Юный техник, 2007 № 05

Журнал «Юный техник»

Популярный детский и юношеский журнал.

 

ВЫСТАВКИ

И войне, и миру…

…Могут послужить экспонаты 7-й Специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения». На ней побывал наш специальный корреспондент Виктор Четвергов. И вот что там увидел.

Вертолет летает… год

«Пока это всего лишь действующая модель, прототип будущей машины, — поясняет один из разработчиков, научный сотрудник Института проблем передачи информации Е.В. Прокофьев. — Но продолжительность полета даже модели весьма внушительна — она может летать месяцами».

Проблему дозаправки, если можно так выразиться, конструкторы в данном случае решили очень просто. Машина летает на привязи. То есть с землей ее связывает кабель, по которому на борт подается электроэнергия. Она запитывает мотор, который, в свою очередь, вращает несущий ротор.

Таким образом, вертолет может летать до тех пор, пока не выйдет ресурс какой-либо детали или узла либо не понадобится общая профилактика машины.

Но зачем понадобилась такая «игрушка»? И почему ее созданием занимаются сотрудники Института проблем передачи информации?.. Все тоже оказалось весьма логично.

«Основное назначение привязного вертолета — служить в качестве ретрансляционной антенны. Чтобы увеличить дальность действия таких антенн, их стараются сделать повыше, размещают, например, на вершинах холмов. Все это достаточно дорого и хлопотно. Ну, мы и решили покончить со всеми хлопотами разом, создав своеобразную антенну высотой около 300 метров», — пояснил Прокофьев.

Машина оборудована системой стабилизации, так что в воздушном потоке держится достаточно устойчиво и способна сохранять это положение месяцами. Ну, а понадобится спустить вертолет на землю для профилактики, на смену ему можно оперативно поднять второй, точно такой же.

Такое решение проблемы, как показали расчеты, позволяет во много раз уменьшить затраты на сооружение антенн. Качество же связи или показа телепрограмм при этом нисколько не страдает.

Вертолет, который может летать хоть год…

Тропики в средней полосе

…На экране дисплея это диковинное сооружение похоже на древнеегипетскую пирамиду. Только уж очень странную — еще никто не строил пирамиды из стекла. Однако, по мнению одного из разработчиков проекта, Анатолия Подосинникова, ничего необычного в таком конструкторском решении нет.

«Около 80 процентов территории России относятся к так называемой зоне рискованного земледелия, — рассказал он. — Это значит, что труженики сельского хозяйства нашей страны, начиная по весне сельскохозяйственные работы, рискуют не дождаться урожая осенью. Так что не случайно в нашей стране все шире развивается система земледелия на закрытом грунте, позволяющая получать гарантированные урожаи в любое время года, независимо от погоды…»

И далее рассказал вот что.

Оказывается, в свое время правительство СССР рассматривало самые различные варианты развития международных отношений. В том числе и полномасштабный термоядерный конфликт. Большая часть населения нашей планеты при этом бы погибла. Но и тех, кто уцелел, ждала незавидная судьба. Зараженные радиацией почвы, резкое ухудшение климата из-за того, что солнечный свет перекрывали бы тучи пыли, поднятые высоко в атмосферу вследствие ядерных взрывов, лежащие в развалинах города — все это могло обернуться тем, что оставшиеся в живых люди погибли бы от холода и голода.

Чтобы такого не случилось на самом деле, перед лучшими умами «оборонки» — специалистами РКК «Энергия», НПО машиностроения и другими — была поставлена задача: создать комплексы, которые бы помогли людям выжить даже в столь кошмарных условиях. Одним из решений и стал проект «Экватор», который сейчас рассекречен и предлагается к повсеместному внедрению корпорацией «Союз технологий», президентом которой является известный всем космонавт Валерий Кубасов.

Оранжереи XXI века вместо обычного стекла имеют вакуумированные стеклопакеты, которые позволяют в 1,5 раза сократить потери тепла. Укладываются же эти стеклопакеты на обрешетку из… дерева. Но тоже особого — модифицированная древесина марки «Дестам или «Древсталь» имеет прочность стали, но значительно легче металла и совершенно не ржавеет.

Постройки имеют пирамидальную форму, поскольку на остроконечных сооружениях не держится снег, с них быстро скатывается дождевая вода.

Тому же в немалой степени способствует специальное инфракрасное покрытие стекол, обеспечивающее парниковый эффект. Тепло снаружи легко проходит внутрь, зато наружу уже не выходит.

Кроме того, каждый модуль-пирамида имеет гелиоконцентраторы нового поколения на основе двухсторонних кремниевых панелей. Между панелями циркулирует вода, которая даже в условиях пасмурного дня средней полосы нагревается до температуры кипения, что позволяет получить КПД установки около 80 %. Снабжены оранжереи и фотоэлементами, с КПД около 20 % вместо обычных 5 — 10 %.

Таким образом, каждый модуль способен самостоятельно обеспечивать себя энергией круглый год. А системы кондиционирования следят за тем, что внутри комплекса всегда была соответствующая заданным параметрам атмосфера. Каждая пирамида поделена на несколько этажей-ярусов. И здесь сказывается преимущество ее формы — на каждый ярус через стеклянные стены попадает достаточное количество солнечного света.

На самом нижнем ярусе, отделенном от почвы теплоизоляционным и гидрогерметичным покрытием, располагаются пруды для разведения ценных пород рыбы. Каждый модуль, к примеру, способен давать до 180 т осетра в год или до 600 кг сома с каждого кубометра пруда.

Выше прудов — на втором и третьем ярусах комплекса — располагают оранжереи для выращивания цветов, зелени, овощей. Все стадии процесса выращивания растений в автоматизированном режиме уже отработаны в ходе многолетних исследований по проекту «Космические оранжереи» лаборатории «Природа» Института имени Курчатова. Нашим специалистам удалось увеличить КПД фотосинтеза с обычных для природы 0,4 % до 16 % путем использования поляризованного освещения в сочетании со сбалансированным питанием растений и созданием соответствующего микроклимата.

Сельдерей, петрушка, укроп в гидропонных установках «Светокультура» дают гарантированные еженедельные урожаи до 10 кг с 1 кв. м площади. Урожаи салатов, редиски — до 12 кг в месяц. Томаты, баклажаны и другие овощи можно снимать до 6 раз в год, причем на каждом квадратном метре каждый раз вырастает около 20 кг плодов.

По подсчетам экономистов, при стоимости проекта около 7,5 млн. рублей уже через 5 лет общая прибыль составит порядка 22 млн. рублей. При этом конфигурация оранжерей может меняться в зависимости от потребностей и возможностей заказчика. А бригада мастеров обеспечивает сдачу объекта «под ключ» в течение 6–8 месяцев после начала строительства.

К сказанному остается добавить, что идеи и разработки, заложенные в проект «Экватор», очевидно, могут быть использованы не только на Земле, но и в космосе, на орбитальных станциях, а также при организации долговременных поселений на Луне и Марсе.

Свет на вершине

По словам московского изобретателя В.Е.Артемова, мобильная осветительная установка «Световая башня», позволяет освещать значительные территории в тех местах, где полностью отсутствует или отключено в результате аварии электрическое освещение.

Устроена она довольно просто. Представьте себе длинный 7-метровый цилиндр из специальной воздухонепроницаемой ткани. В сложенном состоянии оболочка помещается в рюкзаке, но стоит подать внутрь сжатый воздух от компрессора, как она раздувается и поднимает источник света на значительную высоту.

— В качестве светильника используется натриевая лампа мощностью 600 Вт, обеспечивающая световой поток до 90 000 Лм, — пояснил изобретатель. — Таким образом, может быть освещена площадь до 10 000 кв. м.

И компрессор, и светильник приводятся в действие а тономным дизель-генератором, запустить который не составляет труда. В транспортном состоянии вся установка вполне может поместиться в багажник легкового автомобиля, а при прибытии на место развернуть ее — буквально минутное дело. Причем мощность генератора (2,2 кВт) вполне достаточна, чтобы, кроме светильника, обеспечить энергией электроинструменты и дополнительные приборы. Работать эта система может и при 40-градусных морозах, и при 60-градусной жаре.

Установка уже используется на предприятиях РАО ЕС, а также подразделениями МЧС и ГИБДД аварийными командами на железной дороге и в метрополитене, а также поисковыми экипажами, работающими в районах приземления космических аппаратов в темное время суток.

 

У ВОИНА НА ВООРУЖЕНИИ

Сверхторпеда в ковролине

Вот уже сто с лишним лет торпеды являются одним из самых грозных видов вооружения на военно-морском флоте. И всегда одним из законодателей мод в этой области была наша страна. Вот тому лишь один пример…

Уже первое появление этой торпеды на публике вызвало фурор. Устроителям I Международного военно-морского салона, состоявшегося в 2003 году в Санкт-Петербурге, очень хотелось поразить посетителей чем-нибудь «этаким». И они добились разрешения выставить на салоне УГСТ — «универсальную глубоководную самонаводящуюся торпеду».

Однако к вечеру первого дня работы выставки наши спецслужбы спохватились — опытному глазу даже без пояснений многое становится понятно; не случайно же на выставку вдруг валом повалили военно-морские атташе ряда зарубежных стран. И последовал приказ: «Убрать!»

Однако легче сказать, чем сделать — подступы к торпеде оказались перекрыты другими экспонатами — ни крану не подъехать, ни грузовику… И тогда наши спецы не придумали ничего лучшего, как плотно упаковать торпеду в ковролин парадной дорожки и перемотать скотчем. Тут уж на странный экспонат обратили внимание все…

Торпеда и в самом деле по-своему уникальна. Она была создана специалистами санкт-петербургского ФГУП «Научно-исследовательский институт морской теплотехники» совместно с ГНПП «Регион» для поражения надводных кораблей и подводных лодок противника. Может выстреливаться из торпедных аппаратов, как с надводных, так и подводных кораблей.

Кроме того, наши специалисты разработали сразу две модификации торпеды — базовый вариант длиной 7,2 м для российских торпедных аппаратов и экспортный вариант попроще — длиной 6,1 м для аппаратов стандарта НАТО.

Вообще, важнейшей отличительной особенностью УГСТ является ее модульная конструкция. Торпеда, словно робот-трансформер, может собираться из отдельных узлов, что позволяет создавать целое семейство торпед для решения разных боевых задач. Причем потенциал модифицируемости имеет несколько уровней — от перепрограммирования аппаратуры управления до замены двигателя.

Сама же силовая установка торпеды состоит из аксиально-поршневого двигателя с вращающейся камерой сгорания, который работает на жидком однокомпонентном топливе. Движет торпеду под водой уникальный малошумный водомет, напрямую соединенный с двигателем.

Одной из особенностей торпеды, делающей ее уникальным образцом вооружения, является наличие на борту торпеды перепрограммируемого вычислительного ядра. То есть, говоря проще, создать «умную торпеду», которой всегда можно «втолковать» особенности данного конкретного задания, кроме наших специалистов, больше в мире никто не додумался.

Еще одна особенность конструкции УГСТ — выдвижные, словно у крылатой ракеты, двухплоскостные рули, позволяющие ей эффективно маневрировать.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УГСТ

Калибр — 533 мм

Масса — до 2200 кг

Скорость хода — до 50 узлов

Дальность — до 50 км

Глубина хода — до 500 м

Глубина стрельбы — до 400 м

Теперь УГСТ на выставках показывают уже без упаковки…

 

ИНФОРМАЦИЯ

КАКАЯ ПОЛЬЗА ОТ ВУЛКАНОВ? Два действующих вулкана стали поставщиками электроэнергии и горячей воды для жителей островов Итуруп и Кунашир на Южных Курилах. В конце 2006 года на Итурупе, в районе вулкана Баранского, начала работать экспериментальная гидротермальная электростанция. Она соединена 22-километровым кабелем с городом Курильском, куда и поступает получаемое электричество. В ближайшем будущем планируется проложить электрокабели и к ближайшим селам, а также к аэропорту «Буревестник», до которого 60 км.

На острове Кунашир гидротермальную станцию соорудили на вулкане Менделеева. Она полностью обеспечила светом и теплом близлежащие села. Электричество дошло даже до города Южно-Курильска, но пока обеспечивает светом лишь небольшую его часть.

МАЛАЯ ГЭС НА СТОЧНЫХ ВОДАХ начала функционировать в г. Ульяновске. Станция мощностью 1,2 МВт построена при участии дагестанской компании «ДРГК» и позволяет обеспечить энергией 75 % потребителей. Она действительно работает на сбросах вод из городских очистных сооружений. Заодно станция обеспечивает энергией и систему очистки вод, улучшая экологию в бассейне Волги.

Стоимость проекта — 23 млн. руб. Однако станция, согласно расчетам, оправдает затраты уже в течение 4 лет, а затем начнет приносить прибыль. Не случайно с учетом полученного опыта в Ульяновской области вскоре собираются построить еще несколько подобных станций.

БРОНЯ, ЛЕД И ТРУБЫ… Новая технология применения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМП) разработана совместно российскими и украинскими учеными. По словам вице-президента РАН Николая Платэ, эта разработка позволяет создавать изделия с необычными свойствами.

Так, армирование газовых труб ПЭ-80 композиционным материалом на основе нитей из СВМП позволяет на порядок увеличить рабочее давление, а также повысить срок эксплуатации в водной среде с 10 до 50 лет.

Бронежилеты из полиэтилена выглядят и весят, почти как обычная одежда. Однако полиэтиленовый пиджак вполне может защитить своего владельца от холодного оружия и пуль малого калибра.

И, наконец, лед из СВМП не только обладает высокими характеристиками скольжения и универсален в эксплуатации, но и стоит примерно в 8 раз дешевле обычного искусственного льда, не требует применения химических реагентов, которые при испарении отрицательно влияют на организм человека.

АВТОБУСЫ ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ начала выпускать группа автопредприятий «ГАЗ». Уже в 2006 году она поставила в сельские школы страны около 3000 яркожелтых и оранжевых машин. Эти специализированные автобусы оборудованы специальными опознавательными знаками и надписями, а также двухместными сиденьями с раздельными спинками, подлокотниками и ремнями безопасности. Кроме того, для северных регионов будут выпускаться машины с усиленной теплоизоляцией и отоплением.

 

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

«Глаз мухи» заглянет в космос

Американские и японские исследователи приступают к реализации грандиозного исследовательского проекта, цель которого поиск источника космических лучей сверхвысокой энергии. Мощные энергетические выбросы неизвестного происхождения периодически регистрируют наземные и космические обсерватории, и ученые решили разобраться, что к чему…

Для этого в графстве Миллард, в 200 км от столицы штата Юта, Солт-Лейк-Сити, будет построен гигантский гамма-телескоп площадью 760 кв. км! Мультителескоп станет частью существующей ныне системы с мудреным названием «глаз мухи с высоким разрешением». В перспективе оба гигантских гамма-телескопа войдут в состав международной обсерватории имени французского физика Пьера Виктора Оже.

Всего обсерватория будет включать 1600 детекторов, равномерно распределенных по площади свыше 3000 кв. км. Большая площадь необходима для того, чтобы не упустить самые энергетичные, но и самые редкие частицы космических лучей. Так, ливни, вызванные частицами с энергией 1015 эВ, случаются над каждым квадратным километром несколько раз в секунду. А вот частицы с энергией более 1020 эВ, по статистике, попадают на каждый квадратный километр лишь раз в 100 лет.

Однако именно высокоэнергетическая часть спектра космических лучей больше всего интересует астрофизиков. Дело в том, что элементарные частицы очень высокой энергии, распространяясь в межгалактической среде, обязаны, согласно теории, взаимодействовать с микроволновым космическим излучением, которое пронизывает всю Вселенную. Другими словами, для столь энергетичных частиц Вселенная непрозрачна, и, по идее, они должны в ней «застревать», так и не доходя до Земли. Это ограничение известно в астрофизике как граница Грайзена — Зацепина — Кузьмина.

На самом деле такие частицы все же регистрируются. А это значит, что их источник, возможно, находится не так уж далеко от нас, где-то в нашем скоплении галактик. Однако наше скопление галактик более-менее изучено, и непонятно, где может быть скрыт этот источник.

Если он все же находится за пределами нашей Галактики, то, по расчетам, выходит: частицы высоких энергий, чтобы достичь окрестностей нашей планеты, должны двигаться… быстрее света! Таким образом, ограничения, накладываемые на скорость движения частиц теорией относительности Эйнштейна, могут войти в противоречие с наблюдениями.

Отдельные телескопы теперь работают в общей упряжке.

Составные части мультителескопа.

На практике, утверждают специалисты, существование частиц со сверхсветовыми скоростями означает принципиальную возможность появления компактных и почти даровых источников энергии, а также космических кораблей, способных преодолевать расстояния в тысячи световых лет за считаные дни.

В общем, новый мультителескоп, состоящий из 576 датчиков, объединенных в сеть с помощью беспроводных каналов связи, может открыть немало нового. Американцы тем более заинтересованы в его строительстве, что им оно не будет стоить ни цента — все затраты берут на себя японцы, которым негде разместить подобную установку у себя дома: нет свободных земельных участков такой площади.

В. ЧЕРНОВ

 

КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА

Компьютер до Рождества Христова

Первый «компьютер» был создан более 2000 лет тому назад. К такому выводу пришла группа ученых из США, Великобритании и Греции, изучавшая на протяжении нескольких лет 80 фрагментов шестеренок и осей, обнаруженных еще в 1901 году на затонувшем в начале I века до нашей эры у греческих берегов древнеримском судне. Однако более 100 лет ушло у ученых на то, чтобы понять, что представлял собой странный механизм.

Как сообщает газета «Лос-Анджелес тайме», сложное устройство — фактически механический «компьютер», позволявший вычислять фазы Луны, дни солнечных затмений, а также положение Земли по отношению к Солнцу, Луне и пяти планетам, известным в то время астрономам.

В «смонтированном» виде устройство было заключено в деревянную оболочку, которая по размеру не превосходила коробку из-под обуви. В ней находились соединенные друг с другом 37 шестеренок. Две шкалы с рычагами в передней части устройства открывали зодиак и календарь с днями года, которые пользователь мог «вводить» в машину. Металлические указатели демонстрировали положение планет, а две круговые шкалы с тыльной стороны коробки показывали движение Луны и позволяли предсказывать затмения. Изменяя положение рычагов, пользователь мог наблюдать положение планет в определенный день в прошлом или будущем. Удивительная точность предсказаний обеспечивалась, по меньшей мере, на 15–20 лет.

Для осуществления своих функций устройство выполняло операции вычитания, умножения и деления. Так что, обладая таким уровнем знаний, древние инженеры вполне могли создавать механические калькуляторы и для повседневных «бухгалтерских» нужд, полагают эксперты.

 

СОЗДАНО В РОССИИ

Чудодейственная вода

Среди прочих проблем длительных космических экспедиций есть и такая. Как защитить экипаж от всепроницающего космического излучения? Физические методы защиты, основанные на построении пассивных экранов или активных методов противодействия с помощью искусственно наведенных электромагнитных полей, оказываются не очень действенными.

Дело в том, что каждый протон космических лучей, пронизывающих околосолнечное пространство, обладает огромной кинетической энергией — порядка 2 ГэВ. Чтобы остановить лучи на дистанции в несколько метров, необходимо магнитное поле соответствующей мощности, что потребует использования сверхпроводящих систем и заметно усложнит конструкцию.

Кроме того, здесь можно попасть, как говорится, из огня да прямо в полымя. Ведь людям придется жить в магнитном поле с индукцией 20 тесла, и никто не знает, какие это вызовет биологические последствия. Так что, вероятно, инженерам придется нейтрализовать внешнее силовое поле в пределах жилых помещений, используя компенсирующие сверхпроводящие электромагниты, что еще усложнит и удорожит систему.

Создание же защитного экрана, например, из воды, как показывают расчеты, потребует создания вокруг жилой кабины водяного слоя толщиной порядка 5 м, что опять-таки делает конструкцию космолета весьма громоздкой. Ведь при этом общая масса сферического водного резервуара, окружающего капсулу с людьми, составит около 500 т. (Для сравнения: максимальная грузоподъемность нынешнего «шаттла» — около 30 т.) Поэтому в настоящее время специалисты все больше надежд возлагают на биохимические способы защиты организма от радиации. Говоря проще, они хотят стимулировать защитные силы самого организма, чтобы он сам противостоял космическому излучению и иным источникам радиации.

Неожиданный способ для этого предложен сотрудниками Института медико-биологических проблем РАН. По словам одного из разработчиков, Юрия Синяка, здесь проходит экспериментальную проверку метод защиты организма от радиации при помощи сверхчистой воды.

Как известно, природная вода обычно содержит некоторый процент примеси тяжелой и сверхтяжелой воды, состоящей из изотопов водорода и кислорода. Так вот, как оказалось, если освободить воду от этих примесей с помощью специальной обработки, она приобретает поистине чудодейственные свойства.

Методы очистки, а также аппаратура для ее проведения созданы в Дубне, в Научном центре прикладных исследований. Как рассказал мне директор центра Валентин Самойлов, вода, очищенная с помощью специальных фильтров, уже получила высокую оценку медиков из Института хирургии имени Вишневского, где сверхчистую воду используют для лечения раневых инфекций и онкологических новообразований.

Весьма интересные свойства сверхчистая вода показывает при приготовлении на ее основе, например, растворов для инъекций, сказал Самойлов. Скажем, эффективность инсулина, разведенного в сверхчистой воде, возрастает в десять раз!..

О результатах экспериментов по защите человека от радиации с помощью сверхчистой воды мы еще расскажем.

И. ЗВЕРЕВ

Кстати..

ВАКЦИНА ОТ РАДИАЦИИ

Ученые из Северной Осетии недавно создали вакцину, блокирующую воздействие радиации на живые организмы. Вот что об этом в беседе с журналистами сообщил профессор Владикавказского научного центра РАН Вячеслав Малиев. По его словам, исследователям удалось выделить и изолировать из лимфы животных вещество, разрушающее организм под воздействием радиации — радиотоксин. На основе этого и была создана вакцина.

Осетинские ученые совместно с национальным аэрокосмическим агентством США провели серию противорадиационных экспериментов. Ученые экспериментально сравнили вакцину российских радиобиологов с наработками исследователей из США.

«Мы одинаково облучили подопытных животных. Затем половину вакцинировали российским препаратом, а другую половину — американским, — рассказал Малиев. — Доза облучения предполагала максимальный период выживаемости — 7 дней. Животные, вакцинированные американским средством, погибли на четвертый день, остальные выжили. За ними мы потом наблюдали еще 2 месяца, и в их организмах не было обнаружено никаких отклонений».

Если бы ликвидаторы аварии в Чернобыле были вакцинированы этим препаратом, то, возможно, вообще никто бы не погиб после взрыва реактора на Украине, уверен Вячеслав Малиев. Кроме того, новый препарат может быть использован в онкологии, где он снизит негативные последствия облучения организма для лечения раковых заболеваний.

Ученый также считает, что применение вакцины позволит отказаться от противорадиационных отсеков на космических кораблях и станциях.

 

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

 

Зажжем солнце на Земле

Так, пожалуй, можно сформулировать цель, которую поставили перед собой создатели нового экспериментального термоядерного реактора. Он должен перерабатывать обычную воду в энергию, имитируя процессы, проходящие на Солнце. Насколько это реально?

ИТЭР на старте

После долгих предварительных переговоров в конце 2006 года в Париже была достигнута договоренность о начале строительства международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР (ITER — International Termonuclear Experimental Reactor).

Соответствующие документы подписали представители России, Европейского союза, Китая, Индии, Республики Корея, США и Японии. Приступить к совместному сооружению реактора ИТЭР в местечке Кадараш (Франция) — в 40 милях от Марселя — стороны должны в начале 2007 года. На строительство по плану отводится 10 лет, после чего реактор предполагается использовать в течение 20–25 лет как опытно-экспериментальную установку.

Расчетная мощность ИТЭР — 500 МВт. Общая стоимость проекта оценивается примерно в 10 млрд. евро, из которых 40 % вносит Евросоюз, а остальные 60 % — примерно в равных долях другие участники проекта.

Тут стоит, наверное, сказать, что ИТЭР — второй по масштабности финансовых затрат международный научно-технический проект современности. Первый — это Международная космическая станция (МКС).

Компьютерный чертеж ИТЭР а.

Схема термоядерной реакции:

1 . дейтерий; 2 . тритий; 3 . гелий; 4 . нейтрон.

Об этом мы упомянули не случайно. Люди постарше могут вспомнить, каким ажиотажем сопровождалась подготовка к созданию МКС. Один из первых проектов назывался «Альфа», поскольку были надежды, что вслед последует «Бета» и так далее до конца латино-греческого алфавита. Сейчас на МКС вместо запланированных 6 членов экипажа работают лишь двое. И мало кто верит, что станция когда-нибудь будет развернута в запланированном ранее объеме.

Не произойдет ли нечто подобное и с ИТЭР? Задать такой вопрос заставляет хотя бы ретроспективный взгляд в прошлое.

Оглянемся в прошлое

Еще в 1942 году один из «отцов» ядерной бомбы, знаменитый итальянский физик Энрико Ферми, в Чикаго сделал первый шаг к термоядерному реактору. В 50-х годах XX века советские ученые Андрей Сахаров и Игорь Тамм предложили принципиально новую идею, которая воплотилась в легендарные токамаки (см. «Справку»).

В 1956 году, будучи в Англии, руководитель советских ядерных и термоядерных исследований Игорь Курчатов впервые публично объявил о начале исследований в СССР с целью осуществления управляемой термоядерной реакции.

Тогда полагали: пройдет лет десять, и человечество получит в свое распоряжение неиссякаемый источник энергии. Причем, в отличие от атомных электростанций, термоядерные не будут давать вредных радиоактивных отходов.

Вера в успех подкреплялась конкретными делами.

В том же 1956 году Лев Арцимович, Игорь Головин и Натан Явлинский соорудили первый токамак. Теория получила первое подтверждение на практике. Однако те же расчеты показывали: практическое значение экспериментальные установки будут иметь, если удастся разогреть плазму до температуры 100 млн. градусов. Расчет основывался вот на каких соображениях. Термоядерная реакция на Солнце, приводящая к синтезу из водорода и его изотопов — дейтерия и трития — ядер гелия и сопровождающаяся выделением огромного количества энергии, идет при температуре 20–30 млн. градусов и давлении в миллионы атмосфер. Только тогда удается дополнительно к каждому грамму синтезированного гелия получить еще 175 000 кВт/ч энергии.

На Земле стабильно получать столь высокие давления пока не можем. Поэтому физики предложили «компенсировать» недостающую плотность подъемом температуры, а чтобы изолировать плазму от стенок камеры, разработали систему удержания ее в магнитном поле. Ведь ни один, даже самый теплостойкий, материал не выдержит и секундного соприкосновения с таким жаром. Были разработаны хитроумные конструкции магнитных «ловушек», которые позволяли удерживать плазму вдали от стенок с помощью сверхсильных магнитных полей.

В 1962 году плазменный шнур разогрели до 1 млн. градусов. В 1971 году подняли температуру до 10 млн. Счетчики нейтронов регистрировали уже не отдельные импульсы, а целые лавины, что говорило о несомненном начале термоядерного синтеза.

Термоядерной энергетикой стали заниматься во многих странах. На сегодняшний день в мире насчитывается уже 300 токамаков. Правда, работает из них лишь около 30. Причина тому — огромная сложность и сумасшедшая дороговизна экспериментов. На исследования потрачено уже около 30 млрд. долларов, причем половина приходится на долю США. Но воз, как говорится, и ныне там: едва начавшись, термоядерная реакция затухает.

Предложения и сомнения

Между тем, расходы на термоядерную программу стали расти такими темпами, что ни одна страна не в состоянии нести их в одиночку. Потому и возникла идея совместного строительства экспериментального термоядерного реактора. Она была предложена президентом СССР Михаилом Горбачевым и одобрена президентом Франции Франсуа Миттераном и президентом США Рональдом Рейганом на Женевском саммите в 1985 году.

Разработка технического проекта ИТЭР была завершена в 2001 году. Еще три с лишним года ушли на подбор оптимального варианта размещения площадки для строительства. В итоге, 28 июня 2005 года в Москве была подписана совместная декларация, согласно которой было решено соорудить реактор в ядерном центре Кадараш во Франции.

Сейчас многие элементы будущего реактора уже изготовлены. В Японии сделали гигантскую вакуумную камеру и роботов, способных работать внутри реактора. В России создано уникальное устройство для втягивания сверхпроводящего кабеля, в котором при длине в 1 км нет ни одного стыка. Мы также построили компьютерную модель ИТЭРа.

Далее наше участие в проекте будет заключаться в изготовлении и поставке в Кадараш технологического оборудования по согласованному списку (основную его часть составят сверхпроводники) и в соответствующем денежном взносе (около 10 % от общей суммы).

Впрочем, предполагается, что участие России в сооружении, а затем и в исследованиях на реакторе позволит нашим специалистам получить уникальный опыт сооружения и эксплуатации термоядерных реакторов, создать собственные технологии термоядерного синтеза, а также обеспечит подготовку ученых и инженеров для будущих термоядерных электростанций в России.

Так выглядит магнитная камера токамака:

1 . индуктор; 2 . тороидальные катушки; 3 . полоидальные витки; 4 . плазменный шнур.

А может, еще подумать?…

Тем не менее, многие эксперты указывают на недостатки проекта. Скажем, превращение энергии термояда в электричество будет происходить посредством нагрева воды, превращения ее в пар, который будет затем вращать обычную паровую турбину, а та, в свою очередь, электрогенератор. А ведь чем сложнее система, тем меньше кпд.

И это еще не все. Критики утверждают, что для получения от проекта практической отдачи понадобится не 10 лет и даже не 30, а, по меньшей мере, полвека. Причем нет никакой гарантии, что именно этот проект приведет к реальному результату. Ведь и в СССР, и в США, напомним еще раз, многие десятилетия — с 50-х годов прошлого столетия — пытались запустить термоядерную реакцию…

Так что, полагают эксперты, пожалуй, полезнее было бы потратить выделяемые деньги на использование энергии ветра, прилива, того же Солнца.

С. НИКОЛАЕВ , В. ЧЕРНОВ

Наша справка

ТОКАМАК И ДРУГИЕ

Токамак — это сокращение слов «тороидальная магнитная камера». И в самом деле, главная часть установки — тороидальная (в форме бублика) магнитная камера, внутри которой и удерживают раскаленную плазму при температуре в несколько сотен миллионов градусов сильными магнитными полями. Правда, впоследствии выяснилось, что удержать плазму таким образом даже 1 секунду — это большой успех. Поэтому американец Лайман Спитцер предложил свернуть бублик в восьмерку. Такая ловушка получила название стелларатор, на ее основе развернулись американские программы термояда. Впрочем, последнее время и в США все более популярными становятся токамаки.

А недавно в Японии на токамаке JET-upgrade удалось удержать плазму в течение нескольких секунд при температуре в 400 млн. градусов. Однако положительного баланса, когда реактор дает больше энергии, чем к нему подводят, добиться пока не удалось.

В Кадараше исходное сырье — водород — будет при помощи микроволн и электричества разогреваться до температуры 150 млн. градусов. При этом оно превращается в плазму, в которой происходят реакции синтеза — водород превращается в гелий — и выделяется энергия. Как показывают расчеты, таким образом можно получить в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании угля, нефти или иного органического топлива, и в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана.

 

Знакомьтесь: клэйтроника

Мы не раз рассказывали, как наши нанотехнологи создают устройства, которые бы собирали любую вещь или конструкцию из атомов и молекул. Сегодня рассказ о том, как проблему пытаются решить специалисты всемирно известной компании Intel, продемонстрировавшие недавно в Сан-Франциско свои последние разработки. Одна из самых интересных — первые механизмы-организмы на базе так называемой клэйтроники.

Сама идея не нова. Вспомним, например, как братья Стругацкие в повести «Попытка к бегству» описывают Яйцо, из которого за несколько часов «вылупился» глайдер-антиграв «Кузнечик» — «надежная шестиместная машина, очень популярная у десантников и следопытов». «Он стоял на краю громадной ямы-проталины, откуда поднимался густой пар, и гладкие борта его были еще теплыми, а в кабине было даже жарко».

Недавно даже такой серьезный научный журнал, как Nature, опубликовал статью, где красочно расписывается распространение нанороботов к 2100 году. Даже дома перестанут строить. Подъедет грузовик, из его кузова выгрузят «механозародыш». А дальше как бы сам собой вырастет коттедж, электростанция или даже целый завод. Все зависит от программы, заложенной в этот самый «зародыш».

Более того, в США уже зарегистрированы десятки фирм и исследовательских групп, которые пытаются найти ключ к давней мечте человечества, хорошо знакомой всем нам по сказке о Емеле и щучьем велении.

Об успехах многих из них пока не слышно. Но Intel публично продемонстрировала прототипы элементарных «кирпичиков» программируемой материи. Назвали это направление почему-то клэйтроникой (clay по-английски — глина).

Идея, лежащая в основе концепции, заключается в следующем. Специалисты Intel пытаются создать специальные искусственные «клатомы» — крошечные наноавтоматы. Они должны каким-то образом произвольно прицепляться и отсоединяться, перемещать себя друг относительно друга и — что немаловажно — обмениваться информацией о том, что им предстоит сделать.

Специалисты из Университета Карнеги-Меллона, с которыми сотрудничает Intel, показали с десяток разных опытных моделей клатомов, выполненных пока еще в достаточно большом масштабе. На них идет отработка первых этапов этой технологии. Пока что модельки, оснащенные электромагнитами, которые служат и для соединения, и для перемещения клатомов, ползают по столу и неким образом взаимодействуют между собой в очень примитивных вариантах — не больше 2–3 клатомов в одной «бригаде».

Прототипы будущих моделей наномеханизмов. Как видите, все они еще довольно внушительных размеров.

Правда, сами создатели этих микромашин полны оптимизма и показали ролик, иллюстрирующий поведение большой системы, на которой отрабатывается технология управления миллионами клатомов.

Сложность ведь не только в том, чтобы создать отдельные элементы и миниатюризировать их, нужно еще заставить их по сигналу извне совершать осмысленные действия в условиях, когда даже координаты отдельных клатомов толком неизвестны.

Специалисты надеются решить эту проблему, разработав принципиально новые управляющие системы, которые будут работать по псевдослучайному принципу, когда в массиве атомов случайным образом перемещаются незаполненные «дырки», коррекция движений которых осуществляется по вероятностному принципу. Показано было и то, как создатели клатомов намерены их производить в массовом количестве. Сначала с помощью более или менее стандартного литографического процесса «вытравливается» плоский рисунок — своеобразная «развертка» робота, а затем из нее «склеивается» особыми способами его объемный прототип.

Все это довольно любопытно, но многие специалисты справедливо указывают, что от первых экспериментов до создания настоящего, реально работающего Яйца еще далеко. Не случайно журнал Nature отводит на внедрение этой технологии без малого сто лет. Возможно, специалистам снова — в который уже раз?! — способна помочь природа.

Есть идеи получать клатомы аналогично тому, как природа строит вирусы и микробы. При помощи последних достижений генной инженерии можно создать некие псевдоорганизмы, которые будут не только выполнять определенные действия, но и окажутся способны к размножению. Но и здесь пока еще исследователи в самом начале пути.

Публикацию подготовил А. ПЕТРОВ

* * *

 

ПРИМЕТЫ БУДУЩЕГО

Вирусы-монтажники?

В Массачусетском технологическом институте проведена серия экспериментов с вирусами, которые, возможно, приведут к глобальному перевороту в… микроэлектронике, сообщает журнал Scientific American.

Началось все с того, что специалист по материаловедению Анджела Белчер и ее коллеги попытались понять, как моллюск «морское ушко» строит свою поразительно прочную раковину. Ученые провели серию экспериментов и выяснили: «морское ушко» вырабатывает особые белки, которые заставляют молекулы карбоната кальция выстраиваться в две совершенно различные, но легко сочетаемые кристаллические структуры: одну прочную, а другую быстрорастущую.

По результатам своих исследований Белчер защитила диссертацию в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и вскоре стала профессором Массачусетского технологического института (МТИ). Вот тогда она и решила заняться поиском или даже созданием биологических организмов, которые, подобно «морскому ушку», были бы способны строить из молекул, словно из кирпичиков, сложные структуры.

Анджела Белчер в лаборатории.

«В современной нанотехнологии такая стратегия называется самосборкой, — поясняет профессор Белчер. — Однако неповоротливое и медленно растущее «морское ушко» нас уже не устраивало. Нужен был маленький, гибкий и подвижный организм».

Испробовав немало вариантов, Белчер в конце концов остановила свой выбор на бактериофаге М13 — безвредном для человека вирусе, паразитирующем на бактериях. Его нитевидное тело состоит из единственной цепочки ДНК, окруженной 2700 молекулами одного белка по бокам и несколькими молекулами других белков на концах. Немалое значение для выбора играл и тот факт, что фаг можно конструировать из различных видов белков методами современной генной инженерии, получая миллиарды сочетаний. «Это был редкий случай, когда физики позаимствовали достижения биологов, — вспоминает А. Белчер. — Мне удалось всего за 300 долларов купить всю базу данных о разновидностях М13».

Биологи давно используют химическую избирательность фага М13 и его способность связываться с определенными органическими соединениями для идентификации проб неизвестных веществ. Белчер же показала, что вирус способен соединяться и с неорганическими молекулами, такими как металлы и полупроводники.

Чтобы заставить фаг связываться с нужными молекулами, исследователи обычно используют процесс так называемой направленной эволюции. Образец материала помещают в пробирку с миллиардами различных вирусов, потом промывают его и помещают в агрессивную среду (например, с повышенной кислотностью), чтобы удалить плохо прилипшие фаги. Оставшиеся на образце экземпляры М13 размножают, инфицируя ими бактерию-хозяина. В результате размножения появляются триллионы перспективных разновидностей фагов, которые используют на следующем этапе эволюции. Затем химический состав раствора изменяют, чтобы еще затруднить связывание фага с нужным веществом.

Ослабевшие вирусы снова смывают, а оставшиеся — размножаются. Затем процесс повторяется еще и еще раз во все более жестких условиях. Так после двух-трех недель дарвиновской эволюции из многих вариантов фага остается лишь самый цепкий — тот, который лучше всех сцепляется с данным материалом.

Вирусы М13 образуют золотые связи между органическими кристаллами.

Если в раствор, содержащий, например, ионы золота, поместить фаг с высокой избирательностью к этому металлу, то он вскоре покроет себя пленкой драгоценного металла и превратится в проволочку длиной 1 мкм, пригодную для соединения элементов микросхемы. Более того, такой вирус, соединяясь с себе подобными, образует сеть золотых микропроводников.

Впрочем, вирусы М13 способны самоорганизовываться в сложные структуры, покрывая себя не только золотом, но и иными веществами. Так, например, недавно А.Белчер смогла заставить фаги сформировать металлическую пленку площадью 10 кв. см и толщиной менее 1 мкм.

Сейчас А.Белчер и ее коллеги из МТИ Ет Мин Чианг, Паула Хэммонд и Ки Тэ Нам изготавливают из таких пленок электроды для сверхлегких литий-ионных аккумуляторов.

Схема получения литий-ионных аккумуляторов по новой технологии.

Катод можно сделать из листа специально выведенных фагов, покрывающих себя золотом для увеличения электропроводности и оксидом кобальта для обеспечения ионного обмена с электролитом батареи. Двухслойный электрод формируется самостоятельно на предварительно подготовленном полимерном электролите.

Теперь группа Белчер работает над получением фагов для выращивания анода. Кроме того, разработчики пытаются создать пленки с чередующимися на их поверхности положительными и отрицательными электродами, чтобы можно было соединять их последовательно и получать более высокое напряжение. Малая величина расстояний между электродами обеспечивает быстроту перезарядки аккумулятора, а также оптимальное использование компонентов. Таким батареям можно будет придавать любую форму, что позволит экономить место в самых разных устройствах. Особенно заинтересовалось этим обстоятельством министерство обороны США. Ведь современные самолеты и прочая военная техника содержат множество батарей электропитания. И снижение их веса, габаритов чрезвычайно важно для военных.

Фаги могут образовывать весьма необычные структуры.

 

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

КАК ЗВЕЗДА УТРОИЛАСЬ… Самая большая звезда галактики Млечный Путь, где находится наша планетарная система, на самом деле представляет собой три разных небесных объекта. К такому неожиданному выводу пришла международная группа астрономов во главе с испанцем Хесусом Маисом из Астрофизического института Андалусии.

Речь идет о звезде Писмис 24-1, расположенной в 8 тыс. световых лет от Земли, в созвездии Стрельца. Ранее предполагалось, что объект своей массой в несколько сот раз превышает массу Солнца и является самой большой звездой Млечного Пути. Однако благодаря результатам комплексного наблюдения с поверхности нашей планеты и космического телескопа «Хаббл» астрономы получили данные, опровергающие предыдущие догадки. Теперь полагают, что Писмис 24-1 состоит из одинарной и двойной звезд. Каждая из них в 70 раз больше Солнца, что и позволило этим объектам все же остаться в числе 25 самых крупных звезд Млечного Пути.

ОСЫ ПРОТИВ… ТЕРРОРИСТОВ. Именно насекомых в качестве своих помощников намерены использовать в ближайшем будущем немецкие специалисты. При этом они не намерены дрессировать их, приучая жалить террористов и прочих преступников в самые уязвимые места. Нет, эксперты думают использовать особенности крошечных насекомых, известных науке под именем «микроплитис кросейпес». Оказывается, эти близкие родственники обыкновенных ос обладают необычайно тонким нюхом и способны, если их натренировать, учуять запах взрывчатки за сотни, а то и тысячи метров.

МОТОЦИКЛ ИЗ ДЕРЕВА. Его создал байкер Иван Трофимов из Екатеринбурга. Подобно своему земляку Ивану Артамонову, который, как говорят, некогда построил в этих местах первый в мире велосипед, байкер изготовил свой мотоцикл из березовых дощечек, поставив всю конструкцию на колеса от обыкновенной деревенской телеги. Необычный агрегат, по словам очевидцев, привлекал внимание не только своим экзотичным внешним видом, но и страшным шумом во время движения.

ТЕРАСКАНЕРЫ ВИДЯТ ВЗРЫВЧАТКУ ИЗДАЛЕКА. Высокочувствительные сканеры, способные обнаруживать взрывчатку на расстоянии, размещены в комплексе зданий лондонского района Кэнери-Уорф. Данная система позволит выявлять взрывчатые вещества и их компоненты, включая жидкие, даже в том случае, если они будут упакованы.

Кэнери-Уорф выбран пионером для практического использования новой системы в связи с тем, что этот район, где размещены офисы ведущих мировых банков, является, по данным британских спецслужб, целью номер один для террористической организации «Аль-Каида».

Система обнаружения основана на использовании терагерцовых волн, или Т-волн, которые обеспечивают более детальное изображение, чем рентгеновские сканеры.

 

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!

А мальчик-то железный!

Еще одно занятие для робота нашли инженеры швейцарской фирмы R-Team. По заказу Федерации скачек на верблюдах (есть, оказывается, и такая) они разработали робота-наездника.

Дело в том, что обычно на верблюдов сажали малолетних наездников. Причем детей для этого специально выкупали, а то и выкрадывали из небогатых семей. В конце концов, слухи об этом криминальном бизнесе дошли до полиции, и в Объединенных Эмиратах недавно был принят закон, запрещающий использовать малолетних всадников. Между тем, скачки в странах Персидского залива сверхпопулярны, приносят баснословные прибыли, и отказаться от них непросто. Если же посадить на верблюда взрослого наездника, то перегруженный верблюд уже не может развить надлежащей скорости. Как показали соответствующие исследования, максимальный вес наездника — 45 кг.

И тогда швейцарцы создали робота-наездника K-MEL (от английского слова camel — верблюд). Его вместе с седлом прикрепляют ремнями на спину верблюда, дают ему в руки поводья и кнут, и — можно стартовать. Самим же наездником управляют с помощью переносного пульта. Он, послушно выполняя все команды, передаваемые по радио, направляет верблюда по трассе и даже подстегивает его, когда нужно. В результате верблюд развивает скорость до 60 км/ч. Правда, пока в рекордсмены ни один верблюд под управлением робота еще не вышел.

 

РАЗБЕРЕМСЯ, НЕ ТОРОПЯСЬ…

Снаряжение для невидимок

Говорят, американцы ухитрились создать какое-то устройство, способное сделать невидимым любого человека или предмет. Что вы знаете об этом? Есть ли подобные изобретения у нас?..

Алексей Петренко ,

г. Краснодар

Мы уже рассказывали о попытках создать уникальные покрытия, которые бы делали людей и предметы невидимыми. Есть и новые сообщения на эту тему.

Американские ученые из Инженерной школы Пратта при Университете Дюка продемонстрировал