Текст книги "Юный техник, 2010 № 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 февраль 2010

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

ВЫСТАВКИ
Зачем нам надо это «нано»?

Нанотехнологии – это способ в полном смысле сделать из мухи слона. Так образно, но вполне серьезно высказался один из участников Второго международного форума по нанотехнологиям, в работе которого, кроме российских ученых, приняли участие исследователи из США, Великобритании, Канады, Японии, Израиля и других стран. Побывали на форуме и наши специальные корреспонденты В. Владимиров и С. Николаев. И вот что там узнали.

Успехи нанобиоэлектроники

«У России есть все необходимое, чтобы стать мировым лидером в области нанобиоэлектроники», – убежден директор Института математических проблем биологии РАН Виктор Лахно. Как пояснил ученый, основная идея этого научного направления заключается в том, чтобы использовать для создания электронных элементов – транзисторов, диодов, сопротивлений – не полупроводники, а биологические элементы – белки, ДНК, РНК…

Как известно, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является хранилищем всей генетической информации у всех живых существ. Уникальна она еще и тем, что, в отличие от любого элемента электроники, способна воспроизводить саму себя.

А на основе небольших фрагментов ДНК можно будет создать логические электронные элементы. Как считает исследователь, это позволит в миллиард раз увеличить производительность компьютеров. Уже реализована биоэлектронная память на основе вируса табачной мозаики, которая по емкости в сотни раз превосходит полупроводниковую память. Использование проводящих свойств ДНК позволит повысить плотность записи информации в миллионы раз. Вся информация, накопленная человечеством за время его существования, сможет поместиться на одном крошечном носителе.

Кроме того, в России освоена технология создания нанопроводов на основе ДНК и бактериофагов. Наши ученые совместно с французскими коллегами сделали и фундаментальное открытие – ДНК-провода, оказывается, обладают сверхпроводимостью при сверхнизких температурах.

Диковинная нанобумага

Необычный материал из свитых углеродных нанотрубок изготовили ученые из Техасского университета в Далласе при поддержке бразильских коллег. Вместо того чтобы при растяжении уменьшать свою ширину, как это бывает с резиновой лентой, этот материал, наоборот, расширяется.

Новый материал изготавливали почти так же, как и обычную писчую бумагу: осаждали углеродные нанотрубки из водного раствора на подложку и затем высушивали. Причем в растворе находилась смесь из тонких однослойных нанотрубок с толщиной стенок в один атом и толстых многослойных, которые, как матрешки, состояли из нескольких однослойных.

Ученые уверены, что благодаря своим уникальным свойствам новая «нанобумага» найдет массу применений. Например, из нее получатся прекрасные прокладки и сальники, искусственные мускулы и сверхчувствительные сенсоры.

Атомный резец для наноскульптур

Нанотехнологи из Франции открыли новый способ изготавливать наноматериалы с высокой степенью точности благодаря сканирующей электронной микроскопии. Причем технология настолько точна, что позволяет оперировать отдельными атомами. Так, ученые смогли удалять атомы углерода из целой нанотрубки. Это похоже на то, как скульптор ваяет очередное произведение – откалывая резцом лишний материал.

Только в наномире все сложнее. Сканирующие трансмиссионные электронные микроскопы обычно не повреждают атомы при изучении образцов. Однако если существенно повысить энергию электронного луча, то он сможет выбивать отдельные атомы из структуры.

Один из исследователей, Альберт Зобелли, пояснил, что после выбивания атомов высокоэнергетическим лучом ученые смогли перевести микроскоп в режим сканирования и тут же получить картинку образовавшейся наноструктуры. Самое интересное, что после такого воздействия нанотрубка старается сама перестроиться, изменяя структуру связей между атомами углерода.

Таким образом можно будет конструировать новые типы наноматериалов из уже существующих.

Новое лицо золота

Известный всем драгоценный металл в наноколичествах приобретает весьма необычные свойства, рассказал Майкл Корти, профессор нанотехнологии из Технического университета в Сиднее. Если сделать из золота стерженьки длиной от 20 до 40 нанометров, то они будут активно поглощать световые волны, причем частотный диапазон зависит от величины стерженьков. А поскольку химики ныне научились получать стерженьки строго определенной величины, то могут создавать покрытия, работающие как светофильтры. Поначалу такие фильтры использовали лишь в шлемах астронавтов, выходивших в открытый космос, и были они довольно дорогими. Однако сейчас технология значительно усовершенствована, и золотые светофильтры можно наносить даже на обычные оконные стекла. Стоит такое покрытие всего 2 евро на квадратный метр и продолжает дешеветь.

Эти же покрытия обладают свойствами не пускать летом излишнее тепло в дома. Причем наносить такие чудо-покрытия можно на стекла уже построенных домов. Нужно лишь подобрать подходящий полимер, который бы хорошо сцеплялся со стеклом, не реагировал на примесь в нем нанозолота и не разрушался при длительном воздействии на него солнечного ультрафиолета.

Нанобетон таунит

Многие материалы с необычными свойствами можно получить, если в их составе будет находиться новый углеродный трубчатый наноматериал таунит, полагают изобретатели из ООО «Тамбовский инновационно-технологический центр машиностроения» и ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец». Именно они и создали новый углеродный наноматериал, представляющий собой нанотрубки из графита диаметром от 15 до 40 нм и длиной до 2 мкм.

Изготавливают их на созданном здесь же, в Тамбове, реакторе, химически осаждая углерод из нагретой до 150 °C пропан-бутановой смеси на металлическом катализаторе, содержащем, в частности, никель и марганец. Таунит постепенно «нарастает» на этом катализаторе, после чего его смешивают с различными материалами, что придает им новые, чрезвычайно полезные свойства.

Например, распределив нанотрубки в воде и добавив в нее бетонную смесь, получают необычно прочный бетон с куда меньшей влагопоглощающей способностью, чем обычный. Таунит также значительно улучшает свойства противоскользящих дорожных покрытий и клеевых композитов, газораспределительных слоев в топливных элементах и углеродных электродов литиевых аккумуляторов…

ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА
Мир наноструктур

Если бы мы смогли каким-либо чудесным образом уменьшиться в миллиард раз, то попали бы в наномир, где расстояния измеряются не метрами, а нанометрами. Мир этот, кстати, выглядит весьма своеобразно. Как именно?

Например, нанолюди могли бы разгуливать по полю из наноцветов диоксида кремния. В случае необходимости что-то построить, они могли бы воспользоваться наногвоздями из оксида цинка. А красивейшие наноснежинки и нанозвездочки – одна из разновидностей диоксида марганца. Их получают из раствора Mn(NО ₃) ₂.

Самую маленькую в мире метлу, щетинки которой в тысячу раз тоньше человеческого волоса, исследователи получили, выращивая нанотрубки на нитях силицида углерода из горячего газа, насыщенного углеродом.

Так получилось, что среди нынешних наноструктур наибольшее распространение имеют наношары-фуллерены и нанотрубки.

Сам термин «фуллерен» происходит от имени Ричарда Букминстера Фуллера, сконструировавшего оригинальный купол павильона США на выставке EXPO-67 в Монреале.

С химической точки зрения фуллерены представляют собой практически идеальные шарики, которые удерживают свою форму силами Ван-дер-Ваальса.

История открытия фуллеренов такова. Сначала они были предсказаны теоретически и лишь через 20 лет, в середине 60-х годов XX века, обнаружены экспериментально.

Следует отметить, что С ₆₀– это далеко не единственный представитель фуллеренов. Известны и другие углеродные молекулы в форме выпуклых многогранников, образующиеся при испарении графита в атмосфере гелия.

В 1997 году за изучение этих структур американские исследователи Р.Е. Смолли, Р.Ф. Керл и Г. Крото были удостоены Нобелевской премии по химии. А немногим ранее, в 1993 году, ученые открыли самые маленькие в мире одностенные углеродные нанотрубки диаметром от 1 нм. Они представляют собой структуру углерода толщиной в один атом, которая сама собой при создании определенных условий сворачивается в трубку.

Мир наноструктур поражает необычностью и многообразием форм.

Кроме углеродных нанотрубок, в природе существуют еще трубки на основе нитрида бора (BN) и некоторых других соединений. Свойства углеродных и неуглеродных одностенных нанотрубок до конца еще не изучены, а исследователи уже придумали способ, как расширить и значительно модифицировать их ряд. Для этого достаточно заполнить пустоту «цилиндра» каким-либо химическим соединением. В настоящий момент разработаны методики «вливания» простых и сложных соединений в виде раствора или расплава во внутренний канал трубок. В таком канале удалось поместить даже цепочку из молекул фуллеренов, получив так называемые «стручки», причем при 1200 °C «горошины» срастаются с образованием еще одной нанотрубки!

ИНФОРМАЦИЯ

НА СМЕНУ «МЕТЕОРАМ» коллектив Зеленодольского судостроительного завода (Татарстан) построил два скоростных судна для Красноярского речного пароходства, сообщил генеральный директор предприятия Сергей Ильин.

Теплоходы А-45-1 «Лена» отправлены своим ходом по Волге и другим рекам до Архангельска, а затем по Северному Ледовитому океану – до Енисея. Несмотря на сильное течение на Енисее, скорость которого доходила до 12 км/ч, новинки показали хорошие ходовые качества.

«Лена» – судно нового поколения, предназначенное для замены устаревших «Метеоров». Оно способно перевозить до 100 пассажиров на расстояние до 650 км без заправки со скоростью 75 км/ч.

Впервые в мировой практике пассажирский теплоход вместо винтов укомплектован двумя водометными движителями, которые позволили повысить скорость и увеличить стойкость судна.

Еще одно преимущество «Лены», спроектированной в «Дизайн бюро Агат» (Санкт-Петербург), – с полным грузом она имеет осадку всего 90 см, то есть на целый метр меньше, чем у «Метеора». Эго позволяет вести навигацию на реках, где встречаются опасные пороги. К тому же теплоход может причаливать прямо к берегу.

«ЧЕРНЫЙ ОРЕЛ» – ВОЕННАЯ ХИТРОСТЬ?«Уникального танка «Черный орел», якобы разработанного в 90-е годы Омским конструкторским бюро транспортного машиностроения, в Российской армии на самом деле нет и не было, – заявил недавно представитель военно-научного комитета Главного автобронетанкового управления Минобороны РФ полковник Владимир Войтов. – Это всего лишь макет боевой машины»…

При этом представитель автобронетанкового управления отметил, что перспективные разработки новой бронетехники в России ведутся в тех же направлениях, что и за рубежом. С учетом технических тенденций развития и в мире, и у нас происходит изменение в сторону увеличения роли автоматизации. «От традиционной компоновки мы движемся к роботизированным машинам», – сказал он.

«ЛЕТАЮЩАЯ ТАРЕЛКА» НА МКС.«Эксперимент «Летающая тарелка», идея которого принадлежит учащимся московского лицея информационных технологий номер 1537, демонстрирует действие различных сил – реактивных, гироскопических – в условиях невесомости», – пояснили журналистам специалисты Ракетно-космической корпорации «Энергия», где проводили расчеты и помогли изготовить сам аппарат.

«Тарелка» сделана на основе двух компьютерных вентиляторов, которые по оси засасывают воздух, а по периферии с ребра выбрасывают его. А поскольку в аппарате установлены специальные жалюзи, которые позволяют направлять поток и по радиусу, и тангенциально (то есть под углом 90 градусов к радиусу), то «тарелка» может и вращаться, и зависать в невесомости.

Таким образом, в ходе эксперимента можно на практике проверить, насколько устойчивы в космическом пространстве летательные аппараты такого типа, можно ли стабилизировать их полет с помощью гироскопического эффекта. Полученные данные и видеопленка с записью опыта переданы на Землю для анализа результатов.

АКТОВЫЙ ЗАЛ
Испытатель Владимир Северин

Герой России Владимир Гаевич Северин– представитель уникальной профессии. Он – заслуженный испытатель космических и парашютных систем. Мы попросили Владимира Гаевича рассказать о себе и своей работе.

– Я родился в 1956 году в городе Жуковском, что во многом определило мою судьбу. Папа работал в Летноиспытательном институте, вокруг летчики и инженеры, в небе круглые сутки – рев авиадвигателей. Не случайно все мои приятели после окончания школы поступили в МАИ, МФТИ, летные училища…

Так было и со мной. Учился в школе № 1 Жуковского. За девять лет окончил курс школы, поступил в МАИ. Но после первого курса решил взять академический отпуск. Но отец распорядился по-другому: «Тебе завтра исполняется 18 лет, иди в армию, там и отдохнешь от учебы»…

В армию, так в армию. Но у меня на комиссии нашли язву желудка. Говорят, не годен. Язву я быстро залечил, и папа сказал маме: «Поезжай-ка в областной военкомат, скажи, что парень здоров, пусть его призовут»…

Такое вот было неординарное решение. После призыва я с моим начатым высшим образованием попал в школу младших специалистов. Служил сначала в Вышнем Волочке, а потом Алексей Архипович Леонов, хорошо меня знавший, – да, тот самый знаменитый космонавт – договорился о переводе меня в космический полк на станции Чкаловская. Там я и начал прыгать с парашютом.

После армии восстановился в МАИ, закончил обучение, защитил диплом. Но тоже не сразу. Через пару лет после возвращения из армии я надумал жениться. Отец не возражал, но спросил, на что жить будем. Пришлось перевестись на вечерний и пойти работать в КБ Сухого, в отдел гидравлики. Занимался я там проблемой искусственного сердца для медицины. КБ выполняло тогда заказ знаменитого трансплантолога, академика Шумакова.

Тогда же я придумал, как сделать запасной резервный насос для космического скафандра «Орлан» на базе искусственного сердца. Получилась интересная тема для диплома. На защите мне даже предложили идти в аспирантуру по той же тематике. Но потом дело с медициной в КБ Сухого заглохло. И тогда я пошел в НПО «Звезда», в испытательный отдел.

– Научно-производственное объединение «Звезда», которым к тому времени стал руководить ваш отец, и по сей день занимается системами спасения для летчиков и космонавтов, а также конструирует для них скафандры и спецкостюмы. И вы, наверное, могли пойти по стопам отца, стать конструктором?

– В принципе, мог бы, поскольку в МАИ я поначалу учился на кафедре систем жизнеобеспечения. И отец был не прочь направить меня к конструкторам. Хотел, видимо, воспитать наследника. Но я ему сказал: не могу я стоять у кульмана, скучно. Для меня и в испытаниях самая тяжелая работа – писать отчет о проделанной работе.

С самого детства у меня авантюрная жилка в характере. То на «Мосфильм» хотел каскадером устроиться, то на АЗЛК шофером-испытателем. А если учесть, что меня отец еще с двух лет на горные лыжи поставил, приколотив к ним галоши, то в испытателях мне было самое место.

Начиналась новая эра сверх маневренных истребителей. Для пилотов понадобилось новое защитное снаряжение, системы нашлемного целеуказания, новые скафандры…

Все это мне и пришлось испытывать. Из барокамеры да на центрифугу – в общем, работа не соскучишься. Ну, чтобы не быть просто подопытным кроликом, я предложил отцу, Гаю Ильичу, организовать для испытателей курсы по авиационно-космической медицине. И нам два года читали лекции, очень полезные, кстати. Я, например, стал понимать процессы, происходящие при перегрузках, мог лучше контролировать их.

От этого резко повысилась эффективность испытаний.

– Отец как-то пытался повлиять на ход испытаний, помочь вам?

– Скорее, это я ему оказывал посильную помощь. Когда он ставил меня на испытания, то генералы из приемочной комиссии принимали это во внимание: раз главный не боится сына поставить на испытания, значит, система надежная.

Была, кстати, для того и объективная причина. В свое время я мог продержаться при перегрузках в 12 единиц 180 секунд – это неофициальный рекорд мира. Отец и сам мог скафандр примерить, проверить на себе, насколько в нем удобно. Так что в этом мы были коллегами. Бывало даже спорили, но делали общее дело. Правда, известный летчик-испытатель и космонавт, готовившийся к полетам на «Буране», Игорь Петрович Волк, как-то сказал, что мы, испытатели, – рабочие лошадки. Создатели – это конструкторы, а наше дело простое – испытывать их работу. И я с ним согласен.

С другой стороны, Гай Ильич не раз говорил, что без коллектива он – никто. Знал многих сотрудников фирмы по имени-отчеству, при встрече всегда здоровался, узнавал, как дела, как жена и дети.

– Но перегрузки, наверное, все-таки как-то сказываются на организме?

– Конечно. Посудите сами. Во мне тогда было 75 кг. Плюс спецодежда, один шлем которой весит 3 кг. Да умножьте все это на 12; получается, что я весил на центрифуге больше тонны…

Был такой случай. Я уже вылез из центрифуги, чайку попил, стал писать отчет. Прошло уже 30–40 минут. Но когда я встал, то вдруг упал. Что-то в организме все еще происходило, перегрузка все-таки дала о себе знать.

Перед полетом на очередные испытания.

В. Северинпринимает поздравления по завершении испытаний.

– Видимо, это не единственное приключение в вашей работе?

– Бывает всякое. Однажды, например, я чуть… не утонул. Это было 12 апреля – как раз в День космонавтики. Кое-где в полях еще снег лежал. А мы полетели на очередные испытания. Катапультировался я нормально – как-никак у меня только официальных прыжков под 1000, но последние лет 15 многие из них я даже не записывал в книжку парашютиста. Так что за прыжок я особо не волновался.

Но вот когда приблизился к земле, то с высоты метров в 400 понял, что огромная лужа в чистом поле – моя. Минуть мне ее никак не удасться – дотянуть до ее края высоты уже не хватит. Так и вышло. Я окунулся с головою, а там глубина метра три. И в полном зимнем снаряжении, которое тут же намокло и потянуло меня вниз, мне бы никак не выплыть…

Спасло меня то, что в самый последний момент сообразил… нарушить инструкцию. Согласно ей, я должен был перед приводнением отстегнуть парашют. И это правильно, потому что купол может накрыть парашютиста – и окажешься ты под ним, как рыба в сети. Но я успел заметить, что парашют относит на берег и он там наверняка зацепится за кусты. И я по стропам выбрался на берег.

– В каких еще испытаниях вам приходилось принимать участие?

– Самое интересное для меня – это катапультирование. Но бывают и другие испытания. Однажды мы трое суток парились в термокамере, имитируя выживание в пустыне. Вот тогда я понял, что за глоток воды можно убить человека. У одного из нас еще оставалась на второй день вода во фляжке, и он так вкусно ее пил, что я не выдержал. «Делай это тихо, – говорю, – а то плохо будет»…

Был еще случай, когда я чуть не лопнул. В барокамере на условной высоте в 100 км у меня порвался скафандр. Началась утечка воздуха. Но быстро «спустить» меня с такой высоты – то есть поднять давление в камере до атмосферного – было нельзя; я мог погибнуть от кессонной болезни. Стало быть, нужно было выдерживать режим спуска по специальной циклограмме. И эти минуты мне годами показались. У меня пульс до 220 подскочил. А когда открыли люк барокамеры, оказалось, что в баллонах у меня уже совсем нет воздуха.

А еще однажды мы испытывали новую кислородную маску для летчиков на высоте 25 км. При этом имитировали взрывную декомпрессию, дескать, разбился фонарь кабины, а за бортом температура минус 50 градусов. При этом тут же, как потом выяснилось, замерз клапан кислородной системы, и мне осталось лишь 250 кубиков воздуха непосредственно под маской. Я даю команду «спускайте», но при этом опять-таки нельзя резко повышать давление в барокамере, чтобы барабанные перепонки целыми остались. И вот я дышал, чем мог, долгих 5 минут.

Серьезный разговор отца с сыном.

Испытания, кстати, показывают возможности не только экспериментальной техники, но и самого испытателя. В экстремальных условиях у человека просыпаются необычайные способности. Во-первых, мозги работают в 100 раз быстрей. Вот, например, у меня однажды не раскрылся парашют на высоте 900 м до земли. Падать оставалось 20 секунд. Но это же время!.. За эти секунды вспоминаешь все инструкции, определяешь, что надо сделать. И я сообразил, в чем дело.

Меня чуть не погубила собственная лень. По инструкции надо парашют переукладывать раз в месяц. А я почти год ранец не трогал, и купол за это время как бы спрессовался. И я чувствую, что ранец на спине открылся, а купол не расправляется. И тогда я стал крутиться в воздушном потоке, чтобы купол ветром посильнее обдуло. И на высоте около 100 м, когда я стал, кажется, различать отдельные травинки на земле, купол заполнился. А я уж собрался было запасной парашют открывать…

Но если бы одновременно начали наполнять основной и запасной купола, стропы их могли бы перехлестнуться, и тогда уж точно ничего хорошего меня не ждало. Так что инструкции все-таки без чрезвычайной нужды нарушать не стоит.

– Какое дело вы считаете главным в своей жизни?

– Участие в программе испытания катапультных кресел. Отец мой, как известно, вместе со своими коллегами разработал уникальное катапультное кресло К-36, которое заслуженно считается лучшим в мире. Но его доводка стоила нам всем немало крови и нервов. Поначалу его испытания пошли неудачно, погиб человек, и спасибо огромное испытателю, Герою Советского Союза Олегу Хомутову, который сумел доказать, что дело не в кресле.

Теперь оно стоит практически на всех военных самолетах нашей страны и ряда зарубежных государств.

Затем на базе К-36 было сделано кресло К-36РБ для «Бурана», которое исправно работало с нулевой высоты до 30 км. Если бы такая система была на «Челленджере», экипаж бы спасся.

Была у нас также создана первая в мире катапультная система для вертолета К-50 «Черная акула». Лично мне довелось испытывать первую в мире систему спасения для легкомоторных самолетов-пилотажников. В легком спортивном самолете важен каждый килограмм веса, поэтому спасательная система сделана максимально легкой – она весит всего 8 – 10 кг.

И спасает жизнь. Итальянец Марио Грегори в начале осени 2009 года разбил свой самолет вдребезги, но вовремя катапультировался и остался жив-здоров. Там очень плотная привязная система, чтобы летчик при выполнении фигур высшего пилотажа не вывалился из своего кресла. Плюс к тому еще подвеска парашютная. При аварии надо дернуть за ручку. При этом отстреливается заголовник, в котором парашют. Он сбрасывает фонарь и через сотую долю секунды стреляющий механизм обрезает привязную систему и за парашютные лямки тебя за плечо вытаскивает из кабины. Весь процесс занимает 0,25 с.

Когда я отстреливался первый раз, то хотел выглядеть посимпатичнее, так как знал, что меня снимают со всех сторон. Но вылетел из кабины так стремительно, что, когда пришел в себя, парашют уже раскрылся. Так что принять мужественную позу я так и не успел. За эти испытания, кстати, мне и присвоили почетное звание Героя России.

Узнал я же об этом при довольно комичных обстоятельствах. Звонят мне на дачу, спрашивают, что я делаю. А я как раз полы мыл. Так что весть о высокой награде встретил со шваброй в руках.

– Говорят, вы собирались стать космонавтом? Так ли это?..

– Да, десять лет я числился в отряде космонавтов. Но когда понял, что полететь мне не удастся, слишком уж велика очередь на полеты, ушел снова на «Звезду», став к тому времени пенсионером. Дело в том, что по существующему положению, десять лет, проведенные в отряде космонавтов, умноженные на коэффициент 2, дали мне возможность оформить пенсию по выслуге лет. И в 2001 году я ее оформил. Но еще до этого, в 1995 году, меня взяли в отдел международного маркетинга, и я стал ездить с командой наших пилотажников по чемпионатам, показывать наше кресло в действии. Так что на многих зарубежных спортивных самолетах стоят теперь наши кресла. Кроме того, я теперь еще и директор нашей горнолыжной спортбазы.

Публикацию подготовил Владимир БЕЛОВ