Плазменные кристаллы из звездной пыли
Вернувшийся недавно на Землю российско-французский экипаж экспедиции посещения Международной космической станции среди прочего выполнил интересные эксперименты с «плазменными кристаллами». Об этом перспективном направлении в физике рассказывает научный руководитель программы академик В.Е. ФОРТОВ .
— Владимир Евгеньевич, прежде всего давайте поговорим о том, почему эксперименты непременно нужно было проводить в космосе?
— Просторы Вселенной отнюдь не пусты. В космосе не отыскать и кубического метра пространства, в котором не промелькнуло бы несколько молекул или пылинок. Девяносто девять процентов межзвездной материи составляют молекулы газа; еще один процент — пыль, состоящая предположительно из частиц графита и силикатов.
Межзвездная пыль — ровесница Вселенной. Она возникла еще в момент Большого взрыва. Кроме того, огромные количества пыли выбрасываются в пространство после вспышек сверхновых. Пылевая завеса защищает новорожденные звезды от жаркого излучения соседних. Так в межзвездный простор возвращается материя, из которой когда-то сгустилась звезда.
Ученые подсчитали: типичная спиральная галактика содержит в 100 млн раз больше пыли, чем весит Солнце. Из этой пыли можно было бы сформировать многие сотни миллиардов планет, похожих на нашу Землю.
В окрестностях Солнца межзвездная материя плотнее, чем за ее пределами. Она состоит из газа и крупных пылинок (их длина достигает миллиметра). Эта пыль образуется в поясе астероидов, где миллиарды малых планет постепенно перетирают друг друга. Кометы тоже потенциальные поставщики пыли. Оказавшись близ Солнца, они могут терять до нескольких тонн массы в секунду. Образуется характерный длинный хвост.
Однако в Солнечной системе пыли не прибавляется. Дело в том, что наше светило притягивает частицы к себе. Планеты тоже действуют как пылесосы. Только на Землю ежесуточно оседает 45 тонн пыли, но лишь при падении крупных пылинок мы замечаем на ночном небосклоне «падающую звезду». Причем каждая из мириадов пылинок напоминает уникальный космический «холодильник»: в нем хранится вещество, из которого 4,5 млрд лет назад возникла наша планета. Впоследствии из этого «праха» родилось и человечество.
— Вы нарисовали весьма впечатляющую картину мироздания. Но какое место в ней занимают ваши исследования? При чем здесь «плазменные кристаллы»? Что они собой представляют?
— Пока человек не способен вмешиваться в галактические процессы. Тем не менее, в наши дни зарождается новое научное направление в физике плазмы, которое позволит нам использовать космическую пыль в своих целях.
Суть его в том. что тяжелые частички, масса которых значительно превосходит массу ионов, могут быть сильно заряжены. На каждой частичке может собраться заряд, равный числу электронов, и тогда между этими частичками возникает очень сильное кулоновское взаимодействие. И они выстраиваются в своеобразный кристалл.
Первые эксперименты по созданию таких кристаллов начались лет 5 назад одновременно в Германии и России. Но поскольку частички относительно тяжелые, гравитация сильно искажает форму и структуру плазменных кристаллов. Поэтому важно было от нее избавиться.
Поначалу опыты в невесомости ставили на самолетах: есть такие параболические траектории, когда удается получать невесомость в течение 20 минут. Потом часть экспериментов провели на геофизических ракетах, которые, также находясь в режиме свободного падения, позволяли получать микрогравитационные условия.
Еще мы провели три эксперимента на орбитальной станции «Мир», пока она функционировала. И вот сейчас работает уже вторая экспедиция на Международной космической станции. На российском сегменте есть установка, на которой и проводятся эксперименты.
— И что же они показали?
— Выяснилось, что плазменный кристалл, получающийся в космосе, оказывается более крупным. Расстояние между соседними частицами тоже больше — порядка одного миллиметра. Да и сами частицы крупнее…
На будущее намечена большая международная программа работ, которую поддерживает Европейское космическое агентство, Российское космическое агентство и НПО «Энергия». У ученых есть немало идей, как стабилизировать кристаллы в условиях невесомости, как их растить, как исследовать процессы фотоионизации в космосе.
— Сейчас рано говорить о прикладном значении этих работ. Но, в принципе, где они могут найти применение в будущем?
— Одна из идей — использовать радиоактивную пыль для того, чтобы получать компактные источники энергии для космических нужд. Есть мысль использовать эти структуры в качестве химических катализаторов. Возможно использование «плазменных кристаллов» в микроэлектронике.
Кроме того, с помощью электрических полей мы надеемся выносить радиоактивную пыль из устройств типа ТОКАМАКов, где она накапливается за время работы. Ну, и конечно, важно, что плазменная пыль обладает свойством разделять разные фракции. Она работает как своеобразное сито, позволяющее разделить смесь по размерам частиц. И это тоже актуальная задача в технике.
Беседу вел Владимир БЕЛОВ
Пока ковер-самолет не придуман…
Пожар в Останкино, трагедия в Нью-Йорке…
Эти события заставили изобретателей с новой энергией вернуться к старой проблеме: как оперативно спасти людей, оказавшихся в горящем высотном сооружении?
«Лучше всего здесь подошел бы ковер-самолет, — мрачно сострил один из экспертов. — Компактная штука — раскатал и улетел»… Но такие ковры, к сожалению, пока встречаются лишь в сказках. А что могут предложить изобретатели?
Спасение в маховике?
Оригинальное спасательное средство создали ученые НИИ машиноведения, доктор технических наук Аркадий Бессонов и инженер-конструктор Михаил Очан. По внешнему виду оно представляет собой нечто вроде большой рулетки в футляре размером с суповую тарелку.
Устройство крепится над оконным проемом и позволяет в случае необходимости быстро и безопасно спустить с высоты до 150 м груз массой до 100 кг. Спускающемуся человеку достаточно пристегнуть карабин спасательного пояса к концу выходящей из футляра металлической ленты и прыгнуть вниз. Лента разматывается с постоянной скоростью и доставляет человека вниз без травм и ушибов. А как только карабин отстегнут, лента снова уходит в футляр. И вот она уже готова к спуску очередного спасаемого.
«В спусковом устройстве в качестве преобразователя энергии использован маховик, — пояснил Аркадий Бессонов. — Он составляет сердцевину барабана, на которую намотана лента. По мере сматывания радиус рулона постепенно уменьшается, и вроде бы скорость спуска должна увеличиться.
Однако этому препятствует маховик, который за счет инерции стремится сохранить полученную в начале спуска скорость. Поэтому спуск вполне безопасен. Тем более что в конце его лента еще и притормаживается»…
Устройство удобно еще и тем, что практически полностью изготовлено из металла, а не из горючей органики, как, скажем, обычные веревочные лестницы. И не из синтетики, как спасательные нейлоновые рукава (см. приложение «Кстати…»).
Если смелый — прыгай…
Многие конструкторы для прыжков из окон небоскребов предлагают использовать современные парашюты типа «летающее крыло». Действительно, они вполне годятся для спуска с высоты порядка 100 м. Однако для того, чтобы управиться с таким парашютом, нужны определенные навыки. Иначе без серьезных травм дело не обойдется.
Иное спасательное средство разработали сотрудники Научно-исследовательского центра имени Г.Н. Бабакина. По словам одного из разработчиков, Валентина Сысоева, в сложенном состоянии эта система умещается в чехле размером с рюкзак, а в раскрытом напоминает волан для игры в бадминтон, только существенно большего размера.
Человек или иной груз находятся внутри «волана», на его дне, представляющем собой очень прочный надувной многослойный матрас, поясняют специалисты. Во время падения нужно, как при прыжке с парашютом, дернуть за кольцо, и через секунду автоматически надуваются корпус волана и подушка на его дне, а человек оказывается внутри лежащим на спине.
Поскольку форма и аэродинамика конуса тщательно рассчитаны, а сделан «волан» из прочного материала с теплозащитной пленкой, позволяющей пролететь даже сквозь открытый огонь, то вероятность благополучного спуска весьма велика. Тем более что скорость приземления ниже, чем при прыжке с парашютом.
Прилетит к нам волшебник…
Для тех же, кто в силах решиться броситься вниз, даже имея при себе то или иное спасательное средство, бывший российский инженер, а ныне глава израильской фирмы DM Aerosafe Group Давид Метревели сконструировал летающую пилотируемую платформу.
Она представляет собой нечто вроде строительной люльки, которыми пользуются при ремонте зданий рабочие. С той лишь разницей, что платформа не подвешивается на тросах, а способна двигаться самостоятельно с помощью четырех горизонтальных пропеллеров, вмонтированных по ее углам и получающим энергию от двух турбореактивных двигателей.
Для безопасности эти винты прикрыты сетками, поэтому, в то время как вертолет не может приблизиться к стене здания без риска сломать винты, платформа может подлететь к стене здания вплотную.
Открытая машина с фюзеляжем из легких композитов способна совершать сложные маневры, которые позволят эвакуировать пострадавших из окон, с балконов и крыш горящих зданий любой высоты, не исключая небоскребов. Расчетная грузоподъемность летательного аппарата — 8 — 10 человек.
Публикацию подготовил В.БЕЛОВ
Художник Ю. САРАФАНОВ
Кстати…
СПАСЕНИЕ В… РУКАВЕ
Конечно, рукав этот необычный. По существу, это длинная эластичная труба из нейлоновой сетки. Верхний конец его закрепляют, скажем, на уровне окна 20-го этажа, а нижний достает до земли. В случае пожара или иного стихийного бедствия человек влезает в рукав и скользит по нему, регулируя скорость движения растопыренными локтями и коленями.
Именно такое изобретение предлагает для спасения Ралф Байкер, владелец маленькой фирмы в штате Делавер, США. Он говорит, что идея пришла ему в голову после того, как он увидел по телевизору пожар в одном из отелей. Пожарные прибыли вовремя, однако их лестницы не доставали до верхних этажей здания, и из-за этого гибли люди…
НА КРОВАТИ. КАК НА ПАРАШЮТЕ…
Любопытный случай произошел в Бостоне (США). Нгу Винь Сунь, 59-летний повар, спал сном праведника в квартире на четвертом этаже кирпичного дома, когда из-за утечки газа раздался сильнейший взрыв, и беднягу выбросило в окно.
На счастье повара, вылетел он вместе с широкой кроватью, которая спарашютировала, а затем и смягчила удар о землю своими пружинами. Повар остался цел и невредим, хотя сама кровать развалилась от сильного удара об асфальт.