного обеспечения и мощности самого компьютера.

«Для того чтобы составить подобные программы, потребуются одновременные усилия программистов всей Земли, – считает Луис Кормблю, сотрудник Института метеорологии имени Макса Планка в Гамбурге. – И то, скорее всего, многое придется упрощать, а то и попросту создавать еще более мощный суперкомпьютер»…

Понимая это, корпорация Intelсоздала недавно опытные образцы микропроцессоров, размер транзисторов в которых составляет всего 90 нанометров (нанометр – одна миллиардная доля метра). Их промышленный выпуск начнется в 2003 году. В технологическом процессе впервые используется так называемый «напряженный» кремний, атомы которого в кристаллической решетке «прорежены», что обеспечивает более свободное протекание тока и позволяет повысить быстродействие транзистора. Кроме того, в конструкции использованы также медные соединения с новым диэлектриком – легированным углеродом оксидом кремния с низкой диэлектрической проницаемостью, благодаря чему повышается скорость распространения сигнала в кристалле и снижается энергопотребление процессора. Применение нанотехнологий, уже отработанных компанией на более простых чипах синхронной памяти SRAM емкостью 52 МБ, позволит производить процессоры с тактовой частотой, превышающей 3 ГГц, и уменьшить их размеры вдвое. В итоге одиночный транзистор в этой микросхеме в 2000 раз меньше толщины человеческого волоса.

Его диаметр не превышает 50 нанометров.

Перейдя на новый технологический процесс, корпорация на время посрамила скептиков, сомневающихся в том, что так называемый закон Мура будет действовать в обозримом будущем. Этот «закон», который Гордон Мур, один из отцов-основателей Intel, сформулировал в 1965 году и считал не более чем «эмпирическим правилом», гласит, что количество транзисторов, которое вмещает интегральная схема, будет возрастать вдвое каждые 18 месяцев. Теоретически это означает существенное, на десятки процентов, увеличение производительности каждого нового поколения чипов.

Если в первом промышленном процессоре Intel 4004было всего 2300 транзисторов, то в современных Pentium IVих уже более 55 млн., а в новом процессоре их число превысит 100 млн.

Сам Мур, впрочем, полагал, что конец этой закономерности может положить сама природа: едва ли можно создать микрочипы, размеры элементов которых будут менее 0,25 микрона. И хотя он несколько ошибся: 90-нанометровый транзистор – уже третье «размерное» поколение после чипов, созданных по технологии 0,25 микрона еще пять лет назад, – уже действительно виден предел. Еще чуть-чуть – и мы попадаем в диапазон атомных размеров, где все подчиняется необычным квантовым правилам.

А открытие, о котором сообщил журнал « New Scientist», было сделано, можно сказать, на кончике пера, точнее даже – в голове одного из теоретиков. Ход его рассуждений был примерно таким.

Как известно, любая частица – будь то электрон или фотон – способна переносить один бит информации. Так что если научиться манипулировать частицами, которые то и дело пронизывают космическое пространство, можно будет выполнять любые расчеты. Именно этого и хотят добиться ученые, замыслившие построить так называемый квантовый компьютер.

«При этом очевидно, что предельный компьютер – это такой, в котором задействованы все частицы Вселенной, – рассуждал Сет Ллойд, специалист в области квантовых вычислений, работающий в Массачусетском технологическом институте. – Вот я и подумал, что неплохо было узнать его возможности».

Для начала он рассчитал, что количество частиц во Вселенной, а стало быть, и общее количество информации, которое они смогут хранить, составляет 10 ⁹⁰бит. Число логических операций, которые могут быть произведены над этими битами, зависит от имеющейся энергии, необходимой для выполнения операций, скорости света, влияющей на быстроту перемещения информации, и времени работы – то есть от возраста Вселенной.

Проделав необходимые вычисления, ученый получил максимальное количество логических операций, которое могла выполнить Вселенная с момента Большого взрыва, – около 10 ¹²⁰. Такая величина куда больше гугола – фантастического числа, придуманного математиками и составляющего «всего» 10 ¹⁰⁰.

Для сравнения: количество бит, которое может быть сохранено всеми компьютерами Земли, ныне составляет около 10 ²¹, а число выполненных логических операций едва дотягивает до 10 ³⁰– лишь малая толика теоретического максимума.

У идеи Ллойда есть любопытный философский подтекст.

Если Вселенная – огромный компьютер, то все, что внутри ее, включая нас, – часть вычислительного процесса. Или его продукт. А где же программист? Сам ученый не рискует намекать на Господа Бога. По его мнению, случайные колебания на квантовом уровне и есть тот самый набор исходных данных, программирующих Вселенную так, чтобы она создавала сложные структуры, включая живые существа.

Ученый сравнивает этот процесс с известной задачей из теории вероятностей. Представим, что миллион обезьян случайным образом нажимают на клавиши компьютера. «Шансы того, что они напечатают, скажем, первый миллиард цифр последовательности числа «пи», ничтожно малы, – считает Ллойд. – Однако при этом вероятность ввести в компьютер программу, которая сама вычислит нужное значение, значительно выше, поскольку такая программа весьма проста»…

Публикацию подготовил С.НИКОЛАЕВ

Водородная энергетика Исландии

Среди специалистов давно уже ходят разговоры о том, что запасы нефти на нашей планете подходят к концу и надо бы что-то придумать. Многие видят выход в переходе с углеводородного горючего – бензина, соляра и т. д. на чистый водород. Вот какой эксперимент по освоению этого вида топлива затеян в Исландии.

Обычно, когда речь заходит об этом небольшом государстве на севере Европы, прежде всего вспоминают о том, что именно исландцы первыми в мире поставили себе на службу геотермальные источники. Электроэнергией и теплом жителей этого острова обеспечивают несколько станций, которые используют выходящую из недр горячую воду и пар.

Скоро, похоже, исландцы станут пионерами в освоении и водорода. Во всяком случае, проект, о котором пойдет речь дальше, уже поддерживают крупнейшая нефтяная компания «Шелл», автомобильная корпорация «Даймлер Крайслер», а также Европейский союз. Они планируют вложить десятки миллионов евро в проведение первого крупномасштабного эксперимента по созданию чисто водородной экономики, полностью исключающей использование ископаемых видов топлива.

В соответствии с этим планом в Исландии уже в ближайшие месяцы появятся первые автобусы, приводимые в действие моторами, получающими энергию от топливных водородно-кислородных элементов, давно уж применяемых американскими астронавтами. Будет построена также первая заправочная станция, производящая водород на месте из воды.

Если все пойдет, как задумано, то к 2005 году водородом начнут заправлять легковые автомобили и рыболовные траулеры.

В общем, в течение 30–40 лет весь транспорт Исландии полностью перейдет на водород.

«Исландскому примеру со временем последуют и другие страны, – считает Маргарет Ман, сотрудница Национальной лаборатории США по возобновляемым источникам энергии. – Ведь переход на водород – наиболее рациональный способ избавиться от использования ископаемых видов топлива»…

В самом деле, преимущества водородной энергетики колоссальны. Поскольку водород входит в состав воды, его запасы практически неисчерпаемы. Правда, получение водорода из воды с помощью электролиза пока что обходится дороговато. Но на подходе и более дешевые способы.

Зато экологи от такой перспективы просто в восторге. Ведь в результате разложения воды получаются лишь водород и кислород, которые не наносят вреда окружающей среде. А двигатель, работающий на водороде, дает в качестве выхлопа опять-таки чистую воду.

Почему для эксперимента выбрана именно Исландия?

Тому есть несколько резонов. Во-первых, для получения водорода здесь легко использовать практически неисчерпаемую геотермическую энергию земных недр и гидроэнергию бурных рек. Кроме того, Исландия – компактная страна, для которой не нужно создавать широкомасштабную сеть заправочных станций. Так что проведение эксперимента обойдется здесь дешевле, чем в другом регионе.

Как говорит исландский профессор-химик Браге Арнасон, инициатор этого проекта, Исландия таким образом превратится в «Кувейт Севера».

Проектом, как сказано, также весьма активно интересуется и Европейский союз, уже выделивший 3 млн. евро на его автобусную фазу. Кроме того, аналогичные автобусы намечено ввести в эксплуатацию в Великобритании, в Германии, Испании и некоторых других странах Европы.

Водородный проект пробудил у исландцев гордость. Ведь именно в их стране впервые в мире будет осуществлен полный переход транспорта на новое топливо. Здесь же будут отрабатывать все тонкости тех или иных технических конструкций.

Главным препятствием пока остается дороговизна. Даже по самым оптимальным подсчетам, водород получается вдвое дороже нефти. Правда, при этом обеспечивается вдвое больший пробег на единицу объема. Тем не менее, осуществление проекта уже началось. Летом нынешнего года рассматривались также все тонкости, связанные с производством и хранением водорода на заправочных станциях. Ведь не стоит забывать, что водород способен воспламеняться легче, чем бензин.

Станислав СЛАВИН