Станислав Николаевич Зигуненко

100 великих достижений в мире техники

К читателю

Чудеса бывают разные. Одни – сказочные. Это когда «по щучьему велению, по моему хотению». Другие – реальные. Например, когда в 1961 году в космос полетел Ю.А. Гагарин, многими его полет был воспринят как своего рода техническое чудо. Не случайно и С.П. Королев – главный конструктор, под руководством которого был осуществлен данный проект, – назвал эту и подобные разработки «фантастикой в чертежах».

Такие реальные чудеса нередко случаются и в наши дни. И порой мы даже им не удивляемся. А зря. Каждое такое «чудо» есть концентрат остроумной идеи, точного расчета, великолепной технологии и упорного труда. Такими чудесами стоит гордиться, по ним стоит учиться.

Десять лет тому назад в издательстве «Вече» уже выходила книжка о технических чудесах. Однако она давно стала библиографической редкостью. Кроме того, время идет, техника развивается, и то, что казалось чудом еще вчера, сегодня становится обыденной реальностью. Ну а если так, то на смену одним чудесам должны прийти другие.

В первой книге в основном рассказывалось об осуществленных «чудесах», о том, что уже сделано. В этом же сборнике речь пойдет в основном о тех устройствах, агрегатах, машинах, сооружениях, технологиях и т. д., которые только-только переступили пороги лабораторий, а то и вообще еще находятся на стадии проектирования. Но время бежит быстро. И то, что сегодня является мечтой, завтра может стать явью.

Чудеса высоких технологий

Большинство современных технических чудес обязаны своим рождением развитой индустрии, высокотехнологичному промышленному производству. Причем не надо думать, что производство – это непременно нечто большое, дымное и грохочущее. Нынешние технологи предпочитают добиваться результата порою даже невидимыми, но весьма действенными средствами.

По следам большого взрыва

Удивительно, но самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц – Большой адронный коллайдер (БАК), испытания которого идут в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), еще до своего пуска стал предметом судебного иска. Кто и почему судился с учеными?

Не судите коллайдер… Жители штата Гавайи Уолтер Вагнер и Луис Санчо обратились в федеральный окружной суд Гонолулу с иском против ЦЕРНа, а также американских участников проекта – Министерства энергетики, Национального научного фонда и Национальной лаборатории ускорителей имени Э. Ферми вот по какой причине. Американские обыватели опасались, что столкновения имеющих огромную энергию субатомных частиц, которые будут проводиться в ускорителе, чтобы имитировать события, происходившие во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва, могут создать объекты, угрожающие существованию Земли.

Опасность, по мнению истцов, представляют в первую очередь так называемые черные дыры – физические объекты, которые могут поглотить часть объектов на нашей планете – например, какой-нибудь крупный город.

Большой адронный коллайдер в Церне. В рамке – моделирование процесса рождения бозона Хиггса в детекторе CMS

Несмотря на то что иск поступил в суд в начале апреля 2008 года, специалисты вовсе не отнеслись к нему как к первоапрельской шутке. А устроили 6 апреля в Центре ядерных исследований день открытых дверей, пригласив на экскурсию по ускорителю представителей общественности, журналистов, студентов и школьников, чтобы те не только смогли своими глазами увидеть уникальный научный инструмент, но и получить исчерпывающие ответы на все интересующие их вопросы. Прежде всего, конечно, организаторы проекта постарались убедить посетителей в том, что БАК никак не может стать виновником «конца света».

Да, находящийся в кольцевом туннеле с длиной окружности в 27 км коллайдер (от англ. collide – «сталкиваться») способен разгонять протонные пучки и сталкивать их с энергией до 14 тераэлектронвольт 40 млн раз в секунду. Физики полагают, что при этом можно будет воссоздать условия, которые возникли спустя одну триллионную долю секунды после Большого Взрыва, и таким образом получить ценную информацию о самом начале существования Вселенной. Но вот относительно того, что при этом возникнет черная дыра или вообще неизвестно что, представитель ЦЕРНа Джеймс Джилльс высказал большие сомнения. И не только потому, что оценка безопасности коллайдера постоянно проводится теоретиками, но и исходя просто из практики.

«Важным аргументом в пользу того, что эксперименты ЦЕРНа безопасны, является уже само существование Земли, – сказал он. – Наша планета постоянно подвергается воздействию потоков космического излучения, энергия которых не уступает, а зачастую и превосходит церновские, – и до сих пор не уничтожена ни черной дырой, ни иными причинами. Между тем, как мы подсчитали, за время существования Вселенной природой выполнено по меньшей мере 1031 программ, подобных той, что мы только собираемся осуществить»…

Не видит он особой опасности и в возможности возникновения неконтролируемой реакции аннигиляции с участием античастиц, которые возникнут в результате экспериментов. «Антивещество в ЦЕРНе действительно производят, – подтвердил ученый в интервью журналу New Scientist. – Однако тех его крох, что можно искусственно создать на Земле, не хватило бы даже на самую маленькую бомбу. Хранить же и накапливать антивещество исключительно трудно (а некоторые его виды – вообще невозможно)»…

Поиски бозона. Кстати, тот же журнал писал, что российские специалисты – профессор Ирина Арефьева и доктор физико-математических наук Игорь Волович из Математического института имени Стеклова в Москве – полагают, что масштабный эксперимент в ЦЕРНе может привести и к появлению первой… машины времени в мире.

Я попросил прокомментировать это сообщение профессора Ирину Ярославовну Арефьеву. И вот что она рассказала:

«Мы все еще довольно мало знаем об устройстве окружающего нас мира. Помните, древние греки полагали, что все объекты состоят из атомов, что в переводе с греческого означает “неделимый”.

Однако со временем выяснилось, что и сами атомы имеют довольно сложное устройство, состоят из электронов, протонов и нейтронов. В первой половине XX века вдруг оказалось, что те же электроны с протонами и нейтронами в свою очередь могут делиться на ряд частиц. Поначалу их опрометчиво назвали элементарными. Однако к настоящему времени выясняется, что и многие из этих так называемых элементарных частиц могут в свою очередь делиться…

В общем, когда теоретики попытались свести все полученные знания в рамках так называемой Стандартной модели, то оказалось, что центральным ее звеном, по некоторым данным, являются хиггс-бозоны».

Загадочная частица получила свое название по имени профессора Питера Хиггса из Эдинбургского университета. В отличие от профессора Хиггинса из известного мьюзикла, он занимался не обучением правильному произношению симпатичных девушек, а познанием законов микромира. И еще в 60-х годах прошлого столетия сделал такое предположение: «Вселенная вовсе не пуста, как нам кажется. Все ее пространство заполнено некоей тягучей субстанцией, через которую осуществляется, например, гравитационное взаимодействие между небесными телами, начиная от частиц, атомов и молекул и кончая планетами, звездами и галактиками».

Говоря совсем уж попросту, П. Хиггс предложил вернуться к идее «всемирного эфира», которая однажды была уж отвергнута. Но поскольку физики, как и прочие люди, не любят сознаваться в своих ошибках, то новую-старую субстанцию теперь называют «полем Хиггса». И ныне считается, что именно оно, это силовое поле, придает ядерным частицам массу. А их взаимное притяжение обеспечивается носителем гравитации, который вначале было назвали гравитоном, а теперь – хиггс-бозоном.

В 2000 году физикам показалось, что они, наконец, «поймали» бозон Хиггса. Однако серия экспериментов, предпринятых для проверки первого эксперимента, показала, что бозон снова ускользнул. Тем не менее многие ученые уверены, что частица все-таки существует. И чтобы поймать ее, надо просто построить более надежные ловушки, создать еще более мощные ускорители. Один из самых грандиозных приборов человечества всеобщими усилиями был построен в ЦЕРНе близ Женевы.

Впрочем, ловят бозон Хиггса не только для того, чтобы убедиться в справедливости предвидения ученых, найти еще одного кандидата на роль «первокирпичика Вселенной».

«Есть, в частности, и экзотические предположения по поводу устройства Вселенной, – продолжала свой рассказ профессор И.Я. Арефьева. – Традиционная теория говорит о том, что мы живем в четырехмерном мире – три пространственные координаты плюс время. Но есть гипотезы предполагающие, что на самом деле измерений больше – шесть или десять, а то и больше. В этих измерениях сила гравитации может быть существенно выше, чем привычное нам g. А гравитация, согласно уравнениям Эйнштейна, может влиять на течение времени. Отсюда и возникла гипотеза о “машине времени”. Но она даже если и существует, то в течение очень короткого времени и в очень малом объеме»…

Столь же экзотична, по мнению Ирины Ярославовны, и гипотеза об образовании при столкновении встречных пучков миниатюрных черных дыр. Даже если они и образуются, то время жизни их будет столь ничтожно, что их будет чрезвычайно трудно просто обнаружить. Разве что по косвенным признакам, например рентгеновскому излучению Хокинга, да и то уже после того, как сама дыра исчезнет.

Словом, реакции, по некоторым расчетам, будут происходить в объеме всего лишь 10–20 куб. см и настолько быстро, что экспериментаторам придется немало поломать голову, чтобы поставить нужные датчики в соответствующих местах, получить данные и затем соответствующим образом их интерпретировать.

Продолжение следует… С той поры, когда профессором Арефьевой были сказаны вышеприведенные слова, до момента написания данных строк прошло почти пять лет. За это время состоялся не только первый пробный пуск БАКа и еще несколько последующих. Как вы теперь сами знаете, все остались живы, и ничего страшного не произошло. Работы продолжаются…

Ученые только жалуются, что им очень трудно следить за исправностью всего оборудования этой уникальной научной установки. Тем не менее они уже мечтают о строительстве гигантского ускорителя частиц следующего поколения – Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC). Во всяком случае, вот что пишут по этому поводу Барри Бэриш, заслуженный профессор Калифорнийского технологического института, который руководит работами по проектированию Международного линейного коллайдера, его коллеги – Николас Уокер Уокер, специалист в области физики ускорителей из Гамбурга, и Хитоши Ямамото, профессор физики в университете Тохоку в Японии.

«Конструкторы ILC уже определили основные параметры будущего коллайдера, – сообщают ученые. – Его длина – около 31 км; основную часть займут два сверхпроводящих линейных ускорителя, которые обеспечат электрон-позитронные столкновения с энергией 500 ГэВ.

Пять раз в секунду ILC будет генерировать, ускорять и сталкивать почти 3000 электронных и позитронных сгустков в импульсе длительностью 1 мс, что соответствует мощности 10 МВт для каждого пучка. КПД установки составит около 20 %, следовательно, полная мощность, которая понадобится ILC для ускорения частиц, составит почти 100 МВт».

Для создания пучка электронов мишень из арсенида галлия будет облучаться лазером; при этом в каждом импульсе из нее будут выбиваться миллиарды электронов. Эти электроны сразу будут ускорены до 5 ГэВ в коротком линейном сверхпроводящем ускорителе, а затем инжектированы в 6,7-километровое накопительное кольцо, расположенное в центре комплекса. Двигаясь в кольце, электроны будут генерировать синхротронное излучение, и сгустки сожмутся, что увеличит плотность заряда и интенсивность пучка.

На середине пути при энергии 150 Мэв электронные сгустки будут слегка отклонены и направлены в специальный магнит, так называемый ондулятор, где некоторая часть их энергии преобразуется в гамма-излучение. Гамма-фотоны попадут на мишень из титанового сплава, вращающуюся со скоростью около 1000 оборотов в минуту. При этом образуется множество электрон-позитронных пар. Позитроны будут захвачены, ускорены до 5 ГэВ, после чего попадут в другое сжимающее кольцо и, наконец, во второй главный линейный сверхпроводящий ускоритель на противоположном конце ЛС.

Когда энергия электронов и позитронов достигнет конечной величины в 250 ГэВ, они устремятся к точке столкновения. После столкновения продукты реакции будут направляться в ловушки, где и зафиксируются.

Несмотря на то что команда ILC уже выбрала общую конструкцию коллайдера, предстоит большая работа по ее детализации. Кроме того, есть еще и ряд нерешенных теоретических проблем. Так что когда БАК начнет выдавать данные по протон-протонным столкновениям, полученные результаты будут использованы и для оптимизации конструкции ILC.

Предполагается, что создание коллайдера нового поколения будет вестись сообща учеными всего мира. Но пока даже неизвестно, где будет расположен ILC – в Европе, США или в Японии.

Интересно, при осуществлении этого проекта кто-нибудь тоже обратится в суд?.. Но вспомните: даже средневековой инквизиции с ее кострами и пытками не удалось остановить течение научной мысли. А мы с вами все-таки живем в куда более просвещенное время…

Космические телескопы

Вести наблюдения за планетами, звездами, туманностями, галактиками прямо из космоса – о такой возможности астрономы мечтали давным-давно. Дело в том, что атмосфера Земли, защищающая человечество от многих космических неприятностей, одновременно и мешает вести наблюдения за отдаленными небесными объектами. Облачный покров, нестабильность самой атмосферы вносят искажения в получаемые изображения, а то и вообще делают астрономические наблюдения невозможными. Поэтому, как только на орбиту стали посылать специализированные спутники, астрономы стали настаивать на выводе в космос астрономических инструментов.

Первенец «Хаббл». Решающий прорыв в этом направлении произошел в апреле 1990 года, когда один из «шаттлов» вывел в космос телескоп «Хаббл» весом 11 т. Уникальный прибор длиной 13,1 м и диаметром главного зеркала 2,4 м, который обошелся налогоплательщикам США в 1,2 млрд долларов, был назван в честь знаменитого американского астронома Эдвина Хаббла, который первым заметил, что галактики разбегаются от некоего центра во все стороны.

Космический телескоп «Хаббл» и сделанный им снимок столпов творения – рождения новых звёзд в туманности Орел

Работа «Хаббла» началась с неприятностей. Через два месяца после того, как он был выведен на орбиту высотой 613 км, стало очевидно, что основное зеркало сделано с браком. Его кривизна у краев отличалась от расчетной на несколько микрон – пятидесятую часть толщины человеческого волоса. Тем не менее и этой малости оказалось достаточно, чтобы «Хаббл» оказался близорук, а получаемое им изображение расплывчато.

Поначалу недостатки изображения пытались исправить на Земле с помощью компьютерных корректирующих программ, но это помогало слабо. Тогда было решено провести уникальную операцию по исправлению «близорукости» прямо в космосе, прописав «Хабблу» специальные «очки» – корректирующую оптическую систему.

И вот ранним утром 2 декабря 1993 года семеро астронавтов отправились на «шаттле» «Индевор» проводить уникальную операцию. На Землю они вернулись через 11 суток, сделав во время пяти выходов в открытый космос, казалось бы, невозможное – телескоп «прозрел». Это стало очевидным после получения от него очередной порции снимков. Их качество существенно возросло.

За годы своего полета космическая обсерватория совершила несколько десятков тысяч оборотов вокруг Земли, «накрутив» при этом миллиарды километров.

Телескоп «Хаббл» позволил наблюдать уже более 10 тысяч небесных объектов. Два с половиной триллиона байтов информации, собранной телескопом, хранится на 375 оптических дисках. И она все еще продолжает накапливаться. Телескоп позволил открыть существование черных дыр в космосе, выявил наличие атмосферы у спутника Юпитера – Европы, открыл новые спутники Сатурна, позволил заглянуть в самые удаленные уголки космоса…

Во время второго «техосмотра» в феврале 1997 года на телескопе заменили спектрограф высокого разрешения, спектрограф слабых объектов, устройство наводки на звезды, магнитофон для записи информации и электронику солнечных батарей.

По плану «Хаббл» должен был «выйти на пенсию» в 2005 году. Однако он исправно работает и по сию пору. Тем не менее ему уже готовится почетная отставка. На смену ветерану в 2015 году должен заступить на космическую вахту новый уникальный космический телескоп, названный в честь Джеймса Уэбба – одного из директоров NASA. Это при нем астронавты впервые высадились на Луну.

Что день грядущий нам готовит? Поскольку новый телескоп будет иметь составное зеркало диаметром 6,6 м и общей площадью 25 кв. м, полагают, что «Уэбб» будет в 6 раз мощнее своего предшественника. Астрономы смогут наблюдать объекты, которые светятся в 10 млрд раз слабее, чем самые тусклые звезды, видимые невооруженным глазом. Они смогут увидеть звезды и галактики, которые были свидетелями младенчества Вселенной, а также определить химический состав атмосфер планет, вращающихся вокруг далеких звезд.

В создании новой орбитальной инфракрасной обсерватории принимают участие более 2000 специалистов из 14 стран. Работы над проектом начались еще в 1989 году, когда NASA предложило мировому научному сообществу проект «Космический телескоп следующего поколения» (Next Generation Space Telescope). Диаметр главного зеркала планировался не меньше 8 м, но в 2001 году амбиции пришлось умерить и остановиться на 6,6 м – зеркало больших размеров не влезает в ракету «Ариан-5», а «шаттлы», как известно, летать уже перестали.

«Джеймс Уэбб» полетит в космос под прикрытием «звездного зонта». Его щит в форме гигантского цветка укроет телескоп от звездного излучения, мешающего разглядеть отдаленные галактики. Огромный зонт площадью 150 кв. м будет состоять из пяти слоев полиамидной пленки, каждый из которых не толще человеческого волоса. Шесть лет эту пленку испытывали на прочность, проверяя, сможет ли она устоять против бомбардировки микрометеоритами. Три внутренних слоя покроют ультратонким слоем алюминия, а два внешних обработают кремниевым сплавом. Солнцезащитный экран будет функционировать по принципу зеркала, отражая излучение Солнца и прочих светил обратно в космос.

Как известно, в космосе настолько холодно, что за полгода телескоп охладится до температуры ниже –225 °C. Но и она слишком высока для MIRI – прибора для наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне (Mid-Infrared Instrument), состоящего из камеры, коронографа и спектрометра. MIRI придется охлаждать дополнительно с помощью холодильного оборудования на основе гелия до температуры –266 °C – всего на 7 °C выше абсолютного нуля.

Кроме того, астрономы постарались найти такую точку в пространстве, где телескоп может находиться годами, развернувшись «спиной» одновременно к Земле, Луне и Солнцу, закрывшись от их излучения экраном. За год, который уйдет на один оборот вокруг Солнца, телескоп сможет обозреть все небесное пространство.

Недостатком этой точки либрации Лагранжа L2 является ее удаленность от нашей планеты. Так что если вдруг у телескопа обнаружится какая-то неисправность, как это было «Хабблом», исправить ее в ближайшие годы вряд ли удастся – лететь ремонтной бригаде ныне просто не на чем; корабли нового поколения появятся лет через пять, не раньше.

Это заставляет ученых, конструкторов и испытателей, доводящих ныне «Уэбб» до кондиции, быть предельно внимательными. Ведь телескоп Уэбба будет работать на расстоянии в 2500 раз превышающем то, на котором работал «Хаббл», и почти в четыре раза превышающем удаленность Луны от Земли.

Главное зеркало диаметром 6,6 м в собранном виде не поместится ни на одном из существующих космических аппаратов. Поэтому оно составлено из более мелких деталей, чтобы могло легко складываться. В итоге телескоп состоит из 18 гексагональных зеркал меньшего размера, с длиной сторон 1,32 м. Зеркала выполнены из легкого и прочного металла бериллия. Каждое из 18 зеркал, плюс три резервных, весит около 20 кг. Как говорится, почувствуйте разницу между ними и тонной, которую весит 2,4-метровое зеркало «Хаббла».

Зеркала шлифуются и полируются с точностью до 20 нанометров. Звездный свет будет отражаться главным зеркалом на вторичное, установленное над ним, которое при необходимости может автоматически регулироваться. Через отверстие в центре главного зеркала свет вновь будет отражаться – уже на приборы.

На Земле вновь отшлифованные зеркала помещаются в гигантскую морозильную камеру NASA, где созданы космические условия – лютый холод и вакуум. Снизив температуру до –250 °C, специалисты должны убедиться в том, что зеркала примут ожидаемую форму. Если нет, то их снова подшлифуют, стараясь добиться идеала.

Готовые зеркала затем позолотят, поскольку именно золото наилучшим образом отражает тепловые инфракрасные лучи. Далее зеркала снова заморозят, они пройдут финальное тестирование. Затем телескоп соберут окончательно и проверят его не только на четкость работы всех узлов, но и на устойчивость к вибрациям и перегрузкам, неизбежным при запуске ракеты в космос.

Поскольку золото поглощает излучение синей части спектра видимого света, телескоп Уэбба не сможет сфотографировать небесные объекты такими, какими они воспринимаются невооруженным глазом. Зато сверхчувствительные датчики MIRI, NIRCam, NIRSpec и FGS-TFI могут обнаружить инфракрасный свет с длинами волн от 0,6 до 28 мкм, что позволит сфотографировать первые звезды и галактики, образовавшиеся в результате Большого Взрыва.

Ученые предполагают, что первые звезды сформировались через несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва, а затем эти гиганты с излучением в миллионы раз сильнее солнечного взорвались как сверхновые. Проверить, так ли это на самом деле, можно лишь заглянув на самые окраины Вселенной.

Впрочем, новый космический телескоп предназначен не только для наблюдения за самыми удаленными и, следовательно, древними объектами Вселенной. Ученых также интересуют пылевые области галактики, где и поныне зарождаются новые звезды. Инфракрасное излучение способно проникать сквозь пыль, и благодаря «Джеймсу Уэббу» астрономы смогут постичь процессы формирования звезд и сопровождающих их планет.

Ученые надеются не только зафиксировать сами планеты, вращающиеся вокруг звезд, удаленных от нас на бесконечные световые годы, но и проанализировать свет от экзопланет земного типа с целью определения состава их атмосферы. Например, пары воды и СО2 посылают специфические сигналы, по которым можно будет установить, есть ли на удаленных от нас планетах жизнь.

«Радиоастрон» готовится к работе. У этого космического телескопа оказалась непростая судьба. Работа над ним началась более десяти лет тому назад, но довести ее до конца все никак не удавалось – то денег не было, то преодоление тех или иных технических трудностей требовало больше времени, чем полагали сначала, то был очередной перерыв в космических запусках…

Но вот, наконец, в июле 2011 года спутник «Спектр-Р» с полезной нагрузкой около 2600 кг, из которых 1500 кг пришлось на раскрывающуюся параболическую антенну, а остальное на электронный комплекс, содержащий приемники космического излучения, усилители, блоки управления, преобразователи сигналов, систему передачи научных данных и т. д., был запущен.

Сначала ракета-носитель «Зенит-2SБ», а затем разгонный блок «Фрегат-2СБ» вывели спутник на вытянутую орбиту вокруг Земли высотой около 340 тыс. км.

Казалось бы, создатели аппаратуры из НПО имени Лавочкина вместе с главным конструктором Владимиром Бабышкиным могли вздохнуть свободно. Да не тут-то было!..

«Ракета-носитель отработала без замечаний, – рассказывал на пресс-конференции Владимир Бабышкин. – Затем были два включения разгонного блока. Орбита аппарата несколько необычна с точки зрения выведения, потому там достаточно много ограничений, которым мы должны были удовлетворять»…

В итоге оба включения разгонного блока проходили вне зоны видимости наземных станций с территории России, и это добавило волнений наземной команде. Наконец, телеметрия показала: и первое, и второе включения прошли благополучно, все системы отработали нормально. Открылись солнечные батареи, и дальше система управления удерживала аппарат в заданном положении.

Поначалу операция по раскрытию антенны, которая состоит из 27 лепестков, находившихся во время транспортировки в сложенном состоянии, намечалась на 22 июля. Процесс раскрытия лепестков занимает приблизительно 30 минут. Однако сразу процесс не пошел, и завершено раскрытие параболической антенны радиотелескопа было лишь 23 июля. К осени «зонтик» диаметром 10 м был раскрыт полностью. «Это позволит получать изображения, координаты и угловые перемещения различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением», – подвели итоги первой стадии эксперимента специалисты.

После раскрытия зеркала приемной антенны космическому радиотелескопу требуется около трех месяцев для синхронизации с земными радиотелескопами. Дело в том, что работать он должен не в одиночку, а «в связке» с наземными приборами. Планируется, что на Земле в качестве синхронных радиотелескопов будут использованы два стометровых радиотелескопа в Грин-Бэнке, Западная Виргиния, США, и в Эффельсберге, Германия, а также знаменитая радиообсерватория Аресибо, в Пуэрто-Рико.

Направленные одновременно на один и тот же звездный объект, они будут работать в режиме интерферометра. То есть, говоря попросту, с помощью компьютерных методов обработки информации полученные данные сведут воедино, и полученная картина будет соответствовать той, что могла быть получена от радиотелескопа, диаметр антенны которого был бы на 340 тыс. км больше диаметра Земли.

Наземно-космический интерферометр с такой базой обеспечит условия для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением – от 0,5 угловой миллисекунды до нескольких микросекунд. «Телескоп будет обладать исключительно высоким угловым разрешением, что позволит получить ранее недостижимые по детальности изображения исследуемых космических объектов», – подчеркнул академик РАН Николай Кардашев, директор Академического космического центра ФИАН, головной организации по комплексу научной аппаратуры спутника «Радиоастрон».

Для сравнения: разрешение, которого можно добиться с помощью «Радиоастрона», будет как минимум в 250 раз выше, чем можно добиться с помощью наземной сети радиотелескопов, и более чем в 1000 раз выше, чем у космического телескопа «Хаббл», работающего в оптическом диапазоне.

Все это позволит исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр в активных галактиках, рассмотреть в динамике строение областей, где образуются звезды в нашей галактике Млечный Путь; изучать нейтронные звезды и черные дыры в нашей Галактике; изучить структуру и распределение межзвездной и межпланетной плазмы; построить точную модель гравитационного поля Земли, а также провести еще множество других наблюдений и следований.

Графеновый прорыв

Как известно, каждое научное открытие проходит через три стадии. Сначала в него никто не верит. Потом начинают говорить, что «в этом что-то есть». И наконец, о нем говорят: «Да кто же этого не знает?!» Создатели тончайшего в мире материала – графена – Андре Гейм и Константин Новоселов прошли через все три этапа. Поначалу им никто не верил, потом научное сообщество заинтересовалось, чем же занимаются два выходца из России. И наконец, они были удостоены за свою разработку Нобелевской премии 2010 года по физике.

Немного теории. Весьма престижная в мире физиков награда досталась нашим бывшим соотечественникам, ныне работающим в Университете Манчестера в Великобритании, за «открытие и выделение свободного одноатомного слоя углерода и объяснение его выдающихся электронных свойств».

Ну а чтобы и вам стало понятно, что к чему, – несколько слов пояснения. Как известно, углерод встречается в природе в различных аллотропных формах – графит, уголь, алмаз. Недавно к ним добавились еще карбин, фуллерены и нанотрубки.

Андре Гейм и Константин Новоселов на фоне гексагональной кристаллической решётки графена

Про графит, уголь и алмаз написано во всех школьных учебниках. Поэтому здесь мы упомянем подробнее о новых формах.

Итак, карбин – это линейный полимер углерода, молекулы которого представляют собой длинные тонкие цепочки из углеродных атомов. Фуллерены – это полые молекулы, по форме представляющие собой полые шары, или, точнее, многогранники, состоящие из большого количества – до 560 атомов – углерода. А нанотрубки – это и в самом деле трубчатые структуры из тех же атомов углерода. Диаметром они бывают от одного до нескольких десятков нанометров, а длиной до нескольких микрон.

Графен же представляет собой тончайшую – в один атом толщиной! – пленку из тех же атомов углерода, объединенных в строгую гексагональную геометрическую структуру. Иными словами, графеном можно считать развернутую на плоскости нанотрубку.

Объяснить природу графена проще всего на таком примере. Если вы возьмете карандаш и проведете им черту на бумажном листе, то отслаивающиеся от грифеля чешуйки будут образовывать на бумаге тонкий слой. Графен – это нечто похожее, но гораздо тоньше, толщиной всего в 1–2 атома. Эта двухмерная тонкая структура, состоящая их атомов углерода, расположенных в вершинах шестиугольников по принципу пчелиных сот, – удивительное вещество. Пленка толщиной в один атом прозрачна, но обладает поразительной прочностью, в 200 раз превышающей прочность стали.

Отделять такие пленки от монолита исследователи приспособились при помощи липкой ленты – скотча. Все было так просто, что поначалу профессору Андре Гейму и его коллеге никто просто не поверил. Неужто можно столь обыденным способом отделить от графитового массива тончайшую, в один атомарный слой, пленку графита?

До недавнего времени создание подобных тончайших пленок считалось вообще невозможным. Дело в том, что более полувека назад еще один Нобелевский лауреат, советский физик-теоретик Лев Ландау показал, что подобные структуры будут неустойчивы – силы взаимодействия между атомами должны смять пленку, свернуть ее, что называется, в бараний рог. Однако выходцы из России изменили это всеобщее представление. Причем сделали это с присущей русским смекалкой.

А что на практике? Совместная работа будущих нобелевских лауреатов началась в 2001 году. Наловчившись получать тончайшие углеродные пленки, ученые стали исследовать их свойства. При этом выяснилось, что слой графита в один атом обладает рядом ценных, а порой и неожиданных свойств. Так, эта немыслимо тонкая пленка – в миллион раз тоньше листка обычной писчей бумаги, тем не менее обладает высокой прочностью, гибкостью, а главное, стабильностью своих свойств.

Кроме того, графен имеет высокую тепло– и электропроводность. А для полупроводниковой промышленности весьма необходимы материалы, в которых бы носители электрического заряда – электроны – могли перемещаться без помех. Дело в том, что всюду, где электроны натыкаются на препятствия и отклоняются от заданного прямого пути, идет интенсивное выделение тепла. Кроме того, подобные потери ограничивают рабочую частоту действия тех или иных компонентов микроэлектронных схем.

Например, в кремнии электроны могут передвигаться относительно свободно. Но у арсенида галлия степень свободы электронов еще в 6 раз выше. Поэтому в мобильниках и приемниках спутниковых сигналов используются микропроцессоры на основе именно арсенида галлия, а не кремния.

Это свойство, которое называется подвижностью электронов, в графеновых пленках близко к абсолютному идеалу; электроны практически не рассеиваются и весьма мало реагируют на изменения внешней среды. Однако произвести точные замеры свойств графена ученым долгое время не удалось – уж слишком тонка пленка. А потому только недавно выяснилось, что по подвижности электронов графен превосходит все известные на сегодня вещества.

«По нашим данным выходит, что подвижность электронов в графене в 10–20 раз выше, чем в арсениде галлия, – уверяет профессор Гейм. – Этот качественный скачок открывает блестящие возможности разработки новых еще более скоростных компонентов схем микроэлектроники. Тут уже речь пойдет не о мега– и гигагерцах, как в нынешних компьютерах, а о террагерцах, то есть в 1000 раз более высоких показателях».

Далее ученые приступили к созданию графенового полевого транзистора, который, используя электрическое поле, обеспечивает так называемый баллистический транспорт электронов, при котором они практически не рассеиваются.

В общем, оказалось, что баллистические транзисторы работают гораздо быстрее, чем обычные кремниевые устройства такого рода. А потому открытие Гейма – Новоселова вызвало большой интерес к графену как к материалу для электроники нового поколения.

Однако есть и определенные препятствия на пути внедрения графеновых структур в производство. Во-первых, нет еще технологии, которая бы позволила наладить массовое производство графеновых структур с одинаковыми показателями – пока пленки делают практически вручную. Кроме того, первые транзисторы на графеновой основе оказались весьма медленными и не могут пока составить серьезную конкуренцию нынешним микросхемам.

Впрочем, как полагают энтузиасты нового направления, это лишь трудности роста молетроники – микроэлектроники, схемы которой оперируют уже с отдельными молекулами. «С первыми кремниевыми транзисторами исследователи тоже повозились изрядно, – вспоминает Константин Новоселов. – И находились скептики, которые говорили, что из этой затеи ровным счетом ничего не получится и лучше радиоламп вряд ли можно что-то придумать. Так что лет через двадцать, глядишь, новое поколение электронщиков будут вспоминать о нынешних микросхемах примерно так же, как ныне мы рассуждаем о тех же радиолампах».

Чудеса «самолечения»

То, что царапина на коже заживает сама собой за неделю, никого не удивляет. И, заболев, люди чаще всего выздоравливают. Но почему тогда нельзя создать саморемонтирующиеся материалы и машины? Именно этим вопросам задались ученые из Высшей промышленной школы физики и химии в Париже по главе с профессором Людвигом Леблером. И кое-чего им уже удалось добиться…

Новый удивительный материал, который удалось синтезировать исследователям, не только эластичен, словно резина. Он еще способен в течение недели полностью восстановить разрыв или разрез. Для этого достаточно просто сложить вместе две его части. Уже через четверть часа обе части как бы склеиваются, а через несколько дней от места повреждения не остается и следа.

Такие материалы, способные к «самолечению», ученые и инженеры пытались создать еще давным-давно. Поначалу они создали материалы, в структуре которых содержались микрокапсулы с клеящим составом. Если возникает трещина, клей из разорванных капсул заполняет ее и застывает на воздухе или при смешивании с отвердителем из других капсул. Именно таким способом ныне сами собой заклеиваются пробитые шины на некоторых автомобилях.

Людвиг Леблер и Франсуа Турнилак демонстрируют самовосстанавливающуюся резину

Другой известный подход, позволяющий многократно восстанавливать разрушения, состоит в использовании полимеров, модифицированных компонентами, которые способны образовывать обратимые межмолекулярные связи. Связи разрываются, например, при нагреве и полностью восстанавливаются при охлаждении.

Лет двадцать тому назад появились и первые сведения о сплавах с «памятью». Однако до сих пор они считаются своего рода экзотикой и широкого распространения так и не получили. Отчасти это происходит из-за дороговизны таких материалов и сложности их получения.

Секрет метода получения эластичного, как резина, и способного к полноценному самолечению материала заключается в использовании надмолекулярных связей.

«Обычная резина состоит из длинных поперечно связанных между собой полимерных цепочек, благодаря которым она может сильно растягиваться, а затем восстанавливать форму, – поясняет профессор. – Такие же свойства материала мы получили, смешав два сорта небольших молекул. Одни молекулы способны соединяться своими концами только с двумя другими молекулами, а другие – с тремя или более молекулами»…

В смеси между ними возникают водородные связи, причем первые молекулы могут участвовать только в формировании длинных цепочек, а вторые благодаря способности к дополнительным связям еще и образуют поперечные соединения между цепями.

Если такой материал разрезать или разорвать, прочные ковалентные связи внутри молекул сохранятся, а нарушатся более слабые водородные между молекулами. Концы молекулярных цепочек остаются активными, и, если разрыв соединить, прочность полностью восстановится примерно за пятнадцать минут. Но если упустить момент, то возможность к «самолечению» будет утрачена примерно за сутки.

На основе своего открытия исследователи обещают вскоре разработать целый класс материалов, поскольку в качестве мономеров двух сортов тут могут выступать разные молекулы, придающие веществу нужные свойства. Причем их можно будет производить из широко доступных и дешевых ингредиентов – жирных кислот растительных масел и мочевины. Они также легко разлагаются при нагреве, экологически безопасны, не требуют катализаторов при производстве и могут быть использованы повторно.

«В результате данного открытия может быть решена, в частности, такая неприятная для женщин проблема, как порванные чулки или колготки, – обещает профессор. – Вскоре они сами будут восстанавливаться в течение 15 минут»…

Как соткать… ракету?

Как и положено, на Санкт-Петербургском гардинно-кружевном объединении вяжут почти невесомые кружева. Машины как бы самостоятельно управляют перемещениями сотен тончайших нитей, которые, переплетаясь, образуют сложный узор. Работа идет быстро, она давно автоматизирована. Но ныне, похоже, текстильщики начали использовать свои приемы в электронике и даже в авиационно-космической отрасли.

Последователи Жаккара. Началось же все с того, что 200 с лишним лет назад французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар применил для управления механизмами перфокарты. Такие же, какие много позднее стали применять в электронных вычислительных машинах. Основы двоичной системы счисления, без которой немыслимы современные компьютеры, заложили именно текстильщики: есть отверстие в перфокарте – нить основы увлекается механизмом наверх, нет – остается внизу… По имени изобретателя и пошло название – жаккардовые машины.

Ныне остроумное изобретение прошлого используют и на иной лад. Видели ли вы когда-нибудь работу жгутовщицы? Так называется работница, которая плетет соединительные электрические кабели для электрических схем. Например, надо изготовить обычный жгут, соединяющий два штепсельных разъема. Сначала жгутовщица в нужном порядке раскладывает отдельные проводки. Потом сплетает их по нескольку штук в косички, переплетает все вместе и туго обматывает диэлектрической нитью. А сверху изолирует специальной тканью. Если нужен более сложный, разветвляющийся жгут, у которого по длине на определенных расстояниях должны быть отводы, – работа идет еще медленнее. Жгутовщица предварительно отмеряет провода необходимой длины, раскладывает их на специальном шаблоне с гвоздиками, привязывает и начинает плести…

Старые жаккардовые машины дали толчок развитию новых современных технологий

Так вот, кроме кружев на этих давным-давно известных жаккардовых машинах здесь, в Санкт-Петербурге, научились изготавливать совершенно неожиданные вещи: кабели и шлейфы для электроники, монтажные платы, теплоизмерительные приборы… Словом, изделия, не имеющие, казалось бы, ни малейшего отношения к кружевам и гардинам.

Процесс создания печатной электронной схемы, возможностями которого мы еще недавно так восхищались, сродни фотографическому. Однако если получение фотоснимка состоит примерно из десятка операций, то изготовление печатной платы включает 72 операции! Причем 28 из них требуют высоких температур. А применяемые химические реактивы – не чета проявителю и закрепителю. Они высокотоксичны, то есть, попросту говоря, ядовиты. Чтобы отходы радиоэлектронной промышленности не загрязняли природу, необходимо строить дорогостоящие очистные сооружения. А это значит, что производство намного удорожается. Но вред, наносимый природе, все же не удается свести к нулю.

Нашлись люди, которые посмотрели на эту технологию новыми глазами. Занимались они электротехникой, электроникой, а пришли работать в текстильную промышленность, чтобы создать новую, удивительную технологию будущего. По словам одного из разработчиков, начальника лаборатории Михаила Николаевича Мокеева, так получилось вот почему.

Основой для печатных плат обычно служит текстолит – текстиль, пропитанный составом, придающим ему жесткость и высокую прочность. Потом в этой пластине сверлят монтажные отверстия, на поверхность с помощью десятков операций наносят печатную электросхему… А что, если ее сразу соткать вместе с текстильной основой? Основу ткать диэлектрической, изолирующей нитью, а элементы схемы – электропроводной. Ведь могут же текстильщики выткать на гардинах всяческие розочки и завитушки. Узор из токопроводящих дорожек, монтажных площадок и отверстий не сложнее! Машины для такой технологии у текстильщиков уже давным-давно есть, только нужно немного их дооснастить.

Что касается изготовления кабелей, то ткачи могут выткать любые сложные разветвления на своих автоматических станках с программными устройствами. Ведь исстари плели на жаккардовых машинах и кружева, и тесьму, и декоративные шнуры. Почему бы не плести и кабели? Причем на ширине станка помещается их одновременно до сотни. Работу ста жгутовщиц выполняет одна ткачиха! Изделия получаются очень качественные – гибкие, ровные и даже красивые.

Если требуется прочная, жесткая плата – наподобие стеклотекстолитовой (на таких сейчас в основном делается печатный монтаж), – ткачи соткут и такую. Для специальных технических тканей у них есть станки, которые могут прессовать вместе нити с силой в несколько тонн! Есть и недавно полученные учеными новые химические волокна, которые прочнее стали. Для дополнительной жесткости можно пропитать их эпоксидными смолами, полиуретановыми массами.

Текстильщики в космосе. В последние десятилетия дизайнеры стали подсказывать кутюрье, как нужно кроить, чтобы разрабатываемая ими одежда была не только модной, но и технологичной – прежде всего содержала поменьше швов. И сейчас, например, на кафедре технологии швейного производства Московского государственного университета дизайна и технологии (МГУДТ), которой руководит профессор Е.Г. Андреева, можно увидеть трикотажные платья, у которых вообще нет ни единого шва. Более того, тканые технологии постепенно проникают и в такие отрасли производства, где раньше об их применении никто и слыхом не слыхивал. Взять хотя бы… авиацию.

Конструкторы первых «летающих этажерок» обтягивали их перкалью – тканью, которая была создана текстильщиками специально для авиаторов. Затем, правда, деревянно-тряпичные аэропланы превратились в дюралевые самолеты. Потом в ход пошли титановые сплавы. Казалось, период сотрудничества с текстильщиками современные авиационные технологи должны забыть. Да не тут-то было! Сейчас все чаще слышишь, что материаловеды предпочитают металлическим сплавам композитные материалы.

Композиты ведь по своей природе зачастую представляют собой переплетения углеродных нитей, залитых синтетическими смолами. И при работе с ними вполне могут пригодиться опыт и идеи, накопленные текстильщиками. Еще в 80-х годах прошлого столетия теплозащиту для космического самолета «Буран» совместно разрабатывали химики, материаловеды, технологи и… текстильщики, которые помогали «посадить» теплозащитные плитки на корпус «Бурана» так, чтобы они не ухудшали его аэродинамических качеств.

Последние десятилетия композиты с уникальными свойствами все шире используют и в конструкциях экспериментальных самолетов. Вспомните хотя бы самолет с крыльями обратной стреловидности С-37 «Беркут». Детали этих крыльев, а также хвостового оперения и фюзеляжа изготовлены из композитов.

Затем композиты стали использовать и в гражданской авиации. Закрылки, обрамления оконных иллюминаторов и еще некоторые части самолетов теперь делают из композитов, используя тканые технологии.

А вскоре ткаными будут и целые самолеты. Уже готова модель самолета, корпус которого соткан без единого шва. Монопланы и бипланы можно будет заказывать примерно так же, как мы сегодня заказываем однобортный или двубортный пиджак.

Не забывают текстильщики и о космосе. Еще одна разработка МГУДТ – перчатки нового образца скафандров для выхода в космос. В новых перчатках сгибать пальцы намного легче. Это можно считать началом создания скафандров нового поколения, ведь в старых трудно не только сделать шаг, но даже согнуть руку.

Более того, чрезмерный объем скафандра едва не привел к трагедии во время первого выхода в космос Алексея Леонова. После того как он вышел через шлюз, скафандр его раздуло так, что вернуться обратно ему удалось лишь с великим трудом. Алексей Архипович был вынужден сбросить давление внутри скафандра до критического и буквально втиснул себя обратно в корабль, подтягиваясь на руках.

Конструкторы космической одежды обо всем этом отлично осведомлены. По словам главного конструктора НПП «Звезда» Сергея Федоровича Позднякова, попытки создания скафандра, который бы не изменял своего объема в космическом вакууме, предпринимались еще в конце 60-х годов прошлого столетия.

Чего уж только специалисты не придумывали! Дело доходило даже до того, что были попытки создания цельнометаллических скафандров, наподобие тех костюмов, что носили средневековые рыцари. Однако такой скафандр получается громоздким и неудобным, надеть его можно лишь с посторонней помощью, а подвижность опять-таки оставляет желать лучшего.

В итоге пришлось остановиться на комбинированной схеме кирасного типа. Жесткие вставки в скафандр есть лишь в районе грудной клетки, а рукава и штанины выполнены мягкими, чтобы их можно было сгибать. Кроме того, в тех же «Орланах» предусмотрена возможность регулировать длину этих элементов, чтобы одним и тем же скафандром могли пользоваться люди разного роста.

Получилась в общем-то неплохая конструкция, которой ее разработчики заслуженно гордятся. К настоящему времени выпущено пять модификаций «Орланов», в которых совершено уже более 120 парных выходов в космос общей продолжительностью свыше 1000 часов. Причем даже американские астронавты вовсе не прочь надеть именно «Орлан», поскольку влезть в него (космонавты говорят «войти», поскольку действительно входят в скафандр через люк на спине) проще, чем в американский аналог, и работать несколько легче. Однако сейчас идет работа над созданием скафандров, сотканных без единого шва на кевларовом каркасе. Они позволят космонавтам двигаться намного свободнее.

Словно цыпленок из яйца…

Сначала об этом мечтали лишь фантасты. Теперь дело, похоже, дошло и до технологов. А начиналось все так…

По патенту природы. «Они вынесли Яйцо и уложили его на вершине холма поодаль. Дул ветер, и было холодно стоять и смотреть, как Антон неторопливо и аккуратно укрепляет активаторы на гладкой поверхности механозародыша. Вадим осмотрел расположение активаторов. Все было в порядке»…

В итоге вскоре был готов 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».

Нанороботы будут выращивать универсальные клетки, синтезировать различные вещества и выполнять любые функции

Так в фантастической повести «Попытка к бегству» братья Стругацкие в свое время описали, как из Яйца «вылупляется» универсальный вездеход. Конечно, это было не простое яйцо. Недаром авторы пишут о нем с заглавной буквы. Это механозародыш, в котором запрограммированы все необходимые химические и физические процессы, заложены нужные комплекты молекулярных машин – они и будут собирать из отдельных атомов и молекул элементы конструкции вездехода… «Ну и фантазеры!» – скажете вы. Но если вдуматься – что здесь фантастического? Стругацкие просто описали давно существующий способ производства! Ведь по такому же принципу, например, и обыкновенное куриное яйцо запрограммировано на выращивание не менее сложной и совершенной системы – живого цыпленка. Даже этого единственного примера достаточно, чтобы убедиться, что «технология», по которой действует природа, несравненно совершеннее, экономичнее и целесообразнее той, которой пользуется сейчас человек.

В год труды, в грамм – добыча. Давайте представим, скольких усилий, каких затрат сырья и энергии требует производство ну, скажем, маленького винтика. В начале этой цепочки стоят горнодобывающие машины – они необходимы, чтобы добыть руду. Затем цепочку продолжают: транспорт, чтобы ее вывезти; металлургические предприятия и источники энергии, чтобы ее переплавить, получить прокат; металлорежущие станки, чтобы придать заготовке заданную форму (и заодно пустить в стружку немалую долю с таким трудом доставшегося металла)… И вот он готов, маленький винтик для вашего велосипеда, или книжной полки, или фотоаппарата. Не слишком ли дорогой ценой?

Подсчитано, что на каждого современного жителя Земли приходится несколько тонн вещей – только тех, которыми он сам пользуется. Так вот, каждый год мировое производство перерабатывает миллиарды тонн сырья, чтобы только лишь 2 % (!) добытого вещества превращалось в нужные человеку изделия. А вся потерянная масса идет в отходы и загрязняет окружающую среду. Тогда мы создаем очистные сооружения, разрабатываем новые замкнутые технологические циклы. И рядом с основной возникает промышленность, которая тоже человеку не нужна. Она не выпускает никаких полезных изделий, а только силится уменьшить зло, причиняемое природе производством.

А потребности общества все растут, необходимо увеличивать объемы производства, усложнять его, совершенствовать… Рано или поздно обязательно возникнет невероятно сложное гигантское образование из технологических машин, роботов, управляющих электронных систем. И скорее всего, эта суперсистема, как в страшных фантастических рассказах, переключится с интересов человека на свои собственные, стараясь лишь поддержать стабильность своего существования… Промышленность будет работать на саму себя…

Теперь вы понимаете, что существующая техническая цивилизация себя почти исчерпала. Тогда где же правильный путь?

Обратимся к нанотехнологиям. Сама природа подсказывает нам ответ. Вот уже несколько миллиардов лет работают в природе совершеннейшие наномашины – генетический аппарат, который воспроизводит белковое вещество, живые организмы. Греческая приставка «нано» означает «карлик», потому что эти биологические машины имеют дело лишь с небольшими группами атомов, молекул или даже с отдельными атомами. Почему бы и нам не воспользоваться способом производства вещей просто путем расстановки атомов вещества в нужном порядке? Правда, для этого предстоит специально сконструировать требуемые системы молекул наномашины. Тогда нужные человеку вещи можно будет буквально выращивать, как это происходит в природе.

Структура наномашины будет построена по принципу обычной: в нее войдет молекулярный аккумулятор, который обеспечит машину энергией; особый молекулярный механизм для передачи энергии к разным органам наномашины; молекулярный манипулятор, который и будет соединять атомы в молекулы. К этому следует добавить молекулярное управляющее устройство и молекулярный движитель для перемещения. Вот и получится наноробот – сборщик атомов. Размеры его будут 16—200 нанометров (миллиардных долей метра) – такие же, как у вирусов!

Природа разделила процессы производства живых существ на два этапа: производство внутри клеток и производство организма из клеток. По такому же пути, возможно, пойдет и будущая нанотехнология.

В первом типе производства будет участвовать один или несколько нанороботов. В них заложат универсальные носители информации – аналог ДНК в живых организмах. Это информация о том, каким должен быть конечный результат производства.

Прежде всего этот способ производства подойдет для изготовления, например, одежды, пищи, обуви и других вещей несложной формы, из однородных материалов. Нанороботы смогут выращивать в химическом реакторе одежду самых различных размеров и фасонов. Им будут доступны любые цвета и фактуры, разнообразные отделки и фурнитура из синтетики, металла, стекла… Появится возможность очень быстрой смены моделей. Вещи станут значительно качественнее.

Новые материалы, сочетающие в себе атомы разных веществ, будут иметь поразительные свойства. Нанороботы вмонтируют в изделия элементы простых кибернетических систем, и вещи обретут возможность реагировать на свет, тепло, запах, будут подчиняться человеческому голосу, ощущать прикосновение человеческих рук. Мир вещей будущего станет намного «разумнее» и надежнее.

Второй, более сложный тип нанопроизводства – построение вещи по клеточному принципу из специально созданных клеток. Нанороботы будут выращивать универсальные клетки, способные принимать любую форму, синтезировать любые вещества и выполнять любые функции. Эти клетки смогут превращаться в силовые элементы конструкций, служить проводниками электрического тока и других видов энергии, формировать тончайшие пленочные оболочки и толстые тепловые экраны. Благодаря универсальным клеткам вещи приобретут способность к регенерации – самовосстановлению в случае повреждения. Всему этому можно будет «научить» искусственную клетку, когда ученые глубже проникнут в тайну формообразования живого организма.

За процессом роста изделия будет наблюдать технологический суперкомпьютер. Он же будет регулировать поступление «строительного материала». А им могут стать воды океанов – ведь в них растворены все элементы периодической системы Менделеева. Еще академик Вернадский называл природную воду минералом с переменной химической формулой. Из этой «жидкой руды» нанороботы буквально по атому извлекут нужные элементы. Нанотехнология безотходна – все, что попадет в химический реактор, будет использовано.

На пути к скатерти-самобранке XXI века. Такова теория. А что на практике?.. Недавно мне довелось побывать в сказке, увидеть в действии скатерть-самобранку. Причем, чтобы поглазеть на такое чудо, оказывается, вовсе не надо отправляться за тридевять земель на ковре-самолете. Я воспользовался обычным городским транспортом и уже через полчаса был на месте. А само «тридесятое царство» выглядело достаточно современно – двадцать с лишним этажей из стекла и бетона. Но именно здесь, в НИИ «Дельта», и создали «скатерть-самобранку атомного века». Так назвал устройство, созданное здесь, один из его конструкторов П.Н. Лускинович. И пояснил свою мысль так.

Любое вещество состоит из отдельных атомов и молекул, определенным образом соединенных между собой. Стало быть, в один прекрасный день на вашей кухне может появиться агрегат, давно описанный фантастами. Из «ничего», а точнее из атомов и молекул окружающей среды (например, воздуха, воды и грунта), такой комбайн сможет собирать, синтезировать все, что вам угодно будет заказать, – начиная от еды и напитков и кончая уникальными ювелирными изделиями.

И Лускиновичу вполне можно верить, поскольку его слова подтверждаются не только работами сотрудников возглавляемой им лаборатории, но и делами зарубежных коллег, работающих сообща в новой области знания – нанотехнологии.

В их распоряжении появился недавно новый инструмент – атомный силовой микроскоп. Работать он может в нескольких режимах, из которых нам, пожалуй, наиболее интересен один: с помощью силовых полей исследователь, работающий с этим агрегатом, способен поштучно, по одиночке переставлять с места на место отдельные атомы и молекулы.

Со стороны выглядит все это на редкость обычно. За дисплеем персонального компьютера сидит молодой человек, постукивает по клавишам. А рядом на рабочем столе стоит небольшое устройство, размерами и блеском никеля напоминающее кофейник. «Кофейник» и оказался тем самым атомным силовым микроскопом, с помощью которого можно манипулировать атомами. Чем, кстати, молодой человек и занимался. Настукивал на клавишах программу работы персональному компьютеру, тот, в свою очередь, командовал молекулярной сборкой и на телеэкране было отчетливо видно, как на глазах менялся рельеф бугристой поверхности – одни атомы замещались другими.

Будничная лабораторная работа. Но вот к чему, по словам руководителя лаборатории, она ведет. Как действует природа, создавая тот или иной организм? Правильно, она собирается атом к атому, молекулу к молекуле, создавая сначала клетку. Потом несколько клеток формируют зародыш органа, а из органов в конце концов вырастает организм. Вот эту-то операцию, лежащую в начале всех начал, и отрабатывают ныне ученые. Раз за разом, атом за атомом пробуют они разные комбинации, подбирают наилучшие алгоритмы действия.

Пока все это делается весьма медленно. Но не забывайте, что действуют специалисты все-таки не голыми руками, а с помощью туннельных микроскопов и ЭВМ. А компьютер – такая машина: научи ее однажды чему-то, и она вовек того не забудет. Более того, вскоре сможет выполнять разученные операции со сказочной быстротой. круглые сутки без остановки.

«Полагаю, – сказал в заключение беседы со мной Лускинович, – что вскоре, зайдя в хозяйственный магазин, вы сможете купить и поставить у себя дома не просто очередной кухонный агрегат, а репликатор – устройство, способное синтезировать по заказу любой продукт. Все в окружающем мире создано из атомов и молекул, а значит, и может быть скопировано нашим агрегатом. Более того, если надо, то и модернизировано, улучшено»…

Как растут детали? Первые достижения новой технологии уже налицо. Так, например, в московском НИИавтопроме уже несколько лет работает необычная технологическая лаборатория. Не имея ни токарных станков, ни прессов со штампами, ни литейных форм, ее сотрудники берутся за выполнение самых замысловатых заказов. Например, минут за двадцать вам могут изготовить из прозрачного полимерного материала куб, внутри которого будет заключена модель земного шара.

Изготовляют подобные сувениры и даже более сложные технологические заказы ее с помощью небольшой установки, представлявшей собой металлический шкаф с дверцей и установленным на полочке компьютером. Вот нажата одна из клавиш, и на экране дисплея высветился объемный рисунок будущего изделия. Емкость в шкафу наполняют жидким полимером, немного напоминающим жидкую смолу, включают лазерный сканер, и… через несколько минут изделие готово.

Суть «фокуса» довольно проста. В свое время химики создали жидкий полимер, способный быстро твердеть под действием наведенного на него лазерного луча. Этим и воспользовались американские специалисты из фирмы 3D Systems Inc, с которыми теперь сотрудничает НИИавтопром. Разработанная ими установка SLA-250 представляет собой, по существу, маленькую фабрику, где процесс изготовления модели, или, лучше сказать, прототипа того или иного будущего серийного изделия, напоминает своеобразное выращивание. Ведь появляется деталь не сразу, а постепенно, слой за слоем, которые по мере отвердения прочно соединяются между собой.

Руководит же подобной «агрономией» компьютер, который с педантичной аккуратностью выполняет программу, заданную конструкторами. Деталь «вырастает» в точности такой, каким был ее компьютерно-экранный рисунок. Ее можно сразу же примерить, смонтировав непосредственно в узле или агрегате, тут же внести, если потребуется, поправки и уже окончательно закрепить нужные параметры, по которым затем технологам не составит особого труда изготовить безошибочную оснастку для последующего производства деталей уже не из пластмассы, а из металла.

SLA-250 и подобные ей системы значительно упрощают технологию. Многие считавшиеся ранее обязательными звенья производственного процесса теперь оказываются излишними, их исключают, сберегая драгоценное время, материалы и средства. Подсчитано, что только одна установка, работающая по технологии, получившей название лазерной стереолитографии, позволяет сократить производственные расходы на 5 млн долларов в год! Стоит ли после этого удивляться, что на многих зарубежных предприятиях SLA-250 работают круглосуточно все семь дней в неделю,

Причем стереолитография тем эффективнее, чем сложнее изделие. Возможности ее поистине безграничны. Подобным образом можно изготовить даже автомобиль, «вырастив» и склеив его по частям.

Впрочем, использовать новую технологию можно не только в промышленности. Она также способна освободить от кропотливого труда макетчиков, работающих в градостроительстве. Скульптор уже на компьютере получит до последнего штриха законченное художественное творение, которое затем не составит особого труда выполнить в металле или даже камне с помощью копировально-камнерезного станка. Сородичи SLA-250 могут быть также надежными союзниками хирурга и протезиста.

Вот так в наши дни трансформировалась технология, над которой еще лет сорок тому назад начинал «колдовать» ленинградский профессор Б. Степанов. Читатели постарше, быть может, помнят, как он предлагал помещать в расплав затравку в виде кусочка готовой детали. А затем эту затравку потихоньку приподнимали, и вслед за ней тянулось продолжение. Расплав кристаллизовался частица за частицей, принимая ту же форму, что и затравка.

Таким образом, как показали многочисленные эксперименты, можно выращивать провода, швеллеры, рельсы, двухтавровые балки, заготовки для зубчатых колес и т. д., не прибегая к прокатке, волочению или штамповке. И если эта технология по сию пору не нашла себе широкого применения, так только потому, что никому в мире еще не удалось ускорить процесс кристаллизации настолько, чтобы установки по выращиванию деталей смогли по производительности соперничать с теми же прокатными станами и штамповочными прессами.

Ныне же – иное дело. В СМИ уже появились первые сообщения о созданном на 3D-принтере самолете, собираются подобным же образом создавать космические корабли и даже… органы для пересадки!

Шапки и плащи для невидимок XXI века

Идея эта идет к нам из глубины веков, была в свое время подхвачена А.С. Пушкиным. Вспомните хотя бы о Людмиле, которая обнаружила в покоях Черномора шапку-невидимку. Наступившее XXI столетие внесло свои коррективы как в литературные произведения, так и в реальные разработки ученых и инженеров. И вот что в итоге из всего этого выходит…

Эффект световода. Нагляднее всего, как ни странно, суть новшества объяснил автор одного современного детектива, описав, как его герой преодолевает завесу лазерной системы сигнализации на балконе. Он снимает с карабинного крючка рюкзачка за спиной моток световода, тщательно примеряется. А затем, не прерывая лазерного луча, рывком крепит конец световода присоской на приемник нижнего луча, тут же выставив линзу другого конца световода на пути этого же луча. Луч сквозь линзу свернул в световод, и петля его засветилась.

Осторожно перемещаясь вдоль ограждения балкона, удерживая линзу по лучу, лазутчик достиг стены, из которой лучи исходили… Потом прижал линзу к глазку истока нижнего луча, достал из кармана моментально схватывающий клей, аккуратно приклеил линзу на стене.

Образец опытного плаща-невидимки

То же было сделано со второй линзой, и… человек стал невидимкой. Приподняв нити световодов, он смог спокойно проникнуть в лоджию, и охранная система его не заметила.

Нечто подобное в 90-х годах XX века попытались воспроизвести на практике московские изобретатели, использовав вместо одного световода сразу множество. Суть дела тем не менее это не меняет. Система световодов с линзами на обоих концах действует точно так же, как и одиночный. Линзы-объективы воспринимают, скажем, изображение окружающего ландшафта и транслируют его к линзам-окулярам. В результате, когда наблюдатель смотрит на замаскированный, укрытый под такой сеткой объект, он его, что называется, в упор не видит, поскольку световые лучи как бы обтекают спрятанное, а шестиугольные линзы прилегают друг к другу столь плотно, что в щелки между ними не видно ничего.

Прототип такой «шапки-невидимки» был разработан на кафедре радиотехнических устройств и систем Московского государственного открытого университета. Авторы изобретения – И.А. Наумов, В.А. Каплун и В.П. Литвинов – полагали, что оно может быть использовано, скажем, вместо традиционных маскировочных сетей для сокрытия важных военных объектов – самолетов на стоянках или ракетных установок. И говорят, первые маскировочные плащи-накидки с вплетением оптических световодов уже изготовлены.

А японские инженеры недавно запатентовали свой вариант спецкостюма для человека-невидимки. В Стране восходящего солнца созданы чрезвычайно тонкие пленочные телеэкраны на основе жидких кристаллов. Теперь из такой пленки, внешне похожей на обычный полиэтилен, тоже скроен плащ-накидка. Телекамера величиной со спичечную головку, расположенная на затылке обладателя такой накидки, проецирует телеизображение на переднюю часть плаща. А телекамера, смотрящая вперед, аналогично транслирует изображение на заднюю часть плаща. В итоге наблюдатель смотрит как бы сквозь плащ-накидку, не замечая его обладателя.

И все это, как говорится, еще цветочки…

Даешь зеленый свет?! «Шапку-невидимку» пытаются сделать и многими иными способами. Например, группа физиков из университета штата Мэриленд, США, объявила, что ей удалось сделать невидимым объект в зеленом свете лазера. Правда, невидимость руководителю этой группы профессору Кристоферу Девису и его коллегам удалось создать лишь для одного цвета и на площади всего лишь несколько сотых долей миллиметра.

Можно, конечно, сказать: «Зачем тут и огород городить, коль столь крошечный объект и сам по себе можно различить лишь при помощи сильного микроскопа?» Однако профессор и его коллеги довольны уже и этим, поскольку их экспериментальная установка позволила им понять: они на правильном пути, их идеи и расчеты верны.

Концепция, благодаря которой они сделали свое изобретение, вообще-то известна всем иллюзионистам. Когда они хотят сделать кого-то невидимым на сцене, то прячут человека или иной объект за зеркала, которые так хитро отражают окружающую обстановку, что кажется: никаких зеркал тут и вообще нет.

«Наша задача состояла в том, чтобы заставить свет обогнуть объект примерно так же, как вода в ручье огибает камень, – пояснил профессор Девис. – А коль от объекта не будет отраженных лучей, формирующих его изображение в глазу, то нам и будет казаться, будто объект стал невидимым».

На практике эту идею ученый и его коллеги осуществили так. Вместо зеркал они используются несколько концентрических колец, расположенных на золотой подложке. А сами кольца сделаны из полиметилметакрилата, или, говоря проще, обычного органического стекла.

Если посмотреть на эту конструкцию сверху в микроскоп, она несколько напоминает многорядную дорожную развязку. Только в данном случае объект, расположенный в центре подложки, обтекают не автомобили, а световые лучи, изгибаемые прозрачным акриловым стеклом.

А поскольку мы привыкли считать, что свет, а тем более лазера, распространяется строго по прямой, то возникает обман зрения – объект в самом центре глаз не видит. А разглядит лишь то, что находится уже позади него.

Прототип Шалаева. Исследователей из Университета Мэриленда, в свою очередь, подпирают физики из университета Пердью в Уэст-Лафейетте (штат Индиана). Они уже сконструировали первый прототип «шапки-невидимки», способной укрыть от нежелательного взора любой объект. Но тоже пока в определенных диапазонах длин волн видимого света.

Во главе этой группы стоит работающий в США российский физик Владимир Шалаев. «Уже создана математическая модель нашей конструкции, – пояснил ученый, – основанная на численном решении уравнений Максвелла, описывающих распространение электромагнитного излучения, которым, в частности, является и видимый свет».

Своим происхождением эффект опять-таки обязан электромагнитным характеристикам материала, из которого изготовлена «шапка-невидимка», а точнее говоря, их постепенному изменению в пределах «шапки». При нужном распределении этих характеристик свет начинает плавно «обтекать» и «шапку», и накрытый ею объект, а наблюдатель получает возможность без всяких искажений видеть то, что ранее скрывалось в тени этого объекта.

Однако пока даже в теории подобное возможно лишь для отдельных длин волн видимого диапазона. Удастся ли сделать «шапку-невидимку» универсальной, то есть «мультиволновой», остается пока неизвестным.

Зеркальный «плащ» для невидимок. Как видите, исследования ведутся наперегонки. И многие ученые не скупятся на щедрые посулы и авансы. Например, сотрудники университета Дьюка, США, собираются вскоре продемонстрировать покрытие, которое сделает невидимкой целую атомную субмарину! Такая лодка сможет действовать практически безнаказанно: для ее обнаружения придется разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы, либо глубоко модернизировать существующие сонары.

И вот вам последнее известие с фронта научных исследований. Создана модель «плаща-невидимки», который действительно может скрыть объект от человеческого глаза. В отличие от предыдущих версий «магического» покрытия, работавших в инфракрасном диапазоне, новый «плащ» эффективен в области длин волн, соответствующих видимому свету, сообщает журнал Nano Letters.

Ученые из Университета Калифорнии в Беркли (США) летом 2011 года сообщили о создании защитного покрытия, способного делать объекты невидимыми во всем диапазоне длин волн видимого света. Предыдущие попытки создания «невидимости» использовали в основном метаматериалы на основе металлов. Однако такой состав оказался неприемлемым при приближении к видимому диапазону длин волн, поэтому, как пояснила профессор Мичиганского университета Елена Семушкина, ряд групп обратились к созданию диэлектрических «плащей-невидимок». Они не имеют проводящих свойств металлов и больше похожи на стекло.

Еще один вариант, предложенный специалистами из Бирмингема, – использование для «плащей-невидимок» материалов из так называемых одноосных кристаллов. Для таких кристаллов характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла). Материалы на одноосных кристаллах позволяли «прятать» микрообъекты от видимого света, однако лишь в случае его особой поляризации. Усовершенствование этой технологии позволило эффективно скрывать относительно большие объекты (размером около 300 нм на 6 мкм) под отражающим «защитным покрытием».

Говоря проще, такое покрытие представляет собой гладкое оптическое зеркало, которые скрывает объект в видимом диапазоне длин волн. «Вы, словно фокусник, прячете объект под особым материалом, который внешне выглядит как обычное зеркало – сквозь него не видно объекта, находящегося внизу. Внешний наблюдатель и не предполагает, что под зеркалом что-то находится», – пояснил суть дела профессор Сян Чжан, под руководством которого выполнялась работа.

Чтобы заставить видимый свет «обойти» спрятанный объект, исследователи изобрели материалы с переменным показателем преломления – это метаматериалы, не существующие в природе. Для этого волновод из нитрида кремния поместили на прозрачную нанопористую подложку оксида кремния, которая имела меньший показатель преломления, чем волновод. «Это первый пример “шапки-невидимки”, действительно работающей в видимом диапазоне длин волн», – подчеркнул Чжан.

Путешествия к центру Земли

Помните, как совершили путешествие в глубь Земли герои Жюля Верна? Расшифровали таинственную записку, спустились в древний кратер и подземными ходами добрались куда хотели…

На самом деле даже через самую глубокую пещеру нельзя попасть к ядру планеты. А потому ученые осуществляют «путешествия к центру Земли» иными способами. Одни из них изобретают разного рода подземные лодки, капсулы и буровые снаряды. Другие же вообще не выходят из своих лабораторий и тем не менее ухитряются узнать, что именно происходит в недрах Земли на глубинах в десятки и даже сотни километров.

Как именно они это делают? Вот что рассказал о работе своих коллег директор Института физики высоких давлений имени Л.Ф. Верещагина, член-корреспондент РАН С.М. Стишов.

«Исследователи давно пытаются заглянуть в недра нашей планеты, – начал свой рассказ Сергей Михайлович Стишов. – Однако даже сверхглубокая скважина на Кольском полуострове не позволила проникнуть в глубь Земли далее 12 км – чудовищные давления и температуры не дают бурить дальше. Поэтому пришлось использовать обходные способы, а именно смоделировать условия земных недр»…

Новокраматорский пресс-гигант в Институте физики высоких давлений

Каким образом? Вот вам одно любопытное описание: «Мы стояли, держась за поручни стального ограждения лестницы, которая, как в пропасть, уходила в глубь громадного бетонного “колодца”. В нем, наверное, свободно бы разместился многоэтажный жилой дом. Когда глаза привыкли к полумраку, можно было рассмотреть детали циклопической конструкции, которая тянулась вверх с бетонного днища»…

Думаете, это цитата из фантастического романа? Вовсе нет. Таким увидел четверть века тому назад самый большой пресс СССР репортер одной из центральных газет.

Разместили пресс в здании, напоминающем своими размерами зимний стадион: длина строения – 84 м, ширина – 36, высота – 30 м.

И сама махина весом 5000 т будто бы прибыла из страны великанов. Один лишь цилиндр «поршня», с помощью которого пресс мог развивать усилие в 50 000 т, а давление в 3 млн атмосфер, имел массу в 60 т и высоту в два человеческих роста.

На нашей планете есть еще несколько прессов примерно такой же мощности, но они построены для промышленных целей. А этот гигант единственный, что был создан специально для ученых на Ново-краматорском машиностроительном заводе.

Этим достижением в немалой степени гордился тогдашний директор Института физики высоких давлений академик Леонид Федорович Верещагин. Ведь ему приходилось начинать свои исследования на куда более скромном оборудовании. Первый пресс, на котором Верещагин вместе с двумя научными сотрудниками и одним механиком получил еще до войны рекордное для нашей страны давление – 10 тыс. атмосфер, – занимал всего лишь угол скромной лаборатории.

Впрочем, сейчас в институте тоже больше не увидишь прессов-гигантов. И не только потому, что у нашей науки теперь нет средств на их создание. Огромные давления ученые научились получать более скромными средствами.

Знаете ли вы, например, что любой из читающих эти строки способен буквально пальцами развить давление около 3 т… Каким образом? Для этого надо лишь взять в руки иглу и силой воткнуть ее в какой-либо материал. Давление, развиваемое при этом на кончике иглы, и даст искомую величину.

Примерно так концентрируют усилия современные исследователи. В рабочей камере гидравлического пресса на острие алмазной наковальни они получают такие же давления, как на глубине в сотни и даже тысячи километров.

А когда мощи гидравлики становится недостаточно, призывают на помощь удар или даже взрыв. Именно с помощью взрывов, проводимых опять-таки в особых камерах, еще в 50-х годах прошлого века были получены из графита первые промышленные алмазы. Сейчас технологи научились получать алмазные зерна величиной до 5 каратов, широко используют их в алмазных инструментах для обработки особо твердых сплавов и материалов.

«Благодаря методам исследования, созданным в нашем институте совместно с фондом Карнеги в Вашингтоне, проведена серия исследований свойств серы при высоких давлениях, – продолжал свой рассказ Стишов. – Оказалось, что этот химический элемент, в обычном состоянии представляющий собой почти идеальный диэлектрик, под давлением переходит в металлическое состояние со сверхпроводящими свойствами, сохраняющимися до температуры примерно в 16 К. При этом изменяется даже цвет элемента. Желтая сера становится красной и, наконец, чернеет, превращаясь при этом в металл. Эта работа имеет большое фундаментальное и практическое значение. Возможно, что с помощью металлической серы будут создано новое поколение сверхпроводящих сплавов, работающих при высоких температурах»…

Сейчас исследователи готовятся к следующему шагу в познании глубинных тайн Земли. Исследователи вскоре получат возможность узнать, как ведут себя различные вещества при тех давлениях, которые царствуют в самом центре Земли. Эта проблема чрезвычайно важна с познавательной точки зрения. Разведочные сейсмические волны показывают, что в глубинах залегают плотные вещества. Какие?

Об этом шел многолетний спор. Многие исследователи считали, что ядро Земли слагают породы с очень богатым содержанием железа. Причем одни полагали, что ядро это жидкое, другие считали его твердым, сдавленным чудовищными давлениями. Истина, пожалуй, в золотой середине.

«Если бы ядро Земли было жидким, то процессы, происходящие внутри нашей планеты, напоминали бы скорее атмосферные явления – смерчи, торнадо и другие “завихрения”, – подчеркнул директор Института физики высоких давлений. – Однако на практике мы видим большее сходство этих процессов с океаническими – тихими, плавными и спокойными»…

В общем, по мнению Стишова и его коллег, ядро нашей планеты по вязкости напоминает застывающее стекло или… густой мед! Они уверены в этом процентов на восемьдесят. Более точные выводы можно будет сделать, когда ученые смогут создать в лаборатории условия, сравнимые с реально существующими в недрах планеты. Пока же экспериментальные давления меньше тех, что существуют в ядре Земли примерно на порядок.

Кроме того, очередные эксперименты, бесспорно, дадут много новых сведений о возможном состоянии вещества не только в ядре нашей Земли, но и в недрах Юпитера, Сатурна и других планет.

Проект «горячая капля»

Сегодня мир завален радиоактивными отходами и отработанным ядерным топливом. И с ними надо что-то делать, если мы не хотим, чтобы нас всех вскоре погубил радиоактивный потоп. А это может случиться даже в том случае, если больше не будет ядерных катастроф, подобных Чернобыльской или Фуросимской.

Что же делать? Вот какую историю по этому поводу рассказал академик РАЕН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторий сравнительного изучения Земли и планет Института физики Земли РАН Олег Борисович Хаврошкин.

Где хранить отходы? Каков обычный цикл работы, скажем, атомной электростанции? Случаются всякие проливы, протечки, заражается спецодежда. В итоге получаем низко– и среднеактивные радиоактивные отходы. Свою активность при захоронении они потеряют лет через триста…

Но это – еще цветочки. Такие отходы худо-бедно научились перерабатывать. Суть переработки заключается в следующем. Жидкости выпаривают, а сухие остатки можно зацементировать в бетонные блоки, которые затем помещают в хранилища, где они должны пролежать несколько сот лет, пока не потеряют свою активность.

Такие хранилища уже построены. И постепенно заполняются подобными блоками.

Однако, кроме таких отходов, существует еще и отработанное ядерное топливо. А стержни или капсулы с ним имеют одну неприятную особенность. При работе атомного реактора происходят некоторые ядерные реакции, при которых накапливаются высокоактивные элементы, период полураспада которых может достигать миллионов лет!

Вот с ними-то как поступать?

Первыми задумались над этой проблемой американцы. И решили создать могильник с гарантией хотя бы на 100 тыс. лет – глядишь, за это время человечество придумает, как быть дальше. Вместить он должен был около 90 тыс. т отработанного топлива. Все, что накопили за полвека атомной энергетики в США.

Подобрали подходящую гору на месте бывшего атомного полигона в Неваде. Гора Яка – так она называется – только что не звенела: сложена из твердых силикатных пород, крепка, как сейф.

Однако власти штата все же заподозрили неладное. Посчитали, что соседство с федеральной ядерной свалкой отпугнет денежных гостей игорного Лас-Вегаса. И позволили себе подвергнуть сомнениям гарантии спецов, хотя те и заявили во всеуслышание: мол, даже за 100 тыс. лет даже капля не просочится из свалки на поверхность!

Проверить истинность таких заявлений пригласили независимых экспертов. Представьте себе – из России. А среди них, на беду штатовских ядерщиков, оказался дотошный геолог Юрий Дублянский. Он-то вскорости и доказал, что выбранная гора не подходит для размещения могильника. Поскольку даже при нынешних геологических и климатических условиях не гарантирует стопроцентной сохранности отходов. А за 100 тыс. лет и климат и тектоника недр могут еще о-го-го как измениться!

На всей планете радиоактивные отходы лежат до поры на поверхности или во временных хранилищах

Таким образом, крупнейший федеральный проект Штатов благополучно завис. А с ним и миллиарды долларов, что уже заложены в строительство. Деньги, конечно, жаль. Но здоровье все же дороже. Тем более, что руководитель одного из наших атомных институтов подсчитал, что в горе Яка, кроме всего прочего, скопилось бы около 1000 т оружейного плутония. И при некотором неблагоприятном стечении обстоятельств мог бы прогреметь взрыв…

А что ядерные отходы иногда имеют свойство взрываться, мы уже убедились на собственном опыте. Когда в районе Челябинска около сорока лет назад грохнуло хранилище жидких радиоактивных отходов, мало никому не показалось. Последствия того взрыва ощущаются и по сей день.

Может быть, поэтому не стали спешить с возведением огромного хранилища высокоактивных отходов в вечномерзлых породах на Новой Земле. Хотя Госатомнадзор, Комитет по экологии и Минздрав России уже высказали свое одобрение проекта. И лишь все тот же Дублянский позволил себе усомниться: «В свете глобального потепления вечная мерзлота на Новой Земле может оказаться отнюдь не вечной. И отходы начнут мигрировать»…

В общем, и поныне на всей планете радиоактивные отходы лежат до поры на поверхности или во временных хранилищах. Например, в Швеции их пакуют в контейнеры, которые опускают на дно в специальные камеры, расположенные под землей на глубине 50 м в прибрежной зоне Балтийского моря.

У нас в НПО «Маяк» на Урале действует опытно-производственная линия по упаковке радиоактивных отходов. Выглядит это примерно так. В печи расплавляют стекло. Добавляют внутрь высокоактивные отходы и остужают. Получаются полупрозрачные цилиндры, внутри которых зацементирована отрава. Для пущей сохранности стеклоблоки затем помещают в металлические контейнеры, которые затем заливают бетоном. А уж бетонные блоки прячут под землю. Считается, надежнее некуда. Но…

Во-первых, технология получается очень дорогостоящей. Во-вторых, к сожалению, не очень надежной. Так, в США ухлопали миллиард долларов на строительство пробного опытного хранилища. А когда поместили в него первую партию отходов, его вскоре тряхнуло незапланированным землетрясением. И тут же выяснилось, что в конструкции хранилища в первый же год эксплуатации появились непредусмотренные повреждения. Вот вам и 100 тысяч лет гарантии!..

«Тонущий реактор». Выход из положения нашли наши специалисты. Суть проекта под названием «Горячая капля» в общих чертах такова: взять скопом высокоактивные отходы, включая отработанное ядерное топливо, и отправить на десятки и сотни километров в глубь планеты. Фантастика? Однако наши исследователи так не считают.

«Как-то зашел ко мне Алексей Владимирович Бялко, ученый секретарь Института теоретической физики, и рассказал об идее, которую он разрабатывал вместе со своим директором академиком И. Халатниковым, – вспоминает О.Б. Хаврошкин – Хорошо бы, говорит, сделать металлическую оболочку, скажем, из вольфрама и молибдена или иных тугоплавких материалов диаметром несколько метров. В этот шар надо загрузить отработанное ядерное топливо, прицепить контейнер с научной аппаратурой и отправить вглубь»…

Причем, по идее, для такого путешествия вовсе не надо прокладывать глубинных шурфов. Контейнер сам может затонуть. И не в воде, а земной толще. Надо лишь создать соответствующие условия. Какими должны быть эти условия, можно ли их реально получить без особых хлопот, Бялко и просил посмотреть специалистов по физике Земли.

Хаврошкин вместе с коллегами стал прикидывать. И вскоре выяснил, что создать такой «тонущий реактор» вполне можно. Достаточно собрать вместе порядка 100 т радиоактивных отходов, и они начнут разогреваться. Причем если средняя температура плавления горных пород порядка 800 °С, то контейнер может дать и 1200 °С! В итоге он будет расплавлять под собой горную породу. А поскольку трансурановые элементы, из которых и состоят отходы, обладают большим удельным весом, то шар постепенно начнет тонуть в земных пластах.

А прикрепленная к нему аппаратура попутно бы сообщала на поверхность о строении земных недр. Ведь прямых измерений и наблюдений строения не было и нет до сих пор. Информация такого рода без преувеличения бесценна. Плюс главное – захоронение вреднейших отходов.

Такова была идея, так сказать, в чистом виде. Однако, узнав о ней, тут же забили тревогу экологи: «Хватит нам уже экспериментировать в экосфере. Хватит и того, что уже натворили!» Сами представьте, что задумывалось: контейнер диаметром несколько метров набивается смертельно опасными отходами. И происходит все прямо на поверхности. Потом все это начинает разогреваться до 1200–1600 °C. А где гарантия, что все это не рванет?.. Да и так радиоактивное излучение составит тысячи рентген…

В общем, очень скоро и сами авторы проекта поняли: старт с поверхности Земли такого снаряда практически не осуществим. Очень велик риск. Кроме того, потребуется специальная автоматика. А роботы в условиях высоких излучений работают очень плохо – Чернобыль это показал.

Пришлось модернизировать идею. Второй вариант выглядел уже так. Раз контейнеру нельзя стартовать с поверхности, следовало соорудить полость (сферу диаметром метров пять) там, где не опасно. А где? Скажем, на глубине в несколько километров, где уже нет никаких почвенных вод, где нет опасности, что всю эту радиоактивную дрянь вынесет на поверхность.

Технология подобных операций уже отработана при подготовке подземных ядерных взрывов. Сперва в подходящем по геологическим и прочим условиям месте бурится скважина диаметром 15–20 см. Затем на глубине в несколько километров создается полость. Для этого есть несколько способов – механический, химический… Но проще всего это сделать при помощи взрыва. В недрах образуется полость, в которую и загружают радиоактивные отходы.

Каким образом 100–150 т отходов просунуть в полость через дырку в земле диаметром всего 15–20 см? Отходы предварительно упаковывают в капсулы диаметром порядка 10 см. Материал оболочки особого значения не имеет – все равно он вскоре расплавится. А отработанное топливо так можно и опускать непосредственно в ТВЭЛах – тепловыделяющих элементах, в которых они были в самом реакторе.

Заодно капсулирование позволяет нам решить и проблему безопасности. Часть капсул можно напичкать поглотителем нейтронов и иных высокоэнергетичных частиц с таким расчетом, чтобы ни при каких условиях под землей не началась неуправляемая цепная реакция, могущая привести к атомному взрыву.

Нам нужно лишь, чтобы все это загруженное добро разгорелось до температуры плавления окружающих пород. И начало этакой «горячей каплей» (отсюда, кстати, и название проекта) просачиваться вглубь, уходя все дальше от поверхности Земли. Навсегда.

Затем вслед за первой «каплей» можно отправить в недра Земли следующую. И так до тех пор, пока на поверхности не останется ни одной тонны вредных отходов.

На основании этой идеи ее авторы проработали множество вариантов, которые были застолблены добрым десятком патентов, и стали ждать похвалы за ценную разработку.

Не упустить «жар-птицу». Их действительно похвалили. Но как-то очень уж сдержанно. Тому было несколько причин. Во-первых, как оказалось, подобную идею уже выдвигали ранее. Сначала – двое засекреченных французов сделали доклад на закрытой сессии НАТО в конце 50-х годов прошлого века. Затем американец С. Логан сделал серию публикаций на эту тему. Однако ни натовцы, ни американцы дальше разговоров не пошли.

Эстафету подхватили наши – целая когорта россиян: Б. Замышляев, В. Чернышев, Ю. Зецер, И. Монастырский, Н. Косяков, В. Кащеев, А. Никифоров, П. Полуэктов, А. Поляков… Но и они по разным причинам не довели начатое до практического результата.

В частности, палки в колеса стал ставить могущественный Минатом. Если помните, в печати немало говорилось о том, что наши генералы от атомной промышленности берутся по-своему решить проблему захоронения отходов. Но и деньги они хотят за это немалые – не менее 1,5 млн долларов за каждую тонну ядерных отходов. А тут появляется более дешевая и качественная технология…

И зарубежные поставщики радиоактивных отходов задумались. Зачем отправлять эти отходы в России, платя немалые деньги, если есть способ самим их захоронить более дешевым способом?

Да и надо ли избавляться от них навсегда? То, что ныне является вредными отходами, завтра может оказаться ценнейшим сырьем…

О.Б. Хаврошкин и его коллеги подумали и над этим вариантом. У них есть и методика, так сказать, промежуточного захоронения. Не навсегда, но надолго. Скажем, в слоях каменной соли…

Но подробно говорить о ней преждевременно. Надо бы сначала заключить соответствующие договоры, чтобы не упустить драгоценную «жар-птицу» из рук.

Звезда в… печи?

Какие источники энергии должны прийти на смену современным тепловым электростанциям? Ряд ученых предлагает полнее использовать энергию ветра, воды, солнца или тепло недр, другие – атомные и термоядерные реакторы… Ну а третьи полагают, что выручить человечество может изучение некоторых, пока еще во многом загадочных для науки процессов. К последним принадлежит екатеринбургский изобретатель Михаил Иванович Солин, запатентовавший конструкцию квантового реактора нового типа.

Все началось, как это часто бывает, случайно. В 1976 году молодого тогда еще инженера-физика Михаила Солина отправили в служебную командировку. В городе Усть-Каменогорске на одном из местных предприятий он вместе с коллегами должен был провести ряд экспериментов по выплавке и очистке большой партии циркония.

В печь была заправлена исходная смесь. Агрегат вышел на заданный режим, и тут аспирант Солин заметил странную вещь: печь резко сократила потребление электроэнергии. Между тем она продолжала полыхать жаром. Более того, в центре расплава образовался сияющий, раскаленный добела конус. Он стал расти, испуская во все стороны излучение. Дойдя до какого-то максимума, конус ухнул вниз, образовав в расплаве лунку примерно таких же размеров. А потом все началось снова…

На всякий случай эксперимент решили прекратить. Печь отключили. Михаил Солин забрал образцы, скопировал ленты самописцев, зафиксировавших ход процесса, и отбыл домой. Где и стал думать, почему такое могло произойти. Примерно год он анализировал полученные результаты, писал отчет, строил гипотезы… А потом доложил результаты на научном совете.

Суть его доклада состояла в следующем. Обычно цирконий – металл, используемый в атомной промышленности, – выплавляют килограммами в небольших электрических печах. Но в данном случае была затеяна рекордная плавка – наши специалисты решили поставить мировой рекорд по выплавке редкоземельного металла. И таким образом по чистой случайности собрали массу, которая превысила некий критический уровень.

Далее, нагрев массы в электропечах производится с помощью электричества, которое дает не только тепло, но и порождает индукционные токи, которые, в свою очередь, могли вызвать некую перестройку в атомно-молекулярной структуре металла, привели к возникновению реакции, которая и породила выброс энергии…

В общем, подвел итоги Солин, похоже, что мы имеем дело с ядерным реактором совершенно нового типа. И попросил разрешения повторить опыт, чтобы накопить больше фактического материала. Члены совета задумчиво покачали головами: будучи металлургами, они не очень-то разбирались в ядерных реакциях. Но поскольку Солин доказал соответствующими расчетами, что эксперимент не выйдет из-под контроля в некий закритический режим, то опыт повторить ему разрешили. Более того, даже выделили кинооператора, который должен был запечатлеть все стадии загадочного явления.

Эксперимент повторили. И загадочные пульсации возникли вновь, были зафиксированы на кинопленку. Сняты были и показания самописцев.

Схема реактора М.И. Солина

Выяснилось, что пульсации расплавленного металла действительно служат источником энергии. Более того, значительная часть этой энергии выбрасывается в виде колебаний электромагнитного поля. То есть получается: поставь индукционные катушки – и качай из печи электроэнергию!

Экспериментатор хотел еще продолжить исследования, но завод должен давать план, печь нужна для выпуска основной продукции. Опыты отложили до лучших времен, предложив пока аспиранту разобраться в сути того, что происходит в печи, на теоретическом уровне.

Михаил Иванович стал выяснять что и как. А когда разобрался, оказалось, что печь превращается в своего рода реактор, способный не только производить энергию, но и синтезировать новые элементы.

Сегодня М.И. Солину удалось разработать и запатентовать девять пионерных изобретений, на основе которых создана конструкция экологически безопасного квантового ядерного реактора.

В основе своей реактор Солина имеет все ту же электрическую печь для выплавки редкоземельных металлов. Ванна такой печи теперь превратилась в активную зону, куда загружается энергетическое топливо. Только в качестве его используются не радиоактивные изотопы урана или плутония, а экологически чистые металлы группы ниобия, гафния, молибдена, вольфрама или того же циркония.

Ванна с металлом размещается в вакуумной камере, над которой стоят регулирующие элементы и электронная пушка. Элементы-электроды могут быть сделаны из титана, того же циркония, молибдена, вольфрама и некоторых других редкоземельных материалов.

Индукционные токи, проходящие как через массу металла в ванне, так и через электроды, разогревают расплав до жидкого состояния. Этому же способствует и поток энергии от электронной пушки. Но, впрочем, поток электронов в основном используется для управления процессом, его тонкой настройки. Грубая же осуществляется путем механического перемещения электродов, их сближения или отдаления друг от друга.

Когда в массе расплава начинаются колебательные процессы, агрегат перестает потреблять энергию и начинает ее выделять. По мнению автора, в ванне, словно в недрах некоей звезды, образуется сверхпроводящий ядерный конденсат. «Он представляет собой магнитное жидкометаллическое ядерное топливо, выделяющее энергию с генерированием когерентного излучения в условиях осуществления ядерных сказовых превращений в массе исходного продукта и объединения в ней электромагнитного, гравитационного и ядерных взаимодействий» – так сформулировал суть происходящего сам Солин.

Ну а если выразиться проще, то энергия, вероятно, выделяется за счет того, что в расплаве самопроизвольно образуются пространственные структуры, имеющие форму полых сфер и цилиндров. Внутри их, по всей вероятности, и протекают реакции ядерного синтеза, зарождаются и скапливаются заряженные частицы. Неким упрощенным аналогом этого процесса может послужить кавитация в жидкости, когда образующиеся и охлопывающиеся пузырьки несут в себе немалые заряды энергии.

Как полагает М.И. Солин, разработанный им реактор имеет немалые преимущества по сравнению с ныне существующими ядерными. Во-первых, электрическая печь, лежащая в основе конструкции, стоит примерно в 1000 раз дешевле самого простого «атомного котла». Во-вторых, заготовить для нее «горючее» тоже стоит намного дешевле, чем произвести очистку природного урана. В-третьих, за счет того, что большая часть энергии выделяется в виде электромагнитного излучения, а не тепла, возможно прямое получение электричества, не нужно вторичных контуров преобразования энергии. В итоге КПД установки не 35 %, как у лучших ядерных энергоустановок, а около 85 %. Наконец, в ходе работы не образуются высокорадиоактивные отходы.

В общем, единственный существенный недостаток данной конструкции – ее еще не существует. А пока Солин все ищет средства для проведения дальнейших экспериментов, из-за рубежа пришла весть, что в США начаты работы над конструированием гафниевого реактора аналогичного типа. В общем, пока мы запрягаем, другие уж начинают ездить. «Между тем подобные реакторы – изобретение исконно российское, – грустно шутит Михаил Иванович. – Вспомните хотя бы Емелю из известной сказки. Как вы думаете, какой источник энергии заставил двигаться русскую печь?..»

Эльбрус нас обогреет?

Вулкан Эльбрус – неисчерпаемый альтернативный источник энергии. К такому заключению пришли участники научной конференции в Кабардино-Балкарии. Однако этому выводу предшествовало вот что…

Ученые заинтересовались вулканом не случайно. Несколько лет тому назад они были весьма заинтригованы сообщением, что дремавший около 900 лет вулкан Эльбрус начал оживать. Во всяком случае, местные жители стали замечать, что из трещин на склоне горы повалил пар. Это могло означать, что в скором времени Эльбрус проснется, состоится очередное извержение.

Случаи, когда спящие вулканы внезапно просыпались, не так уж редки. Классический пример – участь жителей Помпей. Как всем известно, внезапно проснувшийся вулкан Везувий за одну ночь засыпал город вулканическим пеплом.

После этого Везувий снова заснул. Однако и поныне он не утратил боевого пыла. На его склонах круглосуточно несут вахту десятки автоматических приборов, а мэр Неаполя и руководители близлежащих городков ломают себе голову над планами эвакуации жителей в случае, если вулкан вдруг проснется. Говорят, чтобы волна вулканических газов, выброшенная из жерла Везувия, добралась до центра Неаполя, понадобится всего 40 минут.

А вот вам более свежий пример. Вулкан Попокатепетль в Мексике не зря считается самым опасным в мире. Потому как в непосредственной близости от него проживает около 30 млн человек. Всего в 40 минутах езды на автомобиле в одну сторону от него расположился один из самых больших и населенных городов мира – Мехико, а в 30 минутах езды в другую – город Пуэбло. Еще более 300 тыс. человек живут у самого подножия огнедышащей горы, поскольку земля, обильно посыпанная вулканическим пеплом, дает высокие урожаи.

Вид Эльбруса из космоса

В прошлом столетии «дымящаяся гора» – именно так переводится название Попокатепетль с языка местных индейцев – бездействовала целых 70 лет. Но под конец века вулкан проснулся. И 18 декабря 2000 года началось извержение, едва не стоившее жизни многим десяткам тысяч людей. Избежать полномасштабной катастрофы удалось благодаря системе предупреждения вулканического извержения, которую мексиканские и американские сейсмологи начали разрабатывать еще в 70-х годах прошлого столетия, когда вулкан стал подавать первые признаки жизни.

«В среднем извержение вулкана на нашей планете происходит каждую неделю, – сказал руководитель группы вулканологов Джэн Миллер. – Так что говорить об актуальности нашей работы лишний раз не приходится»…

И в нашей стране вулканов тоже предостаточно. Каждый год происходят большие и малые извержения на Камчатке. Теперь вот вроде и Эльбрус зашевелился… Он находится на границе двух литосферных плит. Подобная ситуация прослеживается в Альпах и на Тибете. Но там вулканов нет. Здесь же, кроме Эльбруса, в вулканической деятельности подозревается Казбек. Кроме того, аналогичную природу имеет вулкан Арарат. Здесь же находится несколько вулканов в районе озера Ван. То есть налицо цепь вулканов, которая пересекает так называемое кавказское направление. И оно непосредственно связано с огромными разломами, которые ведут свое начало от Африки.

Ныне исследователи проводят самый тщательный мониторинг вулкана Эльбрус, стараясь понять, когда он может проснуться. В итоге они пришли к выводу, что особых поводов для беспокойства пока нет. Эльбрус, последнее извержение которого наблюдалось примерно в 50 году нашей эры, по-прежнему находится в глубокой дреме.

«Вулкан Эльбрус не побеспокоит нас по крайней мере в ближайшие сотни лет, – полагает заведующий кафедрой чрезвычайных ситуаций Кабардино-Балкарского госуниверситета профессор Александр Шевченко. – Наши исследования Эльбрусского вулканического центра проводились совместно со Стэнфордским университетом, и были получены уникальные данные по строению и геодинамике Эльбруса. Создана детальная геологическая карта вулкана на основе космических исследований, изучена и датирована прошлая активность вулкана»…

По словам ученого, выводы о тепловых полях в районе Эльбруса позволяют использовать вулкан в качестве источника энергии. Это неисчерпаемый энергопотенциал, которого хватит не только Приэльбрусью. Нужны только тепловые насосы, с помощью которой можно будет передавать тепло из глубин на поверхность.

Впрочем, не все исследователи настроены столь благодушно. По мнению лауреата Демидовской премии, академика Олега Алексеевича Богатикова, Эльбрус ныне является одним из самых опасных вулканов на территории России. Ему даже присвоена категория взрывного.

Вулканологи определили, что в последнее время на 1,5–2° повысилась температура почвы. А из трещин на склоне горы повалил пар. Это означает, что в скором времени Эльбрус может проснуться, состоится очередное извержение.

«Вообще на нашей планете существует довольно много вулканов, которые в настоящее время спят, – пояснил академик. – Но этот сон не вечен. Время от времени такие вулканы просыпаются, и тогда жди беды»…

Ныне исследователи проводят самый тщательный мониторинг вулкана Эльбрус, стараясь понять, когда он может проснуться. Обнаружена жидкая магма на глубине 5 км. Это показывает, что ждать извержения, возможно, уже недолго.

Если склоны вулкана в этот момент будут покрыты снегом и льдом, то в дополнение ко всем неприятностям следует ждать схода селей и наводнения.

Однако, по мнению академика Богатикова, примерно за полмесяца до извержения вулкан обязательно даст знать о себе предварительными сигналами – небольшими толчками и выбросами пара. Так что у властей будет достаточно времени, чтобы принять меры по эвакуации людей из близлежащих селений.

Завод на вулкане

Осенью 2000 года ученые Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН начали уникальный технологический эксперимент. Впервые в мире на вершине действующего вулкана они разместили опытно-промышленную установку. С ее помощью исследователи надеются получить из вулканического газа стратегически важный и редкий металл рений.

Зачем нужен рений? Редкие металлы потому так и называются, что их содержание в земной коре невелико. Всего известно около 40 таких элементов. Часть из них заключена в минералах. Другая часть представляет собой так называемые рассеянные редкие металлы. Как показывает уже само название, они не формируют собственных месторождений, а присутствуют в виде примесей в других рудах: германий – в углях, висмут – в медных рудах, галлий – в бокситах…

Рений – металл, который до последнего времени считался рассеянным. В природе он встречается в основном в виде примесей в молибдените. Минералы же рения – например, джезказганит – настолько редки, что представляют собой научную ценность.

На вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа найден новый минерал – рениит

Между тем высокопрочные сплавы для космической и авиационной техники немыслимы без рения. Добавка всего от 4 до 10 % рения позволяет им выдерживать температуры в 2000° и более без потери прочности. Именно из рениевых сплавов изготавливают ныне корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов. Кроме того, рений используется в нефтехимической промышленности – в биметаллических катализаторах при крекинге и риформинге нефти. Применяется он также в электронике и электротехнике – здесь из него делают термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д. Впрочем, до недавнего времени об уникальных свойствах рения практически ничего не знали. Скажем, за период с 1925 по 1967 год вся мировая промышленность израсходовала всего 4,5 т рения. Ныне же потребность только США составляет около 30 т в год. И спрос все растет…

Дорого не только золото. Однако рений – очень ценный металл. Стоимость даже неочищенного сырья – перрината калия – оценивается на мировом рынке по 800 долларов за килограмм. Очищенный рений стоит и того дороже: в зависимости от степени очистки его цена колеблется от 1,5 до 900 долларов за грамм.

Долгое время его получали исключительно как побочный продукт производства меди и молибдена. При обжиге медного или молибденового концентрата рений в виде оксида вылетает из печных труб. Его улавливают фильтрами и пропускают через серную кислоту. Образуется перринат калия, из которого затем и выделяют чистый рений.

В 1990 году Советский Союз использовал порядка 10 т рения, из которых 70 % – в авиации, 5 % – в нефтехимии, 5 % – в электронике и 20 % – в других отраслях.

Однако потом случилась незадача. В Советском Союзе основным потребителем рения и его соединений была РСФСР (около 70 % суммарного потребления), а производителем – Казахская ССР (более 70 % суммарного производства). Вообще по запасам рения казахи стоят на втором месте в мире после американцев. И после развала СССР они резко подняли цены на рениевое сырье.

Примерное такое же положение и с другими месторождениями. Ведь кроме медистых песчаников Джезказганского месторождения для получения рения использовали медно-молибденовые месторождения в Узбекистане и Армении, а также на крупнейшем в мире медно-молибденовом месторождении Эрдзнет в Монголии.

В общем ныне на нашу долю остались лишь три мелких месторождения в Читинской области и на Кавказе. Разработка их нерентабельна, так что сырьевая рениевая база России сейчас на нуле. Пока наши промышленники выходят из положения, договариваясь с бывшими соотечественниками из Узбекистана и Казахстана и получая рений в порядке обмена на другие товары.

Но этот способ ненадежен. При малейших международных осложнениях мы можем лишиться импортного сырья. Нужно было искать иной выход из положения. Теперь он найден.

Месторождение в кратере. « Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными почти случайно, – вспоминает доктор геолого-минералогических наук А. Кременецкий, заместитель директора Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) Министерства природных ресурсов и РАН. – На Сахалине в городе Южно-Сахалинске есть Институт вулканологии и геодинамики Российской академии естественных наук. Директор его – Генрих Семенович Штейнберг уже много лет организует научные геологические экспедиции с участием ученых из Новосибирска, Москвы, Иркутска и других городов».

И вот во время такой экспедиции в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) вели наблюдение на вулканах Южнокурильской гряды и на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа нашли новый минерал – рениит. Содержание рения в нем достигает 80 %. Стало быть, из него можно получать рений. А еще лучше и проще использовать в качестве сырья прямо выходящий из-под земли газ.

Вулкан Кудрявый высотой 986 м – так называемого гавайского типа – отличается довольно покладистым нравом; он не взрывается, тихо тлеет.

«На его вершину можно взобраться и без особых опасений заглянуть в его кратер, – рассказывают вулканологи. – При этом в темную ночь, вы можете увидеть в глубине раскаленную ярко-красную лаву, бурлящую, словно вода в котле. За последние сто лет она ни разу не прорывалась на поверхность – видимо, кратер хорошо продувается газами»…

Поэтому именно Кудрявый и был выбран в качестве экспериментальной площадки для строительства завода на вулкане. Кроме того, тут имеется 6 фумарольных полей – площадок размером 30×40 м с большим количеством мест выхода газа. Из них четыре – высокотемпературные; вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 °C. А только на таких «горячих» полях и образуется минерал рениит. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200° он практически отсутствует.

Наши исследователи с помощью специально сконструированных приборов установили, что рения непосредственно в вулканическом газе содержится около 1 г на тонну. За одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тыс. тонн газов или за год – 20 т чистого рения. Это с лихвой хватит всей нашей промышленности и даже для продажи за рубеж останется.

Кроме того, ученые обнаружили, что в вулканических газах кроме рения содержится по меньшей мере десяток других редких элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро…

Металл из газа. Итак, каким же образом будут добывать рений на вулкане? Наши специалисты разработали и в 1999 году запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись сымитировать природный процесс осаждения сульфида рения в местах выхода высокотемпературных вулканических газов. На пути газа они решили поставить улавливатели, на которых сульфид рения осаждался бы в виде тоненьких иголочек, как на вулканическом кратере. В качестве носителей, адсорбирующих на себе сульфид рения, использовали природные минералы цеолиты, имеющие очень большую пористость – около 2 кв. м на 1 г цеолита. А довольно крупное месторождение цеолитов есть на Сахалине – не так уж далеко от вулкана.

Опытная проверка технологии в лаборатории показала, что она намного проще и дешевле традиционного способа извлечения рения из молибденовой руды.

В 2000 году наши специалисты собрали деревянную пирамиду с площадью основания около 9 кв. м. Ею, словно воронкой, вскорости должны накрыть одно из небольших фумарольных полей. Из вершины пирамиды в сторону будет отведена десятиметровая труба. А поскольку газ из вулкана выходит под очень низким давлением, для создания дополнительного напора в конце трубы планируется поставить вентилятор-дымосос. Дальше газ пройдет через емкость со 100 кг цеолита. Далее, цеолит будет промываться серной кислотой, которую тоже попытаются получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Затем сернокислый раствор, содержащий рений, прогонять насосами через ионообменную смолу.

Опытно-промышленная установка предусматривает сезонную работу с годовым объемом добычи рения около 280 кг. Если все получится, согласно расчетам, то деревянный купол затем заменят бетонным. И хотя строительство в этих краях стоит недешево – ведь все необходимое оборудование и сырье придется доставлять вертолетами, – за два года работы промышленная установка должна себя полностью окупить. А потом начнет давать чистую прибыль.

Жидкий… уголь?!

Несмотря на то что ныне цены на нефть и газ весьма высоки, а разведанные запасы черного золота и метана весьма приличны, в специальной печати нет-нет да и проскользнет опасение: «Что мы будем делать, когда запасы жидкого и газообразного топлива закончатся?»

Именно над решением этой проблемы и работают в настоящее время российские специалисты, предложившие новый эффективный способ переработки традиционного угля в новое топливо.

«Хлеб промышленности» – так называли каменный уголь в прошлом и позапрошлом веках. И в самом деле, все XIX и добрую половину XX столетий не только печки в домах, но и домны с мартенами на металлургических комбинатах, котельные на заводах и фабриках, топки паровозов и пароходов топились именно углем.

Лишь с появлением все большего количества автомобилей, тракторов и танков, двигатели внутреннего сгорания которых работали исключительно на жидком топливе – бензине и соляре, – на первое стала выходить добыча нефти, а потом и газа.

Правда, во время Второй мировой войны немцы попытались наладить производство синтетического жидкого топлива по процессу Фишера – Тропша. Однако процесс этот оказался экономически не выгоден и использовался в фашистской Германии на заключительном этапе войны, когда Третий рейх стал испытывать острейший дефицит обычного жидкого горючего.

В СССР нефти всегда было достаточно, велики и запасы природного газа. Тем не менее наши производственники интересовались и проблемой рационального использования угля. Зачем, например, везти нефть на Украину, где в Донбассе в достатке имелся отличный уголь? Вот только добыча и использование его всегда считались не очень чистыми работами. Быть шахтерами и кочегарами всегда было не очень много охотников.

А потому, например, в 70-х годах прошлого века в Свердловке – поселке, расположенном неподалеку от легендарного Краснодона, по проекту НИИ угольной промышленности имени Скочинского была заложена «шахта XXI века», на которой, как полагали, ручной труд будет полностью исключен.

Добычу угля решили поручить… воде. Струи из гидромониторов под большим давлением должны были размывать угольный пласт. И куски угля вместе с водой откачивались по специальным трубопроводам на поверхность, и далее – по трубам же – топливо вместе с водой перегонялось на металлургический комбинат в Запорожье, где должно было сгорать в печах.

Каменный уголь становится объектом новых энергетических технологий

По крайней мере, так мыслилось теоретически. Но на практике уже при строительстве шахты стали одна за другой происходить аварии, проект пришлось урезать и переделывать, и в конце концов уголь стали добывать обычными, дедовскими методами.

Правда, трубопровод, по которому гнали уголь с водой, все же опробовали в действии. Только не на Украине, а в Сибири, где с 1989 по 1993 год эксплуатировался 262-километровый водоуглепровод «Белово – Новосибирск», по нему перекачивали топливо для Новосибирской ТЭЦ-5. Там не было нужды в шахте, поскольку уголь добывали открытым способом, в карьере.

При этом выяснилось, впрочем, что роторный экскаватор не измельчает пласты угля так, чтобы куски угля были примерно одинаковой величины и чем мельче, тем лучше. Крупные крыги могут и застрять в трубопроводе. Пришлось их дополнительно дробить, а это требовало дополнительного оборудования и удорожало производство.

В общем, по расчетам специалистов, на изготовление топлива уходило слишком много энергии – 150 кВт·ч на тонну. Овчинка получалась не стоящей выделки.

Работает кавитация. Однако недавно специалисты компании «Компомаш-ТЭК» разработали технологию и оборудование для производства водоугольных смесей нового поколения. При этом энергозатраты не превышают 20 кВт·ч, а сама смесь обладает всеми свойствами жидкого топлива. Более того, если обычно уголь при сгорании дает черный дым из-за несгоревших сажи и пыли, то жидкая смесь сгорает полностью, выделяя белый дым и не загрязняя окружающую среду твердыми частицами.

Угарного газа при сгорании вообще нет, содержание частиц сажи и окислов азота в продуктах сгорания на порядок, то есть в 10 раз, ниже предельно допустимых норм. «Эта технология вполне может конкурировать с ведущими мировыми разработками, в первую очередь китайскими и южноафриканскими. А по ряду показателей их превосходит, – отметил заместитель гендиректора компании Владимир Андриенко. – Ни у кого нет такого помола, как у нас, – сказал он. – У нас средняя крупность частиц составляет 0,7–0,8 микрона. Такого больше нет нигде в мире».

Водоугольная смесь содержит 60 % угля и 40 % воды. Причем она остается стабильной и не расслаивается в течение года. Использование жидкого угля на газомазутных электростанциях не требует особой переделки оборудования в котельных и дает экономию до 100 долларов на тонну мазута, или тысячу кубометров газа. А срок окупаемости новой технологии составляет всего один год.

Но если все так просто, то почему такое горючее не использовали раньше? А вот тут-то и выясняется, что наши специалисты произвели своего рода технологическую революцию на данном участке производства. Они отказались даже от довольно прогрессивных вибромельниц, поручив измельчение угля опять-таки воде. А точнее, процессам кавитации, происходящих в жидкости при определенных условиях.

Кавитацией же (от лат . cavitas – «пустота») называется образование в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения, приблизительно равного давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация называют гидродинамической, а если вследствие прохождения акустических волн – акустической.

Таким образом, кавитация – это явление, характерное для жидкостей. Причем если, например, судостроители всячески борются с ней, поскольку кавитационные пузырьки весьма быстро разрушают лопасти корабельных винтов, изготовленных даже из прочнейшей стали, то тут вред обратили на пользу. Это смогла сделать группа ученых под руководством доктора технических наук, лауреата Государственной премии СССР Валерия Моисеева.

Мало того, исследования проведенные доктором технических наук, профессором А.А. Кричко, главным научным сотрудником Института горючих ископаемых, Научно-технического центра по комплексной переработке твердых горючих ископаемых Минэнерго РФ и его коллегами привели к тому, что во всем комплексном процессе превращения твердого угля в жидкое топливо для специалистов практически не осталось тайн.

Они теперь, например, знают, что для формирования смесей, содержащих 45–50 % твердых компонентов и транспортирования их по трубопроводам обычными насосами, лучше применить метод диспергирования – измельчения в особых условиях. При этом угольный порошок вовсе не придется затем сушить перед сжиганием, а процесс горения можно регулировать практически теми же форсунками, что употребляются для жидкого и газообразного топлива.

Узнали специалисты и какие катализаторы стоит добавлять, если необходимо, чтобы горение шло наиболее интенсивно, и как наилучшим способом очистить продукты горения, и какое оборудование для этого лучше использовать… В общем, получилась уникальная технология, интерес к которой проявили многие страны мира, в том числе Китай, Чили, Аргентина, Бразилия, Уругвай, Греция, Словения, Болгария и т. д.

Вода из Антарктиды

В рамках программы «Чистая вода» сотрудниками Международной академии экологии и жизнеобеспечения человека (Санкт-Петербург) осуществлено технико-экономическое обеспечение, разработаны технические средства и аван-проект по доставке айсбергов к побережью засушливых стран. Для чего нам такая экзотика?

Без воды не обойтись. Чтобы произвести тонну зерна, необходимо затратить 1000 т воды, на тонну картофеля – 500—1500 т, хлопка – 15 000 т, курятины – 3500–5700 т, говядины – 15 000—70 000 т воды. Между тем 97 % мировой гидросферы составляет соленая морская вода, а две трети запасов пресной воды – это льды Гренландии и Антарктики.

Такова статистика. Она же говорит, что истощение ресурсов пресной воды – одна из самых острых проблем на Земле уже сегодня. А завтра чистая вода может стать дороже золота. Футорологи предвидят военные конфликты, которые вскоре будут происходить в мире из-за источников чистой воды – примерно так же, как ныне воюют из-за месторождений нефти и газа.

Между тем ежегодно пятый континент сплавляет в Мировой океан более 10 тыс. айсбергов, общий объем которых – около 1 млрд куб. м чистейшего пресного льда, который затем тает без всякой пользы для жаждущего человечества. Как изменить ситуацию?

Мысль о том, чтобы использовать ледяные плавающие горы для снабжения питьевой водой засушливых прибрежных районов стран Южной Америки, Африки и Азии, давно уж обсуждается специалистами. Более того, делались некоторые попытки и для претворения коммерческих проектов в жизнь. Скажем, в конце XIX века пароходы отбуксировывали небольшие айсберги в чилийский порт Вальраисо, а также к побережью Перу. В 50-х годах XX века предприимчивые американцы делали попытки снабжать льдом Антарктиды жаждущий прохлады Сан-Франциско.

Смогут ли айсберги решить проблему нехватки пресной воды?

В 1973 году американские гляциологи У. Уилкинс и У. Кембелл разработали технико-экономическое обоснование проекта буксировки айсбергов в засушливые районы земного шара. С цифрами в руках они показали, что такая затея вполне может быть выгодной. Их расчеты позднее подтвердили и австралийские специалисты, подсчитавшие: даже если половина массы айсберга растает по дороге, оставшаяся часть все равно оправдает все расходы по транспортировке.

Чистой воды технология. Были даже разработаны детальные планы подобных транспортных операций. Так, согласно одному из проектов, с помощью снимков, сделанных со спутника, выбирается подходящий по размерам, форме и положению айсберг. Предпочтение отдается уже отдрейфовавшим от побережья Антарктиды на чистую воду ледяным горам плоской формы, удобной для буксировки.

Выбранный айсберг дополнительно просвечивают сонаром с вертолета – нет ли где пустот и трещин, из-за которых гора может рассыпаться задолго до доставки ее в порт назначения? Если прогноз положительный, на айсберг высаживают бригаду, которая монтирует буксировочные приспособления. Говоря проще, в лед с помощью тепловой обработки «впаивают» 3–4 кнехта, к которым затем и крепятся буксировочные канаты.

Чтобы улучшить мореходные качества айсберга, его передняя часть может быть заострена электрическими пилами. Кроме того, если, согласно расчетам, получается, что значительная часть айсберга все же растает в пути, подводную часть ледяной горы можно защитить дополнительной теплоизоляцией из пластиковой пленки, протаскиваемой под айсбергом.

По прибытии на место айсберг предполагалось либо резать на пластины и переправлять на сушу в таком виде, либо по мере таяния льда откачивать на берег уже пресную воду.

Еще более совершенный проект предложил в конце прошлого столетия сотрудник Международной академии экологии и жизнеобеспечения человека, имеющей штаб-квартиру в Санкт-Петербурге, доктор технических наук И.П. Калько.

«В настоящее время самый простой способ получения питьевой воды из морской – это опреснение, – говорил Иван Петрович. – Однако чернобыльская и японская экологические катастрофы, неприятности с промышленными стоками могут привести к тому, что вскоре нам нечего будет опреснять. В морской воде появляется все большее количество так называемых легких изотопов, которые не выводятся из воды при кипячении, не устраняются никакими фильтрами и представляют собой достаточно высокую опасность для всего живого»…

Так что волей-неволей нам придется обратиться за чистой водой в Антарктиду. Причем в отличие от проектов прошлых лет, согласно патенту Калько, лед будет перевозиться не на буксире, а в недрах специализированного судна-холодильника водоизмещением около 1,5 млн т. Гигант-матка состоит из нескольких секций, которые по прибытии к берегам Антарктиды или той же Гренландии начинают охоту за льдом самостоятельно. Подходят к той или иной ледовой горе и с помощью фрез, пил и прочих добывающих устройств набивают свои трюмы ледовым крошевом. Затем секции снова воссоединяются воедино, и плавающий холодильник доставляет лед по назначению.

Транспортировка именно льда, причем с малыми потерями, куда выгоднее, чем привозить, скажем, воду, подсчитал Калько. Дело в том, что та же Европа расходует ежегодно тысячи мегаватт электроэнергии, чтобы замораживать воду в холодильниках, а затем бросать ледовые кубики в стаканы с напитками. Доставка льда из высоких широт поможет сэкономить эту энергию.

Еще один проект специализированного тримарана-ледовоза разработал советник Дагестанского научного центра РАН Гамид Халидов. В его трюме изобретатель предлагает располагать плавсредства оригинальной конструкции – барконы. Они представляют собой плавучие контейнеры, способные вмещать в себя не только битый лед, но и нефтепродукты, сжиженный газ, сыпучих грузы и т. д. Таким образом тримаран не будет простаивать, может быть использован круглый год для самых различных транспортных операций.

Себестоимость одного литра полученной из льда воды, по расчету Халидова, составит около одного цента США. Лед будет поступать на реализацию в виде ледяной крошки и сравнительно небольших брикетов льда, удобных для повседневного использования.

Причем лед Антарктиды, накапливавшийся во многих местах столетиями, а то и миллионами лет, в толще своей девственно чист, не имеет никаких вредных примесей, которые ныне обнаруживаются даже в Байкале – некогда хранилище чистейшей пресной воды, составляющем 10 % мировых запасов.

Скупой платит дважды. Калько и его сторонники полагают, что проект «Чистая вода» перейдет в практическую стадию в ближайшие 15–20 лет, поскольку промышленные стоки в Днепре, Волге и других крупнейших реках Европы, насыщенные тяжелыми металлами, легкими изотопами и прочими ядами, заставляют экологов многих стран уже сегодня искать новые источники питьевой воды.

Правда, как отмечают разработчики, для осуществления программы потребуются солидные инвестиции – порядка 500 млрд долларов. И поскольку речь не о новом оружии или ином способе быстро обогатиться, то желающих раскошелиться придется поискать. Возможно, при ООН надо будет создать особый фонд, свои паи в который внесли бы все члены этой международной организации.

Ведь даже в нашей стране, обладающей почти половиной мировых запасов питьевой воды, с нею уже проблемы. 80 % населения России живет там, где сосредоточено всего 8 % воды.

В итоге в Новороссийске воду подают по утрам, в количестве достаточном лишь для элементарной гигиены. Калмыкия пьет опресненную соленую воду из подземных источников, а жители Азова живут на покупной воде из бутылей. Да и вообще, согласно мнению независимых экспертов, ныне 80 % населения нашей страны вынуждено пользоваться водой, которая не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям. Отсюда и болезни, и малые сроки жизни…

К слову, проблема качества воды актуальна не только в России. В благополучной Германии вода сегодня проходит восемь стадий очистки. Для сравнения: в 1870 году требовалась одна, в 1950-м – уже три.

Словом, проблема назрела, ее надо решать. А то ведь в некоторых южных странах чистая вода уже стоит дороже вина и бензина…

Лед – спаситель

Суть практически любого изобретения, если разобраться, состоит в том, чтобы использовать привычные свойства того или иного объекта необычным образом. Так, во всяком случае, считает бывший военный строитель, а ныне старший научный сотрудник Военного инженерно-строительного института, базирующегося в Санкт-Петербурге, автор многих изобретений, лауреат премии Совета Министров СССР, кандидат технических наук Николай Артемович Седых. И в качестве наглядной иллюстрации к своему суждению он привел примеры разработок, которые были сделаны им и его коллегами для некоторых реальных случаев.

Бункер для Чернобыля. Со времен Чернобыльской катастрофы минуло более четверти века. Но последствия аварии все еще не изжиты. До сих пор нельзя жить в некогда наспех брошенном городе Припяти, а на месте самого аварийного четвертого энергоблока отнюдь не зеленая лужайка, а уродливое сооружение, именуемое саркофагом. Да и саркофаг тот получился дырявый, из его щелей и поныне свищет всякая гадость.

Замораживание грунта часто используется при строительстве метрополитена

Так получилось потому, считает Николай Артемович, что задачу взялись решать не с той стороны. Хотели, по российской привычке, закидать полыхнувший реактор если не шапками, то мешками со свинцом, с бором, песком, цементом и прочими материалами. Да только понапрасну подвергли опасности жизни вертолетчиков, многих из которых ныне уж нет в живых.

«На фронте, как известно, наилучший результат при наименьших потерях приносит не атака в лоб, а умелый обход противника с фланга, а еще лучше – внезапная атака с тыла», – говорит Седых.

Применительно к данной проблеме военную терминологию надо понимать так. Н.А. Седых и его коллеги разработали остроумный план подхода к злополучному реактору из-под… земли!

«В свое время под тем же реактором прокладывали подземную штольню, поскольку боялись, что радиоактивные материалы попадут в грунтовые воды, а затем и в реку Припять, а оттуда – в Днепр, – вспоминает Николай Артемович. – И народу при этом тоже пострадало много, а вот толку от этой штольни – чуть. Потому что иначе надо было действовать, не так»…

«Все мы сильны задним умом, – возможно, скажете вы. – Где были Седых и его коллеги, когда срочно нужно было глушить реактор»…

Да там же и были, где и многие другие специалисты, так или иначе принимавшие участие в ликвидации последствий злополучной аварии. И делали свое дело. А также подавали предложения, как выправить положение наилучшим образом. Только их не услышали. И сейчас не хотят слушать.

Между тем способ, предложенный нашими специалистами, в реализации куда дешевле многих зарубежных. Например, немцы сейчас пытаются утилизировать один из реакторов, оставшихся на территории бывшей ГДР в наследство от СССР. Так вот, по их расчетам, такая операция обойдется примерно в 10 раз дороже, чем стоило сооружение реактора, и потребует на свое осуществление от 10 до 20 лет. Потому что немцы не хотят рисковать здоровьем своих монтажников и все работы в активной зоне собираются поручить роботам. А тех роботов надо еще разработать, построить, опробовать и т. д.

И главное, немецкие специалисты пока не знают, куда и как спрятать радиоактивные останки самого реактора, так чтобы они никому не мешали, не могли нанести вреда ни ныне живущим, ни последующим поколениям.

А вот Н.А. Седых и его коллеги весь этот комплекс проблем уже решили. И довольно просто. Суть предложенного ими проекта такова.

Под реактором закладывается штольня. Из нее вверх бурится куст наклонных скважин, по которым непосредственно под фундамент ликвидируемого атомного реактора закачивается жидкий азот. В результате под реактором в любое время года образуется этакая «линза вечной мерзлоты», которая по своей прочности не уступает бетону.

Так что если теперь начать постепенно убирать из-под «линзы» грунт землеройными машинами, все сооружение медленно станет опускаться вниз. А чтобы сделать этот процесс строго контролируемым, можно подвести под «линзу» и сеть гидравлических домкратов.

По отдельности все части этой технологии уже давным-давно опробованы. И штольни метростроевцы умеют прокладывать в самых невероятных условиях и грунтах. И укреплять грунты путем замораживания тоже научились при прокладке метротоннелей через плывуны, насыщенные грунтовыми водами. И перемещать огромные здания, даже целые комплексы по разным направлением специалисты тоже способны. В столице, например, в свое время сдвинули с бывшей улицы Горького здание газеты «Труд», сейчас заканчивают подъем всего здания Московского планетария.

Опускать же не в пример легче, тут строителям еще и сила тяжести помогает…

В общем, осталось собрать все части воедино, в одном комплексе и опробовать всю технологию целиком. Однако ни украинские власти, в компетенции которых ныне находится Чернобыль, ни власти российские, которым еще придется решать подобные проблемы на своей собственной территории, с внедрением подобного проекта почему-то не торопятся. Неужто для этого необходимо, чтобы снова грянул гром, случился новый Чернобыль?.. Как говорится, не дай бог!

Даже без этого работы Н.А. Седых и его коллегам вполне хватит. Разработка их и так вполне может пригодится. Вот, скажем, неподалеку от Санкт-Петербурга, в городке с поэтическим названием Сосновый Бор, находится Ленинградская АЭС, первые реакторы которой по выслуге лет вот-вот будут вынуждены остановиться. А что с ними делать дальше?

Говорят, что за остановленными реакторами станут следить в течение многих десятилетий, пока радиоактивный фон в них не снизится до такой степени, что эти конструкции можно будет разобрать без всякого риска для здоровья людей.

Но ведь период полураспада некоторых радиоактивных элементов, например стронция, измеряется сотнями и даже тысячами лет. Значит, столь же долго на земле и должны будут стоять эти уродливые памятники XX атомному веку? И все это время их придется тщательно караулить, потому как неизвестно, что взбредет в голову нынешним или будущим террористам. Ведь если взорвать такой реактор даже обычной взрывчаткой, то получится классическая «грязная бомба», которая сделает невозможной жизнь на десятки, а то и сотни километров вокруг. А ведь от Соснового Бора до Петербурга – рукой подать.

Именно поэтому до сих пор остается актуальным проект Седых и его коллег по уборке аварийных и отслуживших свой срок реакторов под землю. А на освободившееся место можно поставить новый блок. Получится двойная выгода. И территорию новую под строительство занимать не надо, и со временем и этот бывший новый блок можно будет точно так же убрать с глаз долой: почва, то бишь площадка, для этого ведь уже подготовлена. А значит, обойдется такая повторная операция куда дешевле первоначальной.

Только думать обо всем надо заранее. И тогда цикл за циклом операцию по уборке-разборке старых реакторов можно будет повторять столько раз, сколько это понадобится.

Для спасения подлодки. Случай второй связан со всем известной подлодкой «Комсомолец», которая утонула в 1989 году и над которой опять-таки пришлось возводить некое укрытие, чтобы обезопасить акваторию от возможной утечки радиации из аварийного корпуса подлодки.

Но почему просто «Комсомолец» не поднять и не отправить на утилизацию на один из береговых заводов? Дорого, скажете? Вон, дескать, скандинавы за эту операцию такие деньжищи захотели взять, что на них можно построить штук пять новых подлодок…

А зачем нам скандинавы? Зачем тратить огромные средства, когда можно обойтись и отечественными специалистами, нашим оборудованием и куда более скромными средствами.

Проект подъема не только подлодки «Комсомолец», но и других судов и кораблей, в том числе и тех, что затонули на большой глубине, тоже разработаны Н.Е. Седых. И опять-таки ничего особо сложного в проекте нет.

С поверхности моря на затонувший корабль опускается водолазный колокол. В нем, кроме прочего, находится покрывало из полимерного волокна, которым водолазы затем накрывают весь корпус подлодки или иного судна, подлежащего подъему. Если глубина чересчур велика, то вместо водолазов ту же работу могут выполнить и современные малые подлодки-автоматы с дистанционным управлением.

После этого по шлангам, ведущим к водолазному колоколу, а от него – под полимерное покрывало, с поверхности закачивают опять-таки жидкий азот. Он резко понизит температуру окружающей воды, и она замерзнет, образовав вокруг погибшего корабля своеобразный ледяной «кокон».

«Лед же, как известно, обладает двумя свойствами, которые нам в данном случае весьма пригодятся, – поясняет Николай Артемович. – Во-первых, лед, согласно физике, легче воды, а значит, он будет стремиться всплыть. Во-вторых, лед обладает способностью “прихватывать” самые разные предметы, причем так прочно, что вызволить их из ледового плена стоит, бывает, немалых трудов. Нам же в данном случае как раз и ценно то, что лед надежно прихватит, укрепит искалеченный корпус субмарины, не позволит ему развалиться при подъеме не отдельные куски».

В общем, как только масса льда окажется столь большой, что его плывучесть превысит массу корпуса лодки, можно начинать подъем. Ледяной «кокон» вместе с аварийным кораблем всплывет на поверхность и может быть отбуксирован на разделочную базу.

Судьба спасательного «зонтика»

Мы привыкли, что судьба «предотвращающего падение» – так переводится на русский язык название «парашют» – связана в основном с авиацией и космонавтикой. Но, оказывается, ему нашлась работа под землей, под водой и даже в космосе.

Купол под землей. Судьба этого изобретения своеобразна и в то же время довольно обычна для бывшего СССР. Начать рассказ о нем нам придется издалека.

Всю свою изобретательскую жизнь карагандинский инженер В.М. Плотников посвятил борьбе с подземными пожарами. Огонь страшен всегда и везде. Но, пожалуй, особенно опасен он под землей. Шахтерам некуда бежать, да и распространяется пожар обычно молниеносно, поскольку сопровождается взрывами метана.

Над этой проблемой Валерий Плотников задумался еще в 60-х годах XX века, когда его, 25-летнего специалиста, направили работать в Караганду. Тогда же он получил и первые авторские свидетельства на способы локализации подземных пожаров с помощью быстро возводимых металло-деревянных и брезентовых перемычек.

Космический волан

Перемычки Плотникова стали внедрять на шахтах, а автор все был недоволен своей разработкой. Он понимал: на возведение даже самой простой перемычки требуется по крайней мере несколько часов; столько времени у людей в аварийной шахте, как правило, не бывает.

В.М. Плотников продолжал думать, как усовершенствовать изобретение. Делу помог случай. «В 1972 году мне довелось увидеть, как садится реактивный военный самолет с тормозным парашютом, – вспоминал Валерий Михайлович. – Характерный хлопок при раскрытии купола парашюта вызвал в памяти воспоминание об ударной воздушной волне взрыва. Тогда и возникла идея поставить в шахте парашютную перемычку»…

Какой должна быть такая конструкция? Пусть она состоит из купола и строп, сходящихся в одной точке, то есть примерно так же, как и на обычном парашюте, размышлял Плотников. Только здесь концы строп крепятся не к подвесной системе парашютиста, а к анкерным болтам в кровле выработки. При взрыве воздушный поток надует ее, и сечение подземной выработки окажется перекрытым. Купол остановит распространение взрывной волны по штреку или, по крайней мере, значительно смягчит ее удар.

Как показали расчеты, для удержания перемычки в рабочем состоянии достаточен расход воздуха всего лишь 0,04 куб. м за секунду при избыточном давлении примерно в 100 паскалей. Правда, при этом необходимо, чтобы периметр перемычки был в 1,5 раза больше поперечного сечения выработки, в которой она устанавливается.

Стропы должны крепиться к куполу перемычки таким образом, чтобы по его краю оставалась свободно свисающая «юбка» шириной около полуметра, рассуждал Плотников. Эта «юбка» обеспечит дополнительное уплотнение между перемычкой и стенками выработки. Для прохода людей через такую перемычку в ней надо устроить проем, закрывающийся застежкой «молния»…

К тому времени Валерий Михайлович уже поработал заведующим лабораторией взрывоустойчивости сооружений в штате военизированных горноспасательных частей Карагандинского угольного бассейна, а затем – тоже в должности завлаба – в карагандинском отделе Всесоюзного НИИ горноспасательного дела. И понимал, что идея опустить парашют в шахту у многих горняков вызовет, по крайней мере, недоумение.

Так оно и вышло. Переубедить шахтеров, что парашют в шахте вовсе не лишний, оказалось не просто. Впрочем, не просто было и превратить авиационный парашют в «горноспасателя». Обычный авиационный купол в горной выработке не раскрывался с такой же легкостью, как в воздушном пространстве над землей. Он упорно прилипал к стенкам, стропы путались, рвались. Пришлось придумывать специальные устройства – пневмокаркасы, придающие парашютным перемычкам необходимую жесткость, сделать сам купол из негорючей ткани…

В общем, прошел не один год, пока не получилось что-то путное. На работоспособную конструкцию была подана заявка. И ее тут же… отвергли – эксперты тоже посчитали использование парашюта в качестве временной перемычки в горной выработке неуместной шуткой. Неизвестно, как события разворачивались бы дальше, но тут нашим специалистам помогли… зарубежные конкуренты. В США в 1976 году была запатентована аналогичная конструкция Фреда Киселла. Тогда и наши патентоведы отнеслись к заявке серьезнее.

Однако Валерия Михайловича, ныне доктора технических наук, сами по себе патенты мало интересуют. Он – автор более ста изобретений – продолжает выдавать на-гора новинки. Только за последние годы горноспасатели Караганды получили пять парашютных перемычек разных видов. И все же Плотников недоволен. «Медленно движется дело, – сетует он. – А люди продолжают страдать»…

Как сделать прыжок из морских глубин? Еще одна профессия парашюта связана, как ни странно, с морскими глубинами. «Законы аэро– и гидродинамики, как известно, во многом схожи, – рассказал Олег Царев, сотрудник НИИ аэроупругих систем, базирующегося в Феодосии. – На этом и основано непривычное на первый взгляд использование купола»…

Суть же изобретения такова.

Одна из самых страшных напастей, поджидающая людей под водой, – кессонная болезнь. Если водолаз или аквалангист, находившийся на большой глубине, быстро поднимется на поверхность, то кровь его может попросту вскипеть. Говоря иначе, из нее начнет активно выделяться азот воздуха, попавший туда при дыхании под большим давлением, а это чревато губительными последствиями для организма.

Чтобы избежать такой напасти, приводящей к параличу и смерти, водолазы вынуждены опускаться на глубину, а потом подниматься на поверхность постепенно, делая остановки для декомпрессии через каждый десяток-другой метров.

А теперь представьте ситуацию. На грунт залегла аварийная подлодка. Подводники должны покинуть ее со спасательными аппаратами. Запас воздуха в них невелик – значит, нужно подниматься быстрее. Но всплыть чересчур поспешно тоже нельзя: какая, в конце концов, разница, от чего умереть – от недостатки воздуха или от кессонки.

Выдержать оптимум подводниками помогает особый парашют. Моряк покидает с ним субмарину примерно так же, как парашютист – аварийный самолет. С той лишь разницей, что в данном случае его влечет не вниз, а вверх. И скорость движения при этом тоже приличная – 5–6 м/с. Когда же до поверхности останется от 100 до 20 м, сработает автомат раскрытия парашюта, основанный на гидростатическом принципе. Небольшой купол замедлит всплытие подводника, доведя скорость подъема до безопасных 0,2–0,4 м/с.

Получается некая аналогия с затяжным прыжком парашютиста. И такой режим, как показали испытания, проведенные феодосийцами совместно с медиками из г. Ломоносова, сводит риск кессонки до минимума.

К сказанному остается добавить, что подводные парашюты уже выпускаются серийно. А прообразом их послужили плавучие якоря, конструированием и совершенствованием которых в НИИ аэроупругих систем занимаются многие годы.

Спуститься из космоса. Именно такой спуск с орбиты намерен совершить известный летчик-испытатель, Герой России Магомет Талбоев. Тот самый, что некогда сопровождал вернувшийся из космоса «Буран» и должен был стать одним из первых его пилотов.

Вместо парашюта отважный испытатель намерен воспользоваться уникальным спасательным средством, которое разработано сотрудниками Научно-исследовательского центра имени Г.Н. Бабакина. В сложенном виде эта система умещается в чехле размерами с обыкновенный 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 нечто вроде прочного надувного многослойного матраса. Во время падения достаточно, как при прыжке с парашютом, дернуть за кольцо, и через секунду автоматически надуваются конус 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 материла с теплозащитной пленкой, то вероятность благополучного спуска весьма велика.

Это и собирается продемонстрировать на собственном опыте Магомет Талбоев. «Вначале, конечно, нужно будет провести серию испытаний с манекеном, – говорит он. – На первом этапе манекен с датчиками сбросят с аэростата на высоте 1 км. Второй спуск будет произведен со стратостата, с высоты уже 40–50 км». И наконец, после изучения опыта первых спусков Талбоев готов сам совершить подобный прыжок хоть из космоса.

Он уверен в успехе, поскольку подобные спуски с орбиты уже осуществлялись на практике. Когда готовили к затоплению орбитальную станцию «Мир», с ее борта были сброшены на Землю наиболее ценные грузы. Первая посылка имела массу всего 20 кг, зато вторая – 200 кг; примерно столько же весит человек в скафандре вместе с системой жизнеобеспечения. Оба спуска, проведенные в обстановке строгой секретности, прошли благополучно и показали высокую надежность российского изобретения.

А пока Магомет Талбоев готовится к уникальному прыжку, во время которого человеку в скафандре и придется влететь в верхние слои атмосферы со скоростью порядка 8 км/с. 12 июля 2002 года состоялось еще одно испытание аналогичной системы в автоматическом режиме. Надувное устройство было запущено в космос с борта атомной подводной лодки «Рязань» на ракете типа «Волна» и, пролетев около 12 тыс. км по суборбитальной траектории, благополучно приводнилось в районе Камчатки.

В будущем подобные системы, полагают эксперты, могут быть использованы как для мягкой посадки автоматических зондов на другие планеты, имеющие атмосферу, так и для аварийного спасения экипажей космических кораблей и орбитальных станций.

Созидающий… взрыв?!

Взрыв… Уже одно это слово вызывает в памяти ассоциации с разлетающимися обломками, разрушением и хаосом. Может ли он быть созидательным? Оказывается, наши технологи давно уже научились использовать его силу на благо, а не во вред. Вот что рассказал доцент кафедры «Сварочное производство и материаловедение» Пензенского государственного университета, кандидат технических наук Д.Б. Крюков.

Порох вместо пресса. «Вообще-то взрывные технологии в нашей стране применяются начиная с 50—60-х годов прошлого века, – начал рассказ Дмитрий Борисович. – Но это вовсе не значит, что все секреты подобной технологии разгаданы. Производство подкидывает технологам все новые задачки, которые они и стараются решить всеми доступными им методами».

Началась же, по словам Крюкова, все с того, что в авиации и космонавтике наряду с алюминием стали применять титановые сплавы и иные жаропрочные материалы. И тут же посыпались жалобы с заводов: вследствие низкой теплопроводности и пластичности заготовки из этих материалов при штамповке очень часто трескаются и рвутся. Идет сплошной брак, причем горю не помогает и нагрев заготовок до высокой температуры.

Матрица для штамповки взрывом

Вот тогда-то ленинградские ученые и инженеры всемирно известного Кировского завода и разработали оригинальные методы взрывной штамповки. Технология процесса стала выглядеть так. Железобетонный блок состоит из двух частей: нижняя – матрица, имеющая полость по форме детали, верхняя – крышка с вмонтированным в нее патронником. Патронник заряжается обычным охотничьим порохом, между крышкой и матрицей устанавливаются специальная смягчающая прокладка и металлический лист заготовки. Выстрел и в считаные доли секунды высокое давление пороховых газов вгоняет заготовку в матрицу.

Причем чем заготовка толще, чем проще ее оказалось штамповать. Мгновенно нарастающие давление меняются сами свойства металла. Хрупкие, плохо деформируемые материалы начинают течь, словно жидкость.

Ну а на случай, если вдруг какая заготовка закапризничает, весь блок с матрицей помещают в глубокий бассейн. Вода не только усиливает ударную волну, но как бы смягчает ее. А заодно и глушит грохот взрыва.

Поначалу, конечно, производственники с некоторой опаской отнеслись к такому нововведению: все-таки заводской цех – не полигон для стрельбы и взрывов. Однако многочисленные эксперименты, строго выверенные формулы и методики расчетов количества взрывчатого вещества, применяемого в том или ином случае, строгое соблюдение техники безопасности привело к тому, что на некоторых производствах ныне можно видеть нечто вроде цирковых фокусов.

Представьте себе цилиндрический сосуд с толстыми стенками, наполненный водой. На дне сосуда – слой песка в несколько сантиметров. На песок укладывают профилированную матрицу, на нее – заготовку. К контейнеру подходит человек и стреляет в воду из обыкновенного пистолета или даже дробовика. Легкий всплеск жидкости, и вот уже из контейнера достают готовую деталь.

А весь «фокус» в том, что пуля или дробь, врезаясь в воду, заставляет жидкость динамически сжиматься, создавая ударную волну. Она нажимает на заготовку, заставляя ее деформироваться. Причем позади пули образуются пузыри, каверны, которые схлопываясь, опять-таки порождают серию гидравлических ударов, «дожимающих» деталь. И все это опять-таки в считаные доли секунды.

Демонстрация детонации. «Всем, казалось бы, хороша взрывная штамповка, но есть и у нее своя “ахиллесова пята”, – продолжал рассказ Крюков. – Согласно “Единым правилам безопасности при взрывных работах” при ее использовании сразу же возникает необходимость в специально обученных людях, отдельных складских помещениях, особых транспортных средствах… Со взрывчаткой, с порохом не шутят!»

А нельзя ли чем-то заменить взрывчатые вещества? Думали, технологи думали и решили вместо пороха взрывать газовые смеси – например, бутан, пропан, ацетилен, природный газ в смеси с кислородом или воздухом.

Эти газы дешевы, доступны, куда привычные для производственников, часто использующих их для нагрева заготовок, при производстве сварочных работы и т. д. Да и по калорийности они намного превосходят многие виды взрывчатки. Скажем, при сгорании килограмма дымного пороха выделяется всего 720 килокалорий, килограмм тротила – 1010, а килограмм, например, водородно-кислородной смеси дает уже 3800 килокалорий.

Все, казалось бы, хорошо. Однако уже первые опыты с «газовой взрывчаткой» обескуражили специалистов. Оказалось, что при взрыве газа давление во взрывной камере нарастает не скачком, как при пороховом заряде, а слишком плавно. В итоге заготовка «недодавливалась», получался брак. Что делать?

Пришлось технологам обратиться за помощью к ученым. Специалисты Института химической физики РАН проанализировали ситуацию и пришли к выводу: надо взрыв заменить детонацией.

Для человека несведущего кажется, что всякий взрыв обязательно сопровождается детонацией – образованием мощной ударной волны, мчащейся со скоростью 3–3,5 км/с. Однако если воспламенить газовую смесь электрической искрой, как это обычно делается в двигателе внутреннего сгорания, то детонации, как правило, не возникает. Иначе двигатель попросту шел бы вразнос.

Однако то, что хорошо для двигателистов, плохо для производственников. И в данном случае вместо электрической искры для возбуждения детонации требуется что-то более энергичное: детонационный запал или, на худой конец, быстро летящая пуля…

В общем, на колу мочало – начинай сначала. От чего пытались отказаться, к тому и пришли?.. Ан нет, сотрудники Института химфизики все-таки нашли способ «предварительного получения детонационной волы в трубке малого сечения с последующим выпуском ее в объем любой формы».

Так он описан в официальном документе. Практически же все делается так. К корпусу конической сужающейся кверху взрывной камеры приваривают тонкую трубку длиной около 10 ее диаметров. Внутрь трубки вставляют проволочную спираль для лучшего завихрения смеси, а сверху подсоединяют манометр, меряющий давление исходной смеси во взрывной камере. Рядом монтируют обычную свечу зажигания. Добавляют к этому пару баллонов высокого давления с редукторами кранами и трубками для подвода газов во взрывную камеру. Вот, собственно, и весь детонационный газовый пресс.

Закрепив заготовку на матрице с помощью специального кольца, рабочий открывает краны и подает во взрывную камеру горючую смесь под давлением до 8 атмосфер. Затем краны перекрывают, нажимают кнопку зажигания, и электрическая искра воспламеняет смесь в верхнем конце трубки. Двигаясь по внутреннему каналу, пламя разгоняется все быстрее и турбулизуется, то есть завихряется. И когда вихрь врывается в пространство основной камеры, происходит детонация взрывной волны.

При этом развивается давление до 400 атмосфер. Этого вполне достаточно для штамповки даже толстых заготовок. А если вдруг потребуется особая равномерность силы удара, на заготовку наливают слой воды толщиной примерно в 5 см, а иногда даже всю взрывную камеру помешают под воду.

Кстати, наличие подводной камеры сгорания опять-таки позволяет приглушить шум детонационного процесса. А кроме того, в принципе, позволяет и вообще обойтись даже без горючего газа. Его можно получать прямо на месте. Ведь вода, как всем известно, состоит из водорода и кислорода. А значит, если в воду наряду с матрицей и заготовкой мы еще опустим и устройство для электрического разложения водорода, то гремучий газ – смесь водорода с кислородом – получим, не отходя от установки. Отмерить же его необходимое количество можно очень просто – по электрическому счетчику. Количество потребляемой энергии и получаемого газа при электролизе строго пропорционально.

И как только газа накопится достаточное количество, можно производить его подрыв.

При экспериментах, кстати, выяснилось, что скорость детонации гремучего газа достигает 12 км/с, что соответствует второй космической скорости! В итоге вода реагирует на взрыв как твердое тело. Она даже не расплескивается и равномерно передает давление на заготовку. В итоге деталь получается настолько гладкой и чистой, что даже не требует дальнейшей обработки.

Удобно и то, что после взрыва не остается никаких газов или нагара – ведь продуктом взрыва гремучего газа является опять-таки вода.

Электричество из… бомбы?!

Что бы ученые ни делали, все у них бомбы получаются. Согласитесь, в этом ехидном высказывании есть большая доля истины. Однако справедливости ради укажем, что есть исследователи, которые пытаются извлечь пользу и из бомб.

Проект геолога. Лет двадцать пять тому назад в журнале «Техника – молодежи» была опубликована любопытная заметка, в которой кандидат геолого-минералогических наук Джума Хамраев из Ташкента рассматривал проект ядерно-взрывной электростанции.

«Представьте себе огромные шары, вложенные один в другой, – писал автор. – Они замурованы в гигантском бетонном блоке, зарытом в землю. В центральном шаре-камере взрывается ядерный заряд. Возникающие излучения, налагаясь на пластины теплоаккумулятора, преобразуются в тепло. Оно через расположенный в среднем шаре газовый теплорегулятор нагревает воду, налитую в крайний шар – рабочую камеру, и пар выводится на поверхность – к парогенераторам…»

Сможет ли подземный ядерный взрыв стать источником энергии?

Описывая конструктивные особенности, автор не забыл и о мерах безопасности. Чтобы сила ядерного взрыва не разорвала бетон, во внутренней камере должен поддерживаться высокий вакуум. А кроме того, сама поверхность выполнена в виде клиньев, что многократно увеличит теплопередачу, а стало быть, не даст материалу перегреваться… Проект был опубликован, обсужден и благополучно… забыт. Отчасти потому, что, как всегда, не хватило денег на доведение проекта до стадии «железа». К тому же «мирные взрывы», проходившиеся с целью интенсификации нефтегазовых месторождений и строительства подземных хранилищ, показали, что хлопот с ними не оберешься из-за радиоактивного загрязнения. Ну а Чернобыль окончательно расставил точки над «i», показав, насколько опасно шутить с ядерным «джинном».

Что думают американцы? Тем не менее от идеи ядерной взрывной электростанции не отказались окончательно. За прошедшие годы она оказалась в значительной степени модернизированной. Вот что пишет по этому поводу американский журнал «Текнолоджи ревью»:

«Небольшие подземные ядерные взрывы могли бы снабжать мир электроэнергией в течение нескольких столетий. В отличие от других способов осуществления термоядерного синтеза этот метод уже сейчас осуществим и доступен».

Наиболее практичный и экономичный путь получения термоядерной энергии видится таким. В подземных камерах производятся небольшие взрывы, а высвобождаемая при этом энергия поглощается теплоаккумуляторами. В их роли могут выступать соли, плавящиеся под действием термоядерного тепла. Далее через теплообменник тепло будет передаваться воде, и, преобразованная в пар, она будет крутить турбины парогенераторов.

Удалять отходы и неиспользованное топливо из рабочей камеры будут те же соли. Их переправят на находящийся тут же, под землей, завод по переработке. А те отходы, использовать которые уже невозможно, превращены в стеклообразную твердую массу и похоронены глубоко под землей.

«Подобная идея, конечно, кажется опасной, – пишет журнал. – Однако электростанции, основанные на процессах мирных термоядерных взрывов (МТВ), будут в действительности все же безопаснее, чем нынешние АЭС, сравнимые с электростанциями, базирующимися на синтезе с магнитным и инерционным удержанием плазмы…»

Так это или нет, должны подтвердить более детальные расчеты и компьютерное моделирование. Однако уже сегодня можно увидеть одну из положительных сторон нового проекта.

С помощью МТБ станет возможным постепенно избавиться от излишков ядерного оружия, которого накоплено столько, многие эксперты задумываются: как его уничтожить с минимальным уроном для окружающей среды?

Жаль только, что в «Текнолоджи ревью» нет и намека на то, что у авторов идеи МТБ были предшественники. Возможно, конечно, они не читают наших научно-популярных журналов. Или в очередной раз повторяется старая история: идеи наших соотечественников всплывают через некоторой время за рубежом, принося изрядные дивиденды. Только, увы, не нам…

Начнем с простого. И все же наши энтузиасты продолжают свои разработки. Так недавно мне довелось познакомиться с еще одним проектом использования энергии взрывчатки в мирных целей. Ее авторы – московские исследователи А. Яковенко, Э. Шабалин и С. Хилов придумали вот что.

«Борясь за чистоту атмосферы, технический мир ищет и находит множество типов альтернативной энергетики, – начал свой рассказ руководитель разработки инженер-гидротехник Александр Леонидович Яковенко. – Один из видов – это гидроэлектростанции всех типов, как по конструкции, так и по условиям эксплуатации»…

Причем ныне имеет смысл обратить особое внимание на малую гидроэнергетику, так как в России охвачено центральным электроснабжением только 40–45 % территории, а энергетический потенциал малых рек России в несколько раз выше, чем всех крупных ГЭС, вместе взятых. Но любая ГЭС не может работать без воды и ее напора; чем выше напор и больше расход воды, тем мощнее гидростанция.

Значит, ГЭС строятся только на реках, а чтобы создать напор, надо возводить плотину. А нельзя ли построить ГЭС, не привязывая ее к потоку реки? Оказывается, можно, и вариантов достаточно много, нужно только найти наиболее технологичный и дешевый вариант для данного конкретного случая.

«Несколько вариантов микро– и мини-ГЭС, с замкнутым циклом потока воды, мы и решили вынести на суд специалистов», – продолжал Яковенко. И далее изложил следующие подробности. Разработанные исследователями схемы позволяют в принципе создавать ГЭС даже в заброшенных шахтах, в карьерах и разработках, в отслуживших свой срок зданиях ТЭЦ и АЭС…

Главная часть новой ГЭС – цилиндрический или торообразный корпус с поддоном в нижней части. С ним соединяется водоводом накопительную емкость. Внутри корпуса помещена турбина. Она представляет собой барабан, имеющий вертикальную ось вращения. По наружной поверхности барабана закреплены лопасти, которые принимают импульсный поток и приводят барабан во вращение.

Главное в этой системе – обеспечить подъем воды в накопительную емкость, или, говоря проще, в водонапорную башню. Если просто накачивать воду насосами из реки или иного ближайшего водоема, овчинка может получиться не стоящей выделки – насосы наверняка потребуют больше энергии, чем сможет выработать наша мини-ГЭС.

И тогда в поисках источника «даровой» энергии изобретатели обратили свое внимание на… боеприпасы. Дело в том, что на военных складах ныне скопилось огромное количество снарядов, мин и бомб, хранящихся еще со времен Второй мировой войны. А любая взрывчатка тоже имеет свой гарантийный срок. И после его истечения возможны несанционированные взрывы, которые последнее время случаются на военных складах нашей страны то там, тот тут.

Военные вынуждены вывозить просроченные боеприпасы на полигоны и взрывать их там. Но по-хозяйски ли это? Вот наши изобретатели и предлагают, например, такой вариант. Вода из речки или пруда самотеком заполняет некую емкость, в центре которой периодически размещают тот или иной боеприпас, а потом подрывают его. Возникает ударная волна, избыточное давление которой загоняет воду по специальному водоводу в емкость водонапорной башни, расположенную на некоторой высоте.

А уже оттуда вода, по другому водоводу, падает с высоты на лопасти турбины, вращая ее. А в нижний водоем тем временем натекает новая порция воды, следует новый взрыв, и весь процесс повторяется опять и опять.

По расчетам конструкторов, стоимость 1 кВт электроэнергии будет эквивалентна взрыву 30–50 г тротила.

Накопив таким образом необходимый опыт, можно затем будет подумать и о взрывных электростанциях, которые будут использовать все более и более мощные заряды, включая и ядерные…

Бомба против пожара

Еще один способ конверсии предлагают специалисты Государственного научно-производственного предприятия «Базальт». Одно из самых страшных изобретений нашего времени – вакуумную бомбу – они используют как эффективное средство тушения с воздуха лесных пожаров или уничтожения зон огневого шторма, возникающего при техногенных авариях и катастрофах, скажем, на нефтепромыслах или нефтепроводах, складах горюче-смазочных материалов или, того хуже, в местах складирования боеприпасов и взрывчатых веществ.

«Обычно пожары с воздуха ликвидируют с помощью авиационных сливных систем, – рассказал ведущий инженер-конструктор ГНПП “Базальт” Николай Владимирович Середа. – Говоря проще, в специальные танки самолета Бе-200 или Ил-76 заливают воду или иную огнегасящую жидкость. Пролетая над очагом пожара, экипаж самолета сбрасывает ее, сбивая огонь»…

Так предполагается в теории. На практике же обычно с одного захода редко удается сбить пламя. Во-первых, потому, что не так просто точно попасть в назначенное место – ветер может снести водяное облако в сторону. Во-вторых, сама вода рассеивается в воздухе, превращаясь в капли своеобразного тумана, гасящей способности которого недостаточно, чтобы сбить сильное пламя.

Взрыв вакуумной бомбы может помочь в борьбе с пожарами

В общем, как показывает практика, КПД подобных систем редко когда превышает 5 %. Иное дело, если мы используем авиационные бомбовые средства пожаротушения. В основе их использования лежат стандартные авиационные 500-килограммовые бомбовые кассеты. Только начиняют их, наряду со взрывчаткой, еще и пламягасящими составами.

«Сама операция по тушению пожара теперь во многом напоминает обычное бомбометание, – продолжал свой рассказ Н.В. Середа. – Бомбардировщик заходит на цель и прицельно сбрасывает бомбы. Вероятность попадания тут куда выше, чем при “бомбардировке” просто водой. И погодные условия куда меньше влияют, и военные пилоты, как правило, имеют для такой работы большие навыки».

В общем, как показали испытания на полигоне, при новой методике вероятность накрытия очага пожара уже при первой атаке возрастает до 90 %. А стоимость такой операции с учетом затрат горючего, повторных заходов для набора воды и ее сбрасывания удешевляется в 6–8 раз.

Еще одно преимущество новой методики – бомбами удается сбить пламя даже с горящей нефти или газа. Потому как образующая при взрыве ударная волна начисто «отрезает» пламя, лишает его кислорода.

Робот-стеноход

…Огонь так разбушевался, что даже видавшие виды бойцы пожарной охраны не рисковали приблизиться к «очагу возгорания» – огромному резервуару с нефтью. Меж тем пламя грозило перекинуться на другие сооружения нефтеперерабатывающего завода.

И тут вперед выдвинулся некий смельчак. Окутанный отражающей инфракрасное излучение серебристой тканью, он размеренной походкой приблизился вплотную к баку и начал подниматься… прямо по его гладкой отвесной стене. Пожарные замерли: «А ну как сорвется?»

Робот-стеноход

Но отважный незнакомец поднимался все выше. Наконец, он достиг расчетной отметки и двинулся вбок, оставляя за собой едва заметную снизу полоску. «Люк для подачи пены режет», – догадался кто-то. Телемонитор подтвердил: ловко орудуя сразу двумя резаками, смельчак успешно завершал начатое.

«Готовь ствол! – прозвучала команда. – Давай пену…»

Через несколько минут с пожаром было покончено.

Вы, конечно, догадались, что наш незнакомец – вовсе не Супермен или Бэтмен из одноименных кинобоевиков, а просто-напросто… робот.

А с примерной схемой действий кибернетического пожарного познакомил меня профессор В.Г. Градецкий. Создали прототип робота сотрудники его лаборатории совместно со специалистами Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны.

«Правда, в настоящем деле он еще не бывал, – пояснил Валерий Григорьевич, – но первые испытания подтвердили эффективность его применения».

Небольшое отступление. Пожары в нефтехранилищах, или, как говорят специалисты, в резервуарных парках, довольно частое явление. Так, в США за XX век случалось до 20 пожаров в год. Сходные «показатели» и у нас. Причем ущерб всякий раз огромен – от 1 до 10 млн долларов. Нередки и человеческие жертвы.

В конце концов, пожарным удается обуздать стихию. Но какой ценой? Когда 8 апреля 1985 года на Московском нефтеперерабатывающем заводе загорелся бензин в резервуаре с плавающей крышей РВС-10 000, для борьбы с огнем задействовали 117 пожарных автомобилей, которые израсходовали в общей сложности около 300 т пенообразователя. Тушение пожара осложнили перекос плавающей крыши, а также образование недоступных для пены «карманов», сильный порывистый ветер. В этих условиях современные автоматические установки малоэффективны.

Подобные случаи побудили специалистов искать новые приемы и средства борьбы с огнем. Вот один из них. В металлической стенке резервуара, чуть выше уровня горючего, прорезается окно, через которое внутрь закачивают пену. Но делать отверстие вручную, да еще с помощью газовых резаков… Где гарантия, что дополнительным источником возгорания не послужит сам резак? И что тогда станется с рискнувшим его применить человеком? Да и сможет ли он в принципе выполнить это при адской жаре, в удушающем дыму, а то и пламени?

«Вот мы вместе с пожарными и решили: такая работа – по плечу лишь мобильному роботу», – подытожил Градецкий.

Проблем оказалось немало. Первая и, пожалуй, главная: каким образом робот сможет взобраться по отвесной гладкой стене резервуара?

Пришлось обратиться к опыту «братьев наших меньших». Пауки, мухи и другие насекомые запросто бегают не только по стенам, но и по потолку. Как им удается?

Точного ответа нет до сих пор. Одни исследователи полагают, что все дело в особом клейком составе на лапках. Другие – что подобное хождение обеспечивают электрореологические жидкости, то есть соединения, способные «схватываться» под действием электромагнитного поля.

В Институте проблем механики не стали дожидаться, пока биологи закончат свои споры. Выбор остановили на присосках, какими обладают, скажем, геконы. Но робот куда массивней ящерицы. Пришлось присоски несколько модернизировать.

«Чтобы создать требуемое разрежение, можно, конечно, использовать вакуумный насос, – пояснил Градецкий. – Но отечественная промышленность не выпускает достаточно компактных и мощных устройств. Пришлось идти в обход»…

Помните, как действует пульверизатор? Поток воздуха из одной трубки, проходя над срезом другой, перпендикулярной первой, создает разрежение, благодаря которому засасывается и разбрызгивается жидкость, в которую эта вторая трубка погружена. Аналогичным образом – с помощью насоса, прокачивающего воздух, – создается разрежение под каждой из присосок транспортного робота.

Всего же их шестнадцать, и разделены они на группы. Восемь расположены непосредственно на днище модуля. Еще по две распределены по четырем «лапам». Прильнув к отвесной стене, робот может одновременно оторвать от нее все «лапы» – оставшиеся присоски надежно удержат его на вертикальной поверхности. А переставляя по очереди «лапы», включая и отключая присоски, модуль способен перемещаться, повинуясь командам оператора или заложенной программе.

Достигнув запланированной высоты, робот пускает в ход одну или две газовые горелки, которыми оснащены его «руки» (или, если угодно, передние «лапы»), и вырезает в стене резервуара отверстие, в которое затем закачивают пену. Намного ускорит резку использование плазменных или лазерных резаков. При особой необходимости можно прибегнуть к кумулятивному взрыву, который продырявит емкость в считаные доли секунды. Рассматривают специалисты и возможность резки струей воды под высоким давлением. Водяной резак намного безопаснее обычного – особенно при работе с легковоспламеняющимися жидкостями. Беда в том, что в стране нет насосов достаточной для того мощности: потребуется давление до 100 МПа.

А главное – нет средств для ускорения разработок. Сумм, которые выделяет Госкомитет по науке, хватает лишь на то, чтобы удержать сотрудников в лаборатории, не закрыть тему.

Похоже, денежные препятствия – покруче отвесных стен…

Робот-«муха»

Робот-«муха» может взлететь на высоту 20—30-этажного дома, а затем зависнуть, прилипнув к стенке или потолку. Такую конструкцию предложил и запатентовал старший преподаватель промышленного дизайна механико-машиностроительного факультета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Денис Свистулин.

«В современном мегаполисе все чаще возникают задачи, которые не могут решить ни пожарные, ни спасатели на вертолетах, – рассказал изобретатель. – Например, тушить пожар выше 12-го этажа – проблема. А небоскребов становится все больше. Моя “муха” сможет доставлять на большие высоты спасательные комплекты, автоматические средства пожаротушения всего за несколько минут».

Робот-«муха»

Свое детище, которое пока существует лишь в макете, Денис Свистулин назвал «ДЛАНЬ» (Дистанционно пилотируемый Летательный Аппарат – НосителЬ), или попросту «муха».

«По внешнему виду аппарат пока действительно напоминает гигантскую муху, – говорит изобретатель. – Но в окончательном виде аппарат может иметь и другой облик – главное не внешний вид, а его конструктивные особенности и возможности».

Изобретатель не просто скрестил беспилотный летательный аппарат и робота-стенохода (такие конструкции уже существуют), но и научил его садиться на любые наклонные поверхности, будь то бетон, кирпичная стена или штукатурка. Для этого на «лапках» у «мухи» есть специальные вакуумные присоски.

А вот совершать продолжительные горизонтальные полеты такой аппарат не сможет. Но это, по мнению разработчика, и не нужно – к месту работы робота будет доставлять наземный автотранспорт. Затем летающий робот взлетит вертикально вверх, достигнет нужной точки, выполнит задачу и так же быстро вернется.

Над проектом изобретатель работает более 7 лет. В создании высокотехнологичной «мухи» ему помогли специалисты СПбГПУ, Университета авиационного приборостроения и коллеги из других учебных заведений. Размах крыльев в макете – почти метр, но у реальной «мухи» крылья будут в 3 раза больше.

Аппарат был бы давно готов в «железе». Но для создания опытного образца требуется около 5 млн долларов, а такой суммой ни сам изобретатель, ни учебное заведение, где он работает, не обладают.

«В США выделяют по 3 млрд долларов ежегодно на разработку беспилотных аппаратов разного назначения, проводятся различные инновационные программы, – говорит Денис. – Мы надеемся на российские гранты, подаем документы на участие в программах Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Ведь ныне создание беспилотных летательных объектов – приоритетная тема для нашей страны».

Во глубине веков и пирамид

Тайны египетских пирамид давно не дают покоя исследователям. Причем в последние годы для исследований привлекаются самые что ни на есть высокие технологии. И в итоге делаются все новые открытия. В том числе и весьма странные…

Преодолеть «проклятие фаранов». Эта история началась еще 13 февраля 1923 года, когда спонсор экспедиции, английский лорд Карнарвон, доктор Картер и еще 15 человек шагнули в погребальную камеру фараона Тутанхамона, несмотря на предупреждение, начертанное на обнаруженной глиняной табличке: «Вилы смерти пронзят того, кто нарушит покой фараона».

И предупреждение не замедлило сбыться. Участники экспедиции один за другим стали погибать от загадочной болезни. Причем, кроме тех, кто непосредственно побывал в самой камеры, умерли еще и те, кто так или иначе имел дело с мумией фараона.

Медики уже много позднее пришли к выводу, что виной всему так называемая «пещерная болезнь», возбудителями которой являются микроскопические грибки, которых предостаточно в склепах фараонов.

С той поры погребальные камеры стали вскрывать со всевозможными предосторожностями, отправляя вперед, на разведку, специально сконструированных роботов. Кроме всего прочего, такой аппарат может проникнуть и в те ходы, куда человеку никак не пролезть.

Впервые робота отправили в один из недоступных человеку туннелей пирамиды Хеопса в 1990 году. Изготовленный германским конструктором Рудольфом Гантеноринком робот проник в «кроличий лаз» и обнаружил в его конце известняковую плиту-дверь, укрепленную металлическими стержнями! Поскольку до наружной стены пирамиды оставалось 15 метров, возникло предположение, что за дверью скрывается погребальная камера, предназначенная для существ, которые могут воспользоваться лазом 22×23 см!

Это открытие взволновало научное сообщество, поскольку ранее никто из археологов не находил в пирамидах каких-либо металлических деталей. Тут же начались споры: одни посчитали стержни ручками дверцы, другие – ключами к ней, а третьи и вовсе уверовали, что они суть не что иное, как части энергетической системы, созданной карликами-инопланетянами. А сама пирамида не что иное, как своеобразная энергостанция, созданная представителями неизвестной нам цивилизации.

Пошли на приступ. Все это весьма подогрело интерес исследователей и общественности. В итоге в 2002 году была предпринята новая попытка штурма закоулков пирамиды Хеопса.

Впрочем, телешоу во многом разочаровало зрителей. Нет, главный герой исправно исполнил свою роль. В ночь с 17 на 18 сентября 2002 года миниатюрный робот «Pyramid Rover» («Исследователь гробниц»), сконструированный инженерами из Бостона и стоивший 250 тыс. долларов, проник в узкий лаз, преодолел 65-метровую вентиляционную шахту камеры царицы, приблизился к каменной двери толщиной в 7,6 см и принялся сверлить преграду.

Зрители затаили дыхание: что-то за ней откроется?! Но когда в просверленное отверстие проник световод с телеглазом, раздался дружный вздох разочарования. Телекамера показала еще один узкий коридор, который заканчивался опять-таки каменной плитой.

Ученые несколько месяцев анализировали полученные снимки, а затем приступили к конструированию нового робота. В феврале 2004 года «Pyramid Rover-2» был закончен. По сути, это был модифицированный прототип, на котором взамен сверлильного агрегата установили ружейный ствол двенадцатого калибра и дистанционный спусковой механизм.

Ученые испытывают работу робота «Pyramid Rover». Внизу – схема действий робота в пирамиде

15 апреля 2004 года «Pyramid Rover-2» двинулся по Южной шахте. Остановившись на расстоянии 2 м от заслонки, он произвел в нее выстрел мешочком с мелкими свинцовыми опилками. Преграда была разрушена. Сутки понадобились ученым, чтобы извлечь обломки известняковой плиты с помощью того же «Pyramid Rover-2». Новая универсальная конструкция имела съемный манипулятор, легко устанавливаемый взамен ружейного ствола. 17 апреля снабженный сверлильным агрегатом «Pyramid Rover-2» достиг второй перегородки. «Будет ли за ней третья? – этот вопрос беспокоил исследователей. – Неужели и на сей раз усилия окажутся тщетны?» Однако ученых ждал успех. Вторая дверь оказалась последней. Когда в просверленное отверстие «Pyramid Rover-2» внедрил оптиковолоконный световод, собравшиеся у монитора испустили вздох изумления. За маленькой дверью действительно находилась погребальная камера.

За загадкою – загадка… За второй дверью «Pyramid Rover-2» обнаружил обширную полость примерно 5×4,5 метра. Взорам потрясенных ученых предстал каменный саркофаг около 120 см в длину. Не такой богатый, как саркофаг Тутанхамона, он представлял собой ящик из серого гранита с крышкой, вытесанной в виде лежащего человека.

Можно было предположить, что в каменном гробу находится внутренний деревянный саркофаг, а в нем – мумия крошечного человечка, соплеменники которого могли обставить погребальную камеру, пользуясь «кроличьим лазом» 22×23 см.

Снабженный цифровой камерой робот заснял погребальную камеру, после чего манипулятором накинул на саркофаг нейлоновый трос. Ученые извлекли робота и осторожно потащили добычу ко входу в шахту.

Саркофаг удачно развернулся торцом в проход и… застрял! Он оказался чуть больше сечения шахты. Очевидно, в погребальную камеру саркофаг и крышку доставили по отдельности, а уже потом втащили мумию во внутреннем деревянном гробу.

Были приложены неимоверные усилия, чтобы отодвинуть роботом саркофаг от входа, но тщетно. Груз оказался слишком тяжел. Работы были приостановлены.

Они возобновились в мае 2011 года. Теперь в поход отправилось творение инженера Роба Ричардсона из Университета Лидса и его коллег. Первые пробные вылазки робота «Джеди», названного так в честь прорицателя, с которым советовался фараон Хеопс во время постройки места своего вечного упокоения, были проведены в июле и декабре 2009 года.

И ныне исследователи предприняли еще один решительный штурм. «Джеди» оборудовали видеокамерой с эндоскопом, миниатюрным ультразвуковым устройством, которое определяло толщину и состояние каменных стен туннеля, роботом-жуком, который мог бы протиснуться в отверстие диаметром 20 мм (появись такая необходимость), высокоточным компасом и уклонометром, а также сверлом, способным пробурить вторую «дверцу».

Джеди пробрался по туннелю, осматриваясь при помощи видеокамеры. Робот, в частности, взглянул на заднюю часть первого каменного блока. Оказалось, что она тщательно отшлифована, а значит, вряд ли имеет лишь функциональное предназначение. Кроме того, выяснилось, что металлические стержни загнуты в виде петель, что отметает версию об электрической схеме и роли пирамиды как энергостанции.

На полу за первой дверцей «Джеди» увидел красные надписи. Археологи полагают, что их расшифровка позволит понять, каково было истинное предназначение туннеля. Хотя возможно, что это лишь некие служебные пометки, оставленные строителями. А может, это очередное роковое предупреждение?

Впрочем, ученые обещают вскоре выпустить новый, более подробный отчет. Параллельно идут совещания на тему, не может ли за вторым блоком скрываться что-то еще?

В общем, весьма не просты оказались древние строители пирамиды. В их тайны не проникнешь вот так, с кондачка. Будем ждать, что придумают археологи в следующий раз и какие чудеса техники они призовут себе на помощь…

На старте – энтомоптеры

Помните «Сказку о царе Салтане»? Князь Гвидон, которому надо было узнать кое-какие тайны царского двора, поступал очень хитро. Превращался в шмеля, комара или иное насекомое, незаметно доплывал на корабле до царского дворца, а потом и проникал внутрь…

Сказка, конечно, – ложь, да в ней намек…

Диверсанты, засланные в тыл условного противника, как-то не обратили внимания на вьющуюся над ними небольшую птичку. И были весьма удивлены, когда узнали, что именно благодаря этой «птичке» затеянная ими операция провалилась, а сами они попали в плен.

Подобный эпизод, говорят инженеры, может стать реальностью уже через пару лет. В нескольких лабораториях мира, специализирующихся в области миниатюризации и робототехники, создаются, в частности, летающие самолетики величиной с ладонь, снабженные дистанционным управлением.

Инициатором этого направления на Западе явилась научно-исследовательская организации Министерства обороны США, название которой по первым буквам ее английского названия выглядит так – DARPA.

«По величине и подвижности ваши микророботы не должны уступать колибри», – наставляют конструкторов заказчики. В переводе на язык техники это означает – дальность полета порядка 10 км, скорость – 80 км/ч, длительность автономной работы – хотя бы 3–5 ч.

Конструирование микролетов – непростое дело. «Любой авиамоделист понимает, что глупо ждать о самолета, просто уменьшенного до карманных размеров, хорошего полета, – считает Уильям Дэвис, руководитель новой программы в лаборатории Линкольна при Массачусетском технологическом институте. – Тут законы аэродинамики действуют иначе, чем в мире больших летательных аппаратов».

Энтомоптер, разработанный Робертом Майкельсоном

Одна из лабораторий, например, полгода бьется над выбором оптимальной величины и конфигурации пропеллера. Другая решает проблему, как бороться с воздушными вихрями, для которых микролеты – просто игрушка. А какими должно быть навигационное оборудование для таких крох?..

«Для микролетов нужна и совершенно новая технология производства, – говорит Роберт Майкельсон, главный инженере научно-технического института в Атланте, штат Джорджия. – Традиционная тут не подходит»…

Когда все трудности были осознаны исследователями, началось выполнение программы по созданию микролетов. На три года отпущено 35 млн долларов, но участники работ жалуются, что этого им мало.

Эксперты полагают, что подобные летательные аппараты не должны превышать 15 см, иметь массу – не более 100 г. Правда, полезная нагрузка при этом уменьшается до 14 г, но и этого оказывается вполне достаточно для микротелекамер последнего поколения. Зато такую «птаху» уже куда труднее заметить и обезвредить. Тем более что она развивает скорость до 60 км/ч.

Еще один недостаток: удалиться от своей базы микролет пока может не более чем на 5 км, иначе слабый сигнал будет попросту забит помехами. Тем не менее и достигнутому рады фронтовые разведчиков, корректировщики артиллерийского и минометного огня. Могут «микроптахи» нести на себе акустические датчики, сигнализирующие о приближении танков, а также сенсоры радиации, химического и бактериологического оружия…

Немалое внимание обращают конструкторы и на простоту управления микролетами. Любой солдат должен иметь возможность запустить его и тут же забыть о его существовании. Большинство своих операций по управлению полетом, снятию информации микролет осуществляет автономно, передавая на землю добытую информацию и получая с пульта управления лишь общие указания: «Повернуть налево… Снизиться до высоты 50 м…Увеличить скорость…»

Уильям Гарвей, руководитель группы микролетчиков из корпорации «Интелледжин автомейшн», расположенной в Роквелле, штат Мэриленд, рассказал, что его коллегам удалось изготовить микролет длиной в 5 см, использовав традиционные технологии, применяемые авиамоделистами. Топливом служит спирт, а мотор представляет собой уменьшенную вдвое копию авиамодельного движка.

Другие исследователи вносят в конструкцию более радикальные изменения. Девид Стиклер, например, полагает, что для таких случаев более приемлема дисковидная форма, напоминающая «летающие тарелки». «Выпуклый сфероид может, если нужно, лететь медленнее других микролетов и использует топливо более рационально», – говорит он. Однако главное новшество в этом проекте – не форма аппарата, а его двигатели – турбины длиной около 6 см и диаметром порядка 1 см. Их проектируют в Массачусетском технологическом институте.

Впрочем, Роберт Майкельсон из научно-технического института в Атланте свой летающий аппарат, названный «энтомоптер», предлагает оснастить принципиально новым источником энергии – химической мышцей, выполняющей нечто вроде возвратно-поступательного движения за счет экзотермической реакции. Мощность такого двигателя всего 1 Вт, но этого уже вполне достаточно, чтобы привести в действие миниатюрную конструкцию. Благодаря искусственным мышцам энтомоптер сможет, махая крылышками, подниматься ввысь и опускаться.

Майкельсон получил патент на свое изобретение. Его группа успешно испытала ползающую, но пока еще не летающую модель. «Когда мы построим летающий энтомоптер, то поначалу он будет иметь не два крыла, а четыре, как бабочка, – рассказывает Майкельсон. – А со временем эта “бабочка” должна научиться еще и прыгать, словно кузнечик. Словом, кибер должен уметь делать, что умеют настоящие насекомые».

И вот для чего это надо…

Представьте себе: возле дома, обрушившегося в результате землетрясения, ведутся спасательные работы. Казалось, люди обшарили уже все развалины. Но не остался ли кто-то в глубине завала? Ответить на этот вопрос опять-таки помогает небольшое существо, на сей раз больше смахивающее на паука. Оно проворно устремляется в глубь развалин и вскоре подает сигнал: «Человек под большой балкой». Вскоре пострадавшего извлекают на поверхность и отправляют в госпиталь.

И это лишь одна из возможностей применения энтомоптеров. Они могут быть использованы во время спасательных работ при землетрясениях, при ликвидации пожаров, для наблюдений за дорожным движением, состоянием лесов и т. д.

Название «энтомоптер» происходит от греческого «энтомо» – «насечка, неровность» (намек на неровности крыла также запечатлен в русском слове «насекомое») и «птер» – «крыло».

Сегодня первые крылатые роботы уже летают. Правда, они еще довольно велики и неуклюжи. Но уже понятно, что принципиальные трудности на пути их совершенствования вполне преодолимы.

Так что, как видите, осуществление идеи, взятой из пушкинской сказки, уже не за горами.

Настоящий ли вы Джеймс Бонд? Или как обмануть детектор лжи

«Я, имярек, заявляю, что согласен пройти проверку на полиграфе добровольно, без принуждения. Мне объяснили процедуру проверки, и я не имею возражений по существу ее проведения. Настоящим я полностью освобождаю специалиста, проводящего обследование, от всех претензий и исков в связи с проверкой, не возражаю против передачи результатов проверки заинтересованной стороне. Мне было разъяснено, что никто не может заставить меня против моей воли проходить эту проверку. При этом я утверждаю, что не имею каких-либо заболеваний, которые бы препятствовали проверке на полиграфе…»

С чего начинается проверка? Такова стандартная форма заявления, заполняемого при прохождении обследования на детекторе лжи. Ставлю дату, подпись на бланке и чувствую, что ладони мои уже предательски вспотели. Ну а что дальше будет?..

Я глубоко вздыхаю напоследок вольной грудью и подставляю ее, эту самую грудь, под широкие ленты с датчиками. Раз! – один бандаж опоясывает верхнюю часть груди. Два! – второй проходит пониже, чуть ли не на уровне живота.

– Не жмет? – участливо спрашивает меня проводящий исследование психофизиолог, кандидат медицинских наук и он же заместитель генерального директора НПЦ «Инекс-полиграф» Александр Борисович Васильев. – Если жмет, не стесняйтесь, скажите – бандаж можно ослабить…

– Нет, вполне терпимо, – говорю я и подставляю пальцы рук. На правой мне закрепляют два датчика, замеряющие кожно-гальванические реакции организма (проще говоря, отмечающие, насколько я потею при ответе на тот или иной вопрос), на левой – датчик, который будет отмечать, как холодеют или теплеют кончики пальцев, а заодно и перепады кровяного давления.

– В вашем случае полагаю, что трех каналов информации – частоты и глубины дыхания, кожно-гальванической реакции и кровяного давления – вполне достаточно, – отмечает мой собеседник. – В принципе, таких каналов может быть 5 или 8, а то и еще больше…

При этаких словах я начинаю ерзать на стуле, вспомнив, что в начале нашего разговора Александр Борисович отмечал, что в некоторых случаях скрытые датчики монтируют и в сиденье кресла, на котором располагается испытуемый. Эти датчики отмечают, насколько он спокойно сидит, не напрягает ли излишне мышцы – таким образом, оказывается, можно в известной степени управлять бросками кровяного давления. Но нет, кажется, подо мной обыкновенный стул, никаких датчиков я не ощущаю.

Впрочем, чего это я так забеспокоился? Просто мне хотелось испытать на собственной шкуре, что чувствует человек, когда его подвергают испытаниям на детекторе лжи, или, говоря по-научному, на полиграфе. Тем не менее волнуюсь, вон даже лоб испариной покрылся. Впрочем, меня предупреждали – это нормальная реакция испытуемого. Уж очень все мы не любим, когда нас выводят на чистую воду…

Каковы истоки? Китайские императоры несколько тысячелетий тому назад применяли такой «детектор»: испытуемому давали горсть сухого риса и велели его есть. Если человек не волновался, слюны во рту выделялось достаточно, он мог прожевать и проглотить рис. Если же во рту пересыхало, его ждали крупные неприятности – считалось, тем самым он подтверждал, что совесть его нечиста.

Средневековые арабы поступали и того жестче: на язык испытуемого клали кружок раскаленного металла, скажем монету. И горе тому, у кого на языке вскакивал волдырь. Ему тут же этот самый лживый язык и отрезали…

Работа детектора лжи основана на проверке реакций человеческого организма

Истоки современного детектора лжи (он же лай-детектор, или полиграф) восходят к концу прошлого столетия, когда итальянский врач Цезаре Лаброз сделал открытие: частота пульса увеличивается, когда человек лжет. Это случилось в 1895 году – так что детектор лжи, можно считать, недавно отпраздновал свое 115-летие. Двадцать лет спустя соотечественник Лаброза – Витторио Бенусс – заметил, что при вранье увеличивается не только частота пульса, но и количество вдохов и выдохов в минуту. Полученные знания тут же были применены на практике – в годы Первой мировой войны пойманным шпионам во время допросов стали делать соответствующие замеры.

Однако подлинную популярность подобные приемы приобрели в США. В начале 20-х годов XX века американский физиолог и юрист Уильям Мартсон в ходе процесса по делу об убийстве измерил кровяное давление у подозреваемого по фамилии Фрей. Давление оказалось нормальным: на основании этого Мартсон сделал заключение, что обвиняемый невиновен. Присяжные, впрочем, не приняли доказательств – подозреваемый был осужден на пожизненное заключение. Через три года поймали настоящего убийцу, и репортеры тут же вспомнили о методе Мартсона.

После этого за дело взялся Джон Ларсон, полицейский из Калифорнии, который и разработал аппарат, непрерывно регистрировавший кровяное давление, частоту пульса и записывавший данные на самописец. Стоило задать обвиняемому несколько вопросов относительно совершенного преступления, как на ленте тут же вырисовывались эмоциональные пики, даже если человек и не сознавался. «Дожать» обвиняемого после этого не составляло особого труда. Многие «раскалывались», как только им показывали запись и объясняли, что значат те или иные кривые.

Последователи Ларсона еще больше усовершенствовали прибор, прибавив измеритель потовыделения и разместив устройство в компактном чемоданчике. Примерно в таком виде полиграф дожил до наших дней. Только ныне для удобства пользования к датчикам и самописцу добавился еще и персональный компьютер-ноутбук, на дисплее которого и высвечиваются кривые.

Процедура обследования. Васильев тем временем закончил приготовления, повернулся ко мне:

– Помните, на любой вопрос вы отвечаете только «да» или «нет». Готовы?

Я проглотил слюну и молча мотнул головой.

– Начали. Первый вопрос: «Вы любите сладкое?»

«Всего-то, – пронеслось в голове. – Кто же его не любит?..» И я сказал:

– Да!

Несколько последующих вопросов были не сложнее первого, и я поуспокоился. И тут…

– Воровали ли вы в возрасте до 16 лет?

Я готов был выпалить возмущенное «нет», но вовремя спохватился: «А яблоки в соседском саду?..» Пришлось нехотя сказать «да».

Еще несколько нейтральных вопросов и снова коварный:

– Вы пришли к нам выведать интересующую вас информацию?

После секундного замешательства я сообразил, что взять интервью – это и есть «выведать интересующую информацию». Ответ я дал положительный, но компьютер наверняка зафиксировал и мою заминку, и вспотевшие ладони, и участившееся дыхание…

– Потребляете ли вы наркотики?

– Нет.

– А раньше потребляли?

– Нет. (В голове между тем мысль: «Раньше-то я курил. А кое-кто из экспертов ныне никотин относит к наркотикам…»)

И это было отмечено в памяти компьютера…

Так мы еще беседовали минут тридцать – сорок. За это время я успокоился, расслабился, стал замечать, что некоторые вопросы повторяются по второму, а то и третьему разу. Правда, формулировка их несколько отличалась, но суть оставалась прежней…

– Ладно, достаточно, – сказал, наконец, Александр Борисович. – Конечно, ваши ответы нуждаются еще в дополнительном анализе. Однако даже сейчас, так сказать навскидку, могу сказать – общая реакция положительная. Если бы вы устраивались к нам на работу, я бы, пожалуй, вас взял…

Да, уважаемые сограждане, готовьтесь к тому, что детекторы лжи вскоре могут появиться во многих отделах кадров. Во всяком случае, специалисты фирмы «Инекс-полиграф» уже сегодня выполняют заказы на тестирование тех или иных лиц по заказам банков, коммерческих структур и т. д.

И не стоит по этому поводу особо рвать и метать. Ведь не возмущаетесь же вы, заполняя сегодня анкету при приеме на работу? Причем в ряде случаев анкета достаточно обширная, и ваши ответы потом проверяются 2–3 месяца спецслужбами.

– Иногда заказчики ставят нам специальные задания для тестирования, – продолжал разговор Васильев. – Скажем, один управляющий банка сделал такое заявление: «Меня не интересует, пьет человек или нет. Я и сам к рюмочке прикладываюсь. Вы, пожалуйста, выясните, азартный он человек или нет? Если играет, я его и на порог не пущу – он же меня по миру пустит…»

Есть своя специфика и при опросе лиц, чья профессиональная деятельность связана с материальной ответственностью, с прохождением через руки больших денежных сумм. Конечно, обследование ведется в таком случае более дотошно (бывает, и достаточно жестко – в перечень включаются вопросы, которые в обыденной жизни задавать не принято: о сексуальных наклонностях, пагубных привычках, уровне потребностей).

И уж «раскрут» идет по полной программе, когда ведется расследование уголовного дела или есть подозрения в шпионаже.

– Александр Борисович, но, с другой стороны, ЦРУ, говорят, ныне отказывается от полиграфа, поскольку тот же Олдрич Эймс трижды успешно проходил проверки на таком аппарате. Стало быть, ничего, кроме излишней нервозности, такие проверки не дают…

– Говоря иначе, вы хотите выяснить, насколько легко перехитрить детектор лжи? Да, тренированный человек вполне может обмануть прибор. Более того, могу дать вам простой совет. Выпейте перед обследованием 10–15 чашек крепкого кофе – тогда все реакции вашего организма изменятся. Или пару литров пива – тогда ваши мысли будут заняты другим… Тем не менее, уверяю вас, обмануть детектор намного сложнее, чем многих людей. Хотите проведем еще эксперимент?

И мы провели. Я задумал число в пределах десятка. Александр Борисович последовательно стал перебирать цифры, называя их вслух. И хотя я последовательно говорил «нет», он все-таки назвал задуманную мною цифру. Пик на экране полиграфа вырисовался возле «семерки».

Завтра начинается сегодня. Вот так работает один из первых отечественных полиграфов. История его создания в общем-то довольно обыденна. В свое время полковник А.Б. Васильев работал с различными моделями импортных полиграфов и понял, что ничего исключительного они не представляют. В 1992 году накопленный опыт он и его коллеги – Анатолий Валерьевич Поляков и Игорь Евгеньевич Дудник – обобщили и подали патентную заявку на «Устройство для контроля физиологической информации». В марте 1994 года был получен патент, и дальше дело пошло своим чередом. От первого опытного образца специалисты перешли к серийному.

Так что, если у вас есть желание, вы можете приобрести неплохой полиграф примерно за 5000 долларов США. Аналогичные приборы за рубежом стоят от 12 до 18 тыс. долларов, а то и более. Качеством же приборы импортным не уступают. Как только патент был обнародован, на фирму тут же пожаловала представительная американская делегация, которую возглавлял Гордон Борланд, ответственный сотрудник соответствующего ведомства, работающего на ЦРУ и Пентагон. Специалисты не только тщательным образом ознакомились с оборудованием на месте, задали не один десяток вопросов, но и один комплект оборудования увезли с собой – для дальнейшего тщательного изучения.

– Не боитесь, что скопируют?

– Во-первых, у нас есть патентная защита. Во-вторых, мы ведь тоже не стоим на месте: ныне ведем разработку усовершенствованной, еще более компактной модели. Видите, какая получается? – Александр Борисович продемонстрировал коробку размерами с переносной радиоприемник.

Так что, глядишь, вскоре очень многие деловые люди будут носить в карманах портативные детекторы лжи, замаскированные, скажем, под мобильные телефоны.

Да что там бизнесмены! Каждый из нас теперь будет иметь дело с таким детектором. Дело в том, что летом 2011 года Сбербанк начал тестирование нового высокотехнологичного банкомата со встроенным детектором лжи.

Разработка Петербургского центра речевых технологий умеет не только сканировать паспорт, снимать отпечатки пальцев, делать трехмерный фотоснимок лица, но и распознавать интонации, а также тембр голоса клиента.

– Система голосовой навигации позволит клиенту проходить через все этапы заказа банковских услуг посредством голосовых команд, – пояснили эксперты Сбербанка. – Она не только дает подсказки и задает вопросы для комфортной и быстрой навигации клиента по меню, но и одновременно анализирует эмоциональное состояние клиента. И если автомат решит, что клиент излишне волнуется, путается в своих ответах и пытается говорить чужим голосом, то денег не даст. Зато подаст сигнал тревоги.

Во время «обучения» терминала использовались базы данных правоохранительных органов, в частности ФСБ. В качестве исходного материала взяты образцы голоса тех людей, которые лгали во время проведения допроса. А оригиналы «голосовой подписи» клиентов будут храниться в чипах на банковских картах пользователей.

Вот тогда жизнь начнется! Лишний раз и не соврешь…

Что можно сделать силой мысли?

По телевидению недавно показали, как девочка в оранжевом шлеме силой мысли сдвинула с места игрушечный паровозик. Забавная игрушка служит демонстрацией серьезных возможностей современной науки и техники.

Почти фокус… Показанное на телеэкране – публичная демонстрация устройства, созданного сотрудниками японской компании Hitachi. Работает оно довольно просто. Датчики шлема сканируют живые ткани в инфракрасном диапазоне на глубине нескольких сантиметров, определяя таким образом уровень гемоглобина в коре головного мозга. По нему устанавливается объем крови в той или иной области мозга. Если объем крови увеличивается, значит, человек о чем-то думает; если нет – значит, нет и мысленного приказа. Таким образом, получается, что данная игрушка вовсе не читает мысли, а просто реагирует на прилив крови к голове.

Иное дело, когда с помощью датчиков исследователи пытаются считывать те слабенькие электромагнитные сигналы, которые излучает мозг при своей работе. В простейшем случае – при снятии энцефалограмм – медики таким образом пытаются понять: здоров мозг или нет, какие области его функционируют?

Мысль может управлять роботом

Исследования нейронной активности мозга помогают при лечении некоторых болезней, а также уже в настоящее время позволяют узнать, говорит человек правду или нет. Причем вскоре детекторы станут непосредственно реагировать на мысли человека. Как выяснилось, если он лжет, то возбуждается один центр в коре головного мозга, если говорит правду, то другой…

Зримые мысли. Ну а там, как полагают специалисты, недалеко останется и до чтения самих мыслей. Они будут фиксироваться столь же ясно, как если бы человек произносил их вслух. Причем для этого вовсе не надо будет вживлять электроды. Достаточно будет настроить специальный приемник на «мыслеволну» данного человека.

Во всяком случае, прогресс в области технологий компьютерной обработки энцефалограмм уже позволил создать готовую к серийному производству адаптивную систему, позволяющую вводить информацию в компьютер одним усилием мысли.

Как сообщает Space Daily, группа ученых из государственного центра Wadsworth в Олбани, штат Нью-Йорк, представила на Международной выставке передовых технологий в Париже интерфейс-систему для непосредственной передачи сигналов мозга в компьютер Brain Computer Interface (BCI).

Работу интерфейса продемонстрировал для посетителей выставки один из его создателей, доктор Питер Брюннер. Надев легкий шлем с двумя десятками проводов, он одним усилием мысли написал на большом демонстрационном экране приветствие на французском языке: «B-O-N-J-O-U-R».

В основе изобретения лежит технология, позволяющая преобразовывать сигналы мозга в цифровые электрические импульсы, которые затем расшифровываются компьютером и воспринимаются как конкретные команды.

«Система совершенно не связана с мышцами и нервами, – прокомментировала действия своего коллеги соавтор изобретения, доктор Тереза Селлерс, – поэтому она применима даже для полностью парализованных людей, не способных ни говорить, ни двигаться».

В родном Отечестве. Аналогичные работы ведутся и в нашей стране. Не так давно в Политехническом музее в Москве журналистам продемонстрировали технологию «распознавания воображаемых образов». Проще говоря, компьютер угадывал, о чем думает человек. Оператор надевал себе на голову устройство, похожее на ободок, и несколько минут сосредоточенно смотрел на дисплей. От него требовалось запомнить, а затем мысленно воспроизвести одну из двух картинок, предлагаемых системой, – автомобиль или гамбургер. Компьютер распознавал задуманный образ и выводил его на большой экран.

Суть дела опять-таки в том, что при восприятии разных изображений активизируются различные участки мозга, пояснил доктор биологических наук Александр Фролов, главный научный руководитель проекта. Допустим, вы смотрите на одного человека – возбуждаются определенные нейроны, перевели взгляд на второго – активны другие. Всякий набор таких клеток будет уникальным. Как следствие – уникальна и энцефалограмма, отвечающая за конкретную картинку. Получается, что по ней можно определить, на что именно человек смотрит.

Из научных опытов уже пытаются получить и конкретную пользу. В лаборатории физиологии сенсорных систем Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН создали компьютерную программу, которая позволяет писать на экране слова и даже целые фразы без помощи рук.

По словам Елены Михайловой, главного научного сотрудника лаборатории, 40 электродов шлема, надетого на голову испытуемого, фиксируют изменения электрической активности его мозга. И после некоторого процесса обучения человек уже способен силой мысли заставить компьютер отображать на экране собственные пожелания и мысли в виде текста.

Точность набора текстов силой мысли уже достаточно велика – порядка 97 %, а вот скорость низкая – не более 15 букв в минуту. Основная сложность в том, что оператору приходится в буквальном смысле «работать мозговыми извилинами», меняя параметры своей ЭЭГ, а природа не предусмотрела у человека такого навыка. И как только человек отвлекается на нечто постороннее – компьютер тотчас зависает.

Но ученые полны оптимизма. Они уверены, что в будущем технология станет значительно удобнее. Работать с компьютером можно будет обучить любого за четверть часа.

Виртуальные путешествия

Если помните, Алисе, чтобы попасть в Страну чудес, пришлось нырнуть, словно в колодец, в кроличью нору. А чтобы оказаться в Зазеркалье, она каким-то невероятным образом прошла сквозь зеркало.

Мне тоже представили на выбор два способа, как попасть в виртуальное пространство. Можно было либо просто подсесть к персональному компьютеру и взяться за оптическую мышку. Либо усесться на велосипед, нахлобучив на голову шлем с виртуальными очками.

Подумав, я решил поначалу особо не рисковать. Подсел поближе к жидкокристаллическому монитору компьютера, взялся за мышку…

Поначалу я словно бы спускался с большой высоты на парашюте. Ландшафт подо мной все укрупнялся, пока, наконец, не состоялось условное «приземление» в одном из районов Санкт-Петербурга. А именно на улице Большой Морской, у дома номер 67, где размещается Государственный университет аэрокосмического приборостроения (СПбГУАП).

Прошел вдоль здания и, заметив приоткрытую дверь, указал мышкой на него. Дверь отворилась, ваш покорный слуга оказался в вестибюле и… замер в изумлении. У меня явно начиналось раздвоение личности. Часть ее сидела перед мониторам, а другая находилась в трехмерном виртуальном пространстве.

Единственное, что меня несколько успокоило: подобным то ли пороком, то ли достоинством страдал не только я один. Помните, как удивился старик Хоттабыч, увидев в кинозале, как люди-киноактеры спокойно смотрели на экран, на котором их герои скакали на лошадях, дрались на саблях и вообще вытворяли бог знает что?.. И в данном конкретном случае мои новые знакомые, студенты СПбГУАПа Оксана Мухина и Александр Никитин, спокойно сидели рядом со мной, и в то же время все вместе мы прогуливались по зданию университета.

Виртуальные двойники любезно пригласили меня подняться по лестнице на второй этаж, пройтись по аудиториям университета. Мы даже заглянули в кабинет ректора – благо что он оказался пуст – вышли на балкон, еще разок осмотрели окрестности с высоты второго этажа. Потом вернулись внутрь и пошли дальше.

Послушали немного лекцию в одной аудитории и отправились в библиотеку. Прошли по коридору, стены которого были увешаны портретами знаменитостей, причем о каждой тут же давалась короткая справка, и оказались в книгохранилище.

«Вы можете подойти к стеллажу и взять на выбор любую книгу», – пояснила Оксана. Я попробовал: указал стрелкой мышки на один том. Тот послушно покинул свое законное место, раскрылся, и я стал листать виртуальную книгу, разглядывая каждую страницу, примерно так же, как это я обычно делаю в библиотеке с книжкой бумажной…

А Александр предложил мне посетить военную кафедру. И мы тут же оказались на полигоне, где разворачивался грозный зенитно-ракетный комплекс С-300. Сначала влезли в кабину ракетовоза, потом произвели некие манипуляции с пультом управления. И дело, в конце концов, кончилось тем, что я нажал красную кнопку и посланная мной ракета улетела неизвестно куда.

После этого, пообвыкнув, я уж как-то не очень удивился предложению одного из руководителей проекта «Виртуальный мир», доцента кафедры вычислительных систем и сетей СПбГУАПа А.В. Никитина побывать на… Луне.

Причем в отличие от астронавтов, я прокатился по ней не на луноходе, а на велосипеде. Взгромоздился в седло, нахлобучил на себя шлем с виртуальными очками и мягко покатил по лунной пыли.

Новейшие компьютерные технологии позволяют совершить виртуальное путешествие на Луну

Ландшафты, я вам скажу, вокруг были обалденные. Я даже как будто почувствовал себя намного легче – ведь на Луне притяжение куда меньше земного.

«Эх, жаль, что мы вам пока еще не можем продемонстрировать соответствующие запахи, – посетовали мои гиды. – Тогда эффект присутствия был бы полным»…

Оказывается, ныне уже существует экспериментальная установка, позволяющая по ходу виртуального путешествия синтезировать и распространять в воздухе соответствующие запахи. Плывете вы, скажем, по виртуальному океану, а в воздухе пахнет морской солью, заглянули в райский сад, и ноздри вам щекочет аромат волшебных цветов…

Вернувшись с небес на землю, мы занялись делом вполне прагматическим – ремонтом автомобиля. И компьютер послушно продемонстрировал нам, как именно надо снять переднее колесо, чтобы добраться до забарахливших тормозных колодок.

Для более сложных случаев, кроме оптической мышки, потенциальному ремонтнику приходится пользоваться еще и интерфейс-перчатками, позволяющими даже ощутить те усилия, которые нужно приложить, чтобы отвернуть или завернуть ту или иную гайку или болт, снять какой-то узел.

Таким образом, человек, занимающийся ремонтом или наладкой сложнейшей аэрокосмической техники, получает подробный инструктаж, обретает необходимые навыки еще до того, как приступит к реальному делу.

Кроме того, «Виртуальный мир» уже сейчас позволяет ознакомиться с ландшафтами того или иного города, выучить пересечения его улиц еще до того, как в нем побываете. Мы, например, не сходя с места отправились в финский город Тампере, словно на велосипеде проехались по его улицам. Заглянули в виртуальный магазин и приценились к понравившимся нам вещам.

Точно так же потенциальный путешественник может ознакомиться с меню местных ресторанов, узнать, в каком театре идет тот или иной спектакль или представление, ознакомиться с отрывками из них.

«Со временем в нашей базе данных через Интернет будут появляться виртуальные описания все новых городов, включая не только Москву и Санкт-Петербург, – закончил пояснения доцент А.В. Никитин. – Будущим абитуриентам будет представлена возможность виртуального знакомства не только с нашим университетом, но и с другими ведущими вузами Санкт-Петербурга»…

А я подумал: подобной технике путешествий позавидовали бы, наверное, и Алиса с Льюисом Кэрроллом. Даром что сказочник по совместительству был еще и профессором математики. В его времена мысленные путешествия можно было совершать лишь в пространстве собственного разума. И рассказать о них только в сказке…

Компьютер из… пробирки?!

Не знаю, как вы, а я со своим компьютером иногда разговариваю. Ругаюсь или, напротив, пытаюсь лаской заставить его сделать то, что он делать как будто не намерен. И происходит маленькое чудо: бездушная вроде железяка перестает давать сбои и выполняет требуемое.

Но честно сказать, я был весьма удивлен, когда выяснил, что вскоре, похоже, такая манера обращения с вашим персональным помощником может стать вполне узаконенной, поскольку есть вероятность, что компьютеры вскоре… оживут!

Все началось с молекулы. В современные интегральных схемах процессы переработки информации идут уже и на атомно-молекулярном уровне. По сути дела, модель молекулы уже своего рода процессор. Вот и организовали в свое время в подмосковном Зеленограде Институт молекулярной электроники, который занимался интегральными и полупроводниковыми схемами. Ближе к 80-м ученые стали интересоваться электрофизическими свойствами органических кристаллов. Была открыта их высокая проводимость.

Однако все это было еще только присказкой. А настоящая молекулярно-электронная сказка началась в 80-х в США, где благодаря работам Эли Авирама из Thompson IBM Research Centre и Фореста Картера из Navy Research Laboratory начались попытки сделать устройство по переработке информации на молекулярном уровне.

Авирам и Картер выдвинули интересную идею: имеет смысл заменить диоды и проводники молекулами. Принципиальную возможность такой машины Авирам продемонстрировал в эксперименте.

Эти работы и положили, по существу, начало молекулярной электронике, под которой надо понимать использование органических материалов там, где роль играет не ансамбль молекул, а сами по себе отдельные молекулы, которые используются для решения задач электроники. Появилась возможность создавать то, что ныне называется молекулярными компьютерами.

Сразу возникло несколько направлений. Они были в общем-то на поверхности. Первое – это использование органических материалов в традиционной полупроводниковой вычислительной технике. Второе – попытки создать вычислительные машины, где бы использовались физические процессы, происходящие в молекулах. А третье, наименее разработанное направление попыталось отойти от господствующей схемотехники и попытать счастья в нетрадиционных архитектурах и подходах.

Ученые предлагают заменить диоды и проводники молекулами

Чем же привлекал ученых молекулярный компьютинг? Во-первых, он отличается полной идентичностью чипов. Молекула – она молекула и есть. И природа сама побеспокоилась, чтобы такая схема оказалась дешевле нынешних БИСов. Во-вторых, молекула очень мала. Благодаря ее размерам молекулярная супер-ЭВМ может быть не больше спичечного коробка. В-третьих, на молекулярном уровне мала энергия переключения. В-четвертых, молекулярные устройства не подвержены дробовому, паразитному шуму.

Но кроме достоинств тут есть немало осложняющих моментов. К примеру, чтобы система реагировала однозначно на определенный сигнал, молекула должна быть достаточно большой. А чем больше молекула, тем меньше выигрыш.

Примерно то же самое стало выясняться и по другим характеристикам. Оказалось, что преимущества у молекулярной вычислительной техники есть, но они не очень явные. Поэтому, если не обнаружатся дополнительные их свойства, которых не имеют обычные компьютеры, решили исследователи, молекулярная «овчинка» вряд ли стоит выделки.

Пойди туда, не знаю куда… Однако вскоре выяснилось, что некий гибрид между нейрокомпьютером и молекулярной машиной может, в принципе, делать то, на что способностей у «нормальных» компьютеров не хватает. Вы знаете, наверное, что задачи делятся на вычислимые и невычислимые. Ведь нынешняя вычислительная техника может далеко не все. Но и среди вычислимых, по строгому определению, есть задачи, которые на практике решить невозможно. Существует, например, классическая задача о коммивояжере: есть определенное количество городов, которые ему надо объехать, не побывав ни в одном по два раза, и при этом выбрать наикратчайший маршрут. Вроде бы простенькая задачка? Но это если точек-городов не очень много. Есть некое предельное количество точек, превышая которые вы переводите задачу из вычислимых в нерешаемые.

С каждым годом, с дальнейшим развитием техники и науки, «плохих» задач становится все больше – в химии, сложной газодинамике, биологии, социологии…

Нейрокомпьютерный вычислительный механизм возник во многом как реакция на резкий рост числа нерешаемых задач. Ведь в нейрокомпьютерах благодаря свойствам нейронов возникает некий коллективный процессор. Сравнительно простые элементы собираются в систему, которая за счет связей между ними демонстрирует весьма сложное поведение. Формальные нейроны связаны друг с другом в то, что называется нейросетью, и получается, что свойства системы могут позволить работать с «плохими» задачами.

Если же мы проанализируем молекулярные процессы, то обнаружим, что механизм переработки информации в этом случае отличен от классической фон-неймановской модели. Вот, например, система лейкоцитов – это громадное количество однотипных устройств, в функцию которых входит, передвигаясь, постоянно производить анализ встреченных объектов, отвечая на вопрос, свой или чужой, и принимая решение, уничтожать их или не уничтожать. А ведь это – гигантский параллелизм! Если в Connection Machine – самой «параллельной» на сегодняшний день ЭВМ – около 64 тыс. процессоров, то здесь – 10 в бог знает какой степени! Лейкоциты сами не знают в какой!

Кроме параллелизма, молекулярные процессы демонстрируют сложные механизмы переработки информации – это нелинейные динамические процессы.

Все это, как вы понимаете, с немалой уверенностью позволяет говорить о том, что «молекулярные ЭВМ» смогут значительно понизить планку, отделяющую решаемые задачи от нерешаемых, «хорошие» от «плохих»!

Пока варится «супчик». Группа доктора химических наук, профессор, заведующий отделом информатики Международного научно-исследовательского института проблем управления Н.Г. Рамбиди работает над пока очень простыми моделями. «Мы берем квазиплоский слой, где небольшие области среды можно рассматривать как элементарные процессоры, и организуем связь между процессами, – рассказывал Николай Георгиевич. – Работаем пока в реляционно-диффузионных системах – интересуемся их информационными характеристиками. Процессы, идущие в тонком слое, освещаем, снимаем на видеокамеру, обрабатываем и подаем на персоналку: система может работать с изображениями – для этого есть проектор, система зеркал…»

И даже на этих элементарных моделях, как оказалось, можно заметить очень интересные вещи. Даже вполне самодельная система показывает, что возможно, например, реализовать на молекулярном нейрокомпьютере так называемый алгоритм Блума, который очень громоздко реализовывается в обычных ЭВМ, а также наша система может выделять контуры фигур, убирать шумы…

Впрочем, пока нейрокомпьютера, работающего на молекулярных принципах, не существует. Ни у Рамбиди, ни за рубежами Института проблем управления, Москвы, России. Но у Рамбиди есть нечто: странный «супчик», который варится в странном сосуде, который в свою очередь снимается на видео… Может, выпускник филфака никогда в жизни и не догадается, что «супчик» имеет отношение к информатике, однако всемирно известный журнал Computing (несколько сотен тысяч тиража для научного журнала на Западе – это вам не баран чихнул!) – его сотрудники готовили тематический выпуск по молекулярным ЭВМ – опубликовал единственную работу из России, и это была статья о его, Рамбиди, экспериментах. На нее в квартиру профессора на Соколе в Москве уже успел прийти отклик. Из Австралии. Там тоже, оказывается, занимаются сходными вещами, но, к радости Георгиевича, австралийцы пока еще не вышли из теоретической фазы работы, а у Рамбиди в отличие от них – уже «супчик»…

Каким окажется действующий нейромолекулярный компьютер? Видимо, это будет система связанных друг с другом пленок, где будут протекать процессы неимоверной сложности. Ведь каждая крупинка – это процессор. Однако пока от «супчика» Рамбиди до такого вот «слоеного пирога» еще сто верст и все лесом…

Бактерии тоже умеют считать. Впрочем, не только в нашей стране есть специалисты по живым компьютерам. Американцы движутся своим путем, взяв за основу системы, созданные на основе бактерий, проживающих в солончаках! В итоге на горизонте, похоже, появляются так называемые ДНК-компьютеры.

Использование бактерий вместо традиционных микросхем кажется совершенно невероятным и недостижимым. Ну скажите, пожалуйста, как это с помощью каких-то микробов можно складывать и вычитать цифры, набирать тексты, создавать рекламные видеоролики, выяснять, есть ли свободные места на ближайший поезд, и т. д.? Думаю, что люди совершенно также не представляли, а многие не представляют и сейчас, как это делают обычные компьютеры, построенные на основе кремниевых микросхем. Многие не знают, что процессор на самом деле ничего не умеет, кроме элементарных арифметических и логических операций, но на этом построены все те компьютерные чудеса, которые мы наблюдаем сегодня. Все гениальное – просто!

Утверждение о недостижимости создания биокомпьютеров в ближайшем столетии опровергает американский химик Джеймс Хикман, занимающийся вживлением нейронов лабораторных крыс в электронные устройства, который считает, что биоэлектронные технологии станут реальностью через 3–5 лет.

Возможности биоэлектронной техники потрясают воображение. Например, профессор из Университета Южной Калифорнии Леонард Адлеман поразил научное общество описанием того, как, используя молекулы ДНК, можно производить сложные математические вычисления эффективнее, чем на мощных суперкомпьютерах.

Так называемые ДНК-компьютеры потребляют в миллиарды раз меньше энергии, чем обычные компьютеры, и, используя триллионы молекул, ДНК могут одновременно выполнять миллиарды операций. Было подсчитано, что примерно полкилограмма молекул ДНК может хранить информации больше, чем память всех до сих пор созданных компьютеров, вместе взятых.

При этом молекулы должны храниться как взвесь в емкости, вмещающей около тонны жидкости. Получается этакий разумный аквариум, который может помнить все и вся. Нужно только время от времени подкармливать его и следить за чистотой, чтобы он лучше считал. Кстати, считает «пробирочный» компьютер просто великолепно. Для решения задачи, на которую он тратит всего неделю, традиционным компьютерам понадобилось бы несколько лет машинного времени.

В дополнение к «живым» процессорам Центр молекулярной электроники Сиракузского университета разработал «живую» память. Университетские ученые с помощью лазерного луча научились записывать и читать информацию на протеине (белке), который получают из живущих в солончаковых болотах микроорганизмов. Таким вот образом кремниевая электроника постепенно превращается в «болотную».

Ну а что же дальше? Что будет дальше, можно ответить словами одного из разработчиков биокомпьютерных технологий Уильяма Гибсона: «Наши праправнуки даже не будут знать, что такое компьютер, потому что они сами будут компьютерами. По мере эволюции интерфейса связи между человеком и компьютером сам по себе компьютер станет невидимым».

Что же это? Очередное покушение на человека? Подмена его бесчувственной машиной? Думаю, что нет. Человек останется таким, какой он есть, – со своими достоинствами и недостатками, радостями и печалями, надеждами и мечтами. Значительно вырастут лишь его интеллектуальные способности, и то, что сегодня за него делают компьютеры, он будет делать сам – легко и непринужденно, словно вдох и выдох, словно ритмичное биение сердца.

Бактерии учат… стихи?!

Канадский поэт Кристиан Бок стал автором самой оригинальной публикации в мире. Он закодировал собственные стихи… в геном бактерии Escherichia coli (или Е. coli). Для этого литератор специально выучил молекулярную биологию и программирование, сообщает BBC News.

Создана «генетическая азбука»? Первое, что приходит на ум после такого сообщения: «Стоило ли заниматься такой чепухой? Не проще ли было выложить свои вирши в Интернет»…

Однако первый представитель «живой поэзии» далеко не так прост, как может показаться поначалу. Преподаватель кафедры английского языка в Университете Калгари, Канада, прежде не имевший научной подготовки в области молекулярной биологии и компьютерного программирования, потратил четыре года своей жизни на самостоятельное изучение этих дисциплин, а также на выполнение собственно самой работы по генетической записи информации. После чего попросил проверить полученные им результаты своих коллег по Университету Калгари с факультета молекулярной биологии..

Те прошли по следам Бока и не обнаружили в его работе особых огрехов. Он действовал по всем правилам молекулярной биологии.

Суть же работы такова. Как известно, геномы живых существ состоят из ДНК – особой полимеразы или, если хотите, природного полимера, который, в свою очередь, составлен из четырех типов мономеров. Их часто называют буквами – аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т), – хотя химически они являются нуклеотидами. Определенные сочетания таких «букв» кодируют те или иные аминокислоты – элементарные «кирпичики», составляющие белки.

Бактерия Escherichia coli

Так вот поэт-микробиолог придумал собственный «генетический код», где определенные сочетания нуклеотидов кодируют буквы алфавита.

Так, например, в нуклеотидной последовательности ATA означает закодированную букву Y обычного английского алфавита, а GTG соответственно обозначает букву N. В итоге последовательностям, кодирующим строки стихов, соответствуют определенные белки, которых обычно в клетке нет.

На создание такой «генетической азбуки» у поэта и ушло четыре года упорной работы. Он добился, что последовательность аминокислот в белке можно менять в соответствии с буквами слов в строках его стихов, осуществив таким образом весьма оригинальную запись информации. Ему даже удалось разработать специально для проекта новый ген, который называется X-P13. Он-то и помог закодировать в геноме бактерии не свойственную ей ранее информацию.

Гарант литературного бессмертия? Впрочем, подобные «подвиги» биохимики, оказывается, совершали и ранее. Так американский ученый доктор Пак Вонг несколько лет тому назад закодировал выражение Small World After All в цепи ДНК бактерии Deinococcus radiodurans.

Вслед за тем доктор Крейг Вентер, который в 1999 году расшифровал геном человека, а затем, в 2010 году, создал и первый в мире искусственный организм – бактерию под названием «Микоплазма лабораторная», встроил ее геном не только свое имя и имена своих коллег, но еще и цитаты из книг известного писателя Джеймса Джойса и работ лауреата Нобелевской премии, знаменитого физика Ричарда Фейнмана.

Однако доктор Бок, как утверждают, сделал следующий шаг в науке. Он заставил клетки бактерий использовать искусственную ДНК в качестве шаблона для построения белков, которые являются строками из молекул, называемых аминокислотами.

«Химическая криптография Бока предназначена для работы на двух уровнях, – говорят его коллеги. – Он не только разработал шифр для связи букв алфавита с конкретными нуклеотидами, но и создал второй уровень шифрования, чтобы синтетический ген мог использовать созданные белки для передачи зашифрованных сведений по наследству»…

Так профессор Сюй Хуан – микробиолог из того же Университета Калгари, где работает Бок, подтвердил, что в лаборатории в настоящее время удалось наблюдать имплантацию стихотворение гена как свободно плавающий кусок ДНК в ядре Е. coli.

В дальнейшем доктор Бок, реализуя вторую стадию своего Xenotext-проекта, намерен увековечить свои стихи еще и в геноме D. radiodurans бактерии. Он выбрал эти бактерии, которые иногда еще именуют «Конан-бактериями» за их прочность. Эти экстремофилы являются самым прочным организмом в мире, способным противостоять излучению, холоду, обезвоживанию и кислотам. Поэтому он надеется, что его биохимический текст, вложенный в геном D. radiodurans, сможет продолжать размножение в течение миллиардов лет.

К тому времени человеческая цивилизация уже завершит свое существование, полагает Бок. И что останется после нее? «Единственное наследие, которое мы оставим, – это фоновое излучение от ядерных отходов, а также экологические и геологические последствия изменений климата, – говорит поэт-исследователь. – А тут, по крайней мере, останутся еще и стихи»…

Однако доктор Джулиан Паркхилл из Wellcome Trust Sanger Institute скептически отнесся к возможности литературного бессмертия закодированного произведения Бока. «Его стихотворение будет быстро удалено из генома путем естественного отбора, поскольку нет никакой пользы от принимающей бактерии, – сказал он. – Естественный отбор сработает почище, чем литературная критика».

Профессор Хуан тоже признал, что такая возможность вполне реальна. Тем не менее он полагает, что в работе Бока есть и своя польза. «Он наглядно показал информационные возможности биологии», – сказал он.

Чудеса архитектуры и строительства

«С милым рай и в шалаше», – гласит известная пословица. При этом молчаливо предполагается, что шалаш этот расположен где-то в райских кущах или, по крайней мере, в местах, где среднегодовая температура не опускается ниже 20° тепла. А когда на улице мороз, поневоле задумаешься о создании укрытия понадежнее шалаша…

Дом-термос

На обогрев жилищ человечество расходует ежегодно огромное количество топлива. Но вот ведь парадокс: чуть только в доме станет жарковато, мы открываем форточки, выбрасываем «лишние градусы» на улицу. Рационально ли это! Нельзя ли избыток энергии приберечь и воспользоваться им по мере надобности?

Вот как, например, попытались решить эту проблему ученые Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства.

Внешне этот одноквартирный сельский дом ничем не отличается от других. Только присмотревшись внимательно, можно заметить, что ставни на окнах здесь толще, чем обычно, да дым из трубы не идет, потому что ее вообще нет. Тем не менее в доме ничуть не прохладнее, чем в соседних, даже в самые жгучие морозы. Быть может, в этом доме центральное отопление? Но где батареи? Их нет, потому что дом обогревает себя сам. А точнее, рационально распоряжается тем теплом, которое поставляет природа…

Если посмотреть на дом сверху, в плане он имеет форму квадрата. Это не случайно – именно квадрат позволяет получить минимальный периметр наружных стен, а значит, уменьшить до минимума тепловые потери. Сами стены – двойные, словно у термоса. Между двумя бетонными панелями – наружной и внутренней – находится слой термоизолирующего материала.

Необычны в этом доме и окна. Мы уже упомянули про толстые ставни. Закрывая их на ночь, хозяева уберегут свой дом от нерациональных потерь калорий. Ведь известно, что большая часть потерь тепла в обычных квартирах приходится как раз на долю окон. А вот в доме-термосе окна служат источником тепла; словно хорошие батареи, помогают дому обогреваться. Дело в том, что застеклены они специальным прозрачным материалом, который, в отличие от обычного стекла, пропускает в дом не только видимые солнечные лучи, но и ультрафиолетовые, а главное – инфракрасные, тепловые. Назад же не выпускает. В итоге срабатывает так называемый парниковый эффект, и за день воздух в комнате нагревается довольно-таки значительно.

Когда обитателям станет жарко, они не будут открывать форточки. Их в новом доме тоже нет. Хозяева приведут в действие систему вентиляции. Воздух в помещениях посвежеет, а излишнее тепло будет запасено на ночь. Об этом позаботятся тепловые насосы и теплоаккумуляторы.

Тепловые аккумуляторы устроены довольно просто. Это баки, заполненные специальным веществом, например глауберовой солью. Такая соль – семиводный сульфат натрия – была названа глауберовой в честь немецкого врача и химика И. Глаубера; он первым обнаружил интересное свойство этого химического соединения. Уже при температуре 24 °C соль начинает плавиться. При плавлении она активно поглощает тепло из окружающего пространства. А вот когда становится прохладнее, соль кристаллизуется и возвращает запасенное тепло.

Проект дома-термоса

Лучшим на сегодняшний день переносчиком тепла являются тепловые трубы. Напомним их устройство. Внутренние стенки стальной трубки выстилают пористым материалом – спеченной керамикой, металлической сеткой, фитильной тканью и стекловолокном… Пористый материал прокладки пропитывают какой-либо летучей жидкостью. После этого из трубки откачивают воздух и заглушают ее концы. Если теперь мы будем нагревать один конец трубки, жидкость станет испаряться, и пар под воздействием возникающей разности давлений (ведь при нагревании вещества расширяются) устремится к другому ее концу. Здесь он сконденсируется и отдаст тепло более холодным стенкам, а жидкость по капиллярам пористой прокладки возвратится назад, к источнику тепла.

Таким образом, с очень маленькими потерями можно регулировать перераспределение тепла во всем доме. А если вместо тепловой трубки применить тепловой насос, то сможем получать тепло даже из холода!

Его изобрел еще в середине прошлого века английский ученый Кельвин. Это своеобразный холодильник наоборот – устройство, которое еще более охлаждает и без того холодный воздух, отнимает у него тепло и передает его в помещение. Само собой разумеется, что для такой вроде бы «противоестественной» передачи нужно совершать механическую работу – скажем, перекачивать жидкость. Но, по расчетам Кельвина, выходило, что такой насос «перекачивает» большее количество тепла, чем затрачивается на механическую работу.

Кельвин в свое время построил «воздушную машину», иллюстрирующую правильность своих рассуждений. Правда, при тогдашнем уровне техники тепловые насосы получались чересчур громоздкими, ненадежными и не могли выдержать конкуренцию с паровыми машинами.

Сегодня техника без труда позволяет преодолеть эти трудности. И в современном виде тепловой насос представляет собой замкнутый трубчатый контур, в состав которого включены нагреватель, сепаратор, конденсатор, испаритель, теплообменник и некоторые другие агрегаты.

Теперь представьте себе: в саду на глубине полутора метров зарыты в землю полиэтиленовые трубы. По трубам циркулирует незамерзающая жидкость – антифриз. Ее состав можно подобрать таким образом, что даже холодная земля для нее будет теплой. В том нет никакого парадокса. Ведь в природе нет такого понятия, как «холод». Все окружающее нас пространство имеет температуру выше нуля градусов по Кельвину, а значит, в принципе может служить источником тепла. Антифриз, проходя по трубам, поступает в бак с фреоном. Фреон при взаимодействии с антифризом испаряется и сжимается компрессором. В результате вода, охлаждающая компрессор, нагревается до –50 °C.

Подобная система уже опробована и оказалась вполне работоспособной.

Из чего построить дом?

Казалось бы, вопрос довольно глупый. Ведь всем известно, что здания строят из бетона, кирпича, дерева, самана, наконец… Однако последнее время дома также стали строить из пластика, соломы, даже из бумаги и картона, а также прочих подручных материалов. Почему так происходит? Какими преимуществами обладают подобные строения?

Дом для инопланетян и… собутыльников? Полвека тому назад архитекторы объявили, что дома теперь будут строить из пластиков. В СССР было разработано несколько проектов подобных домов, но ни один так и не построили. Дескать, дорого. Кроме того, пластик был признан материалов недолговечным и даже токсичным.

Это, впрочем, не помешало американскому химическому концерну Monsanto создать в 1957 году пластмассовый павильон в Диснейленде. В нем демонстрировалась также пластиковая мебель и новинки бытовой техники, в частности микроволновая печь.

Семь лет спустя французский архитектор Жан Маневаль разработал проект «мобильного» дома из полиэстеровых оболочек, покрытых цветной полиуретановой пеной. В разобранном виде его можно было перевезти на грузовике. Несколько таких домов даже возвели, но дальше этого дело не пошло – спроса на них не было никакого.

Самой удачной оказалась судьба пластмассового дома, спроектированного в конце 60-х годов финским архитектором Матти Сууроненом. Дом Futuro понравился многим потому, что был похож на… «летающую тарелку». Он стоял на четырех стальных опорах, имел вместо окон овальные иллюминаторы, а входом ему служил откидывающийся трап со ступенями.

Дом Футуро, спроектированный Матти Сууроненом

В 1968 году финская фирма Polykem запустила Futuro в серийное производство, потом его начали производить в США и других странах. Несколько таких домов шведские ВВС купили для передвижных радиолокационных станций, а Олимпийский комитет СССР – для гостей Олимпиады. Всего было построено около сотни домов, пока нефтяной кризис 1978 года не поднял резко цены на пластик.

Ныне нефть по-прежнему стоит дорого. А потому британская компания Affresol предложила использовать отходы со свалок – мусорные пакеты, пластиковые бутылки, коробки и т. д. Пластик измельчается, смешивается со смолой и разливается в формы подобно бетонным блокам.

Этот материал, который компания назвала Thermo Poly Rock (TPR), имеет отличные водонепроницаемые и огнезащитные свойства, а также обладает высокой устойчивостью против гниения. Кроме того, каждый дом, изготовленный из этого материала, сокращает на 18 т количество отходов на свалках и сохраняет древесину.

Первый такой дом уже построен в местечке Суонси, Уэльс. В дальнейшем Affresol планирует возводить по 3000 домов ежегодно в течение трех лет.

В подобном строительстве, кстати, можете принять участие и вы.

Дома из бутылок. « Вы сможете делать с пластиковой бутылкой то же, что и с кирпичом», – уверяет автор этой идеи – немец Андреас Фроес, который является основателем технологии ECO-TEC. У пластиковой бутылки куча преимуществ и только один недостаток – непривычная форма. Тем не менее из бутылок уже построено более 50 экологических домов в Гондурасе, Колумбии, Боливии.

Технология такова. Прежде всего, надо собрать побольше пластиковых бутылок. Они могут быть разной формы и не одинакового размера – это не так уж важно. Важнее другое – каждую бутылку необходимо заполнить сухим песком, трамбуя его в процессе заполнения, и закрыть бутылку пробкой.

Подготовленные строительные «блоки» используем для начала при возведение колонн.

Выройте круглую яму приблизительно 60—100 см в диаметре, чтобы сделать фундамент для опоры из камней, обломков бетонных плит и цементного раствора. Радиус опорной «подушки» должен быть по крайней мере на 20 см больше диаметра опоры.

По центру фундамента, под колонну вставляем арматуру из металлических стержней. Теперь уложите 10 или 11 бутылок вокруг арматуры. Для этого сначала положите бутылку на бетонную подушку таким образом, чтобы бутылка радиально ориентировалась к центру (то есть пробкой внутрь, к арматуре). Возьмите шпагат и обвяжите горлышко бутылки. Рядом положите и обвяжите, вторую, третью и т. д. Причем сделайте так, чтобы крышки соседних бутылок соприкасались.

Выложив первый круг, заполните промежутки между бутылками бетоном. Оставьте первую колонну на несколько часов в покое, чтобы бетон затвердел, а сами тем временем займитесь второй колонной, третьей и т. д.

Для экономии бетона при возведении колонны между бутылками можно закладывать куски битого кирпича, остатки щебня, бетонной крошки и другой строительный мусор.

Постепенно слой за слоем возведите колонны необходимой вам высоты. Дайте время на затвердевание бетона и усадку колон, после чего их можно оштукатурить.

Далее приступаем к возведению стен. Сначала опять-таки делаем фундамент. И чем шире он будет, тем лучше. Затем возводим стены. Бутылки кладем на раствор таким образом, чтобы горловины были обращены наружу. Затем, когда стены будут готовы, капроновым шпагатом или проволокой обвязываем горловины, связывая их воедино. После стены нужно поштукатурить как внутри, так и снаружи.

Еще проще иметь дело со стеклянными бутылками. Они ведь более прочные, чем пластиковые. Опять-таки заполните их песком и действуйте, как в предыдущем случае.

Пенсионер Аркадий Ольшевский из Подмосковья сначала возвел на своем дачном участке туалет шестиметровой высоты из стеклотары, а затем 12-метровую беседку из того же материала. Затем Ольшевский взялся за создание девятиметровой чаши, которая будет использована как бассейн. На создание этого архитектурного ансамбля пошло около 14 тыс. бутылок из-под водки, вина и пива.

Калининградский пенсионер Владимир Мечков соорудил из бутылок из-под шампанского (они еще более прочны) трехэтажный дом. Из бутылок же он соорудил сарай и собачью будку. Бутылочные дома возвели также Николай Татаренко из Воронежской области и Александр Тарасов из Бердичева.

Кстати, подобные дома есть не только в Европе, но и в Америке. Там первый бутылочный дом построил еще в 1902 году житель Невады Уильям Пек.

Из бумаги и картона. Недавнее землетрясение в китайской провинции Сычуань унесло жизни 70 тыс. человек и разрушило огромное количество зданий. В начале 2011 года аналогичная беда обрушилась и на Японию.

Учитывая, что землетрясения в данном регионе не редкость, китайские проектировщики предложили использовать для восстановительных работ картон. Спрессованный в форме специальных строительных труб, материал этот позволяет собирать в короткие сроки довольно большие здания. Причем прочность картонных деталей такова, что из них можно строить дома, школы и другие сооружения. Одним из достоинств этого материала считается его удивительная легкость, благодаря чему из него можно быстро создавать жилые комплексы, конструкции которых при обрушении не причинят жителям особого вреда.

Мысль европейских архитекторов работает в том же направлении, поскольку в кризисных районах они предложили строить мини-дома из бумаги. Бумажные стены домов пропитаны нетоксичной смолой и обладают необходимой прочностью, так что эти жилища будут особенно востребованы в районах с повышенной сейсмичностью. Один из первых бумажных домов планируется построить в Зимбабве, а Нигерия уже заказала 2,4 тыс. таких жилищ, площадью по 36 кв. м каждый. Стоимость каждого – не более 5000 долларов.

А в Швейцарии и Германии предполагается строительство из бумаги бюджетного, не очень дорогого жилья, рассчитанного на эксплуатацию в течение многих десятилетий. «Бумажными» стены таких домов можно назвать с некоторой натяжкой. На самом деле они представляют собой плотные панели SwissCell, похожие на детали корпусов самолетов или яхт. Различие лишь в исходном материале и, как следствие, стоимости; блоки в самолетах сделаны из алюминиевых, титановых сплавов или углеволоконных композитов, панели SwissCell – из макулатуры.

Масса из перемолотых старых книг, газет, журналов и картона перемалывается, смешивается со смолой и запекается при высокой температуре в печи. В результате получается легкий и прочный материал, из которого формируются плиты, похожие на соты. Они устойчивы к механическим воздействиям, упруги и теплостойки. А сам процесс строительства весьма похож на сборку моделей из деталей детского конструктора – раз-два и готово. По словам изобретателя этой технологии Герда Нимёллера, такое жилье идеально подходит тем, кто не может позволить себе аренду или покупку обычной квартиры.

Дизайнером бумажных панельных домов является архитектор Дирк Донат из Строительного университета Веймара. «Такое жилье по своему качеству намного лучше тех самоделок, которые можно увидеть в трущобах многих городов», – утверждает он.

Тем более что такой дом не требует покупки мебели. Одно– и двуспальные кровати, столы, скамейки, полки и т. д. уже встроены в стены. Комнаты разделены по своему функциональному назначению: душ, туалет, веранда, место для просушки белья. Дом не велик, но очень функционален. В таком доме не страшны ни холода, ни палящее солнце, ни дожди. Стена из панелей SwissCell толщиной 5 см заменяет слой пенопласта полуметровой толщины. При этом стоимость бумажных панелей по сравнению с пенопластом втрое ниже. Смола же обеспечивает высокую влагостойкость. По словам производителей, панели SwissCell пригодны даже для изготовления бассейнов.

Дешевизна бумажных домов объясняется не только низкой ценой сырья, но полной автоматизацией процесса производства. Итоговая стоимость, как заверяют представители компании The Wall, будет менее 1000 долларов.

Интересная деталь: сама компания намерена изготовлять не готовые детали, а машины для запекания сырья. Заказчики сами должны будут заготовлять макулатуру, изготовлять из нее необходимое количество деталей для домов и самостоятельно собирать их.

Многие африканские страны уже проявили интерес к изобретению швейцарских и немецких инженеров и готовятся к созданию собственных производственных линий. В дальнейшем компания планирует открыть производство в Южной и Восточной Европе, Южной Америке и Азии.

«Хижина трех поросят»

Так в шутку окрестили это строение французские газетчики. На самом же деле это вполне приличный четырехэтажный жилой дом. И тем не менее название вовсе не случайно.

«Вы помните, какие дома строят поросята в известной сказке? – спросил представителей СМИ французский архитектор Тьери Вагнер, по проекту которого и был построен этот необычный дом неподалеку от г. Реймса (Бретань). – Правильно, один дом был из соломы, второй – из хвороста и третий – кирпичный. Причем в сказке утверждается, что наилучший дом – из кирпича. Бьюсь об заклад, что это не так»…

И он повел журналистов показывать, из чего именно построен спроектированный им дом. Оказалось, что для наружных стен его были использованы саманные кирпичи – из смеси глины с соломой. А внутренние перегородки сделаны в виде решетки из досок, пустоты в которой заполнили толстым белым войлоком, а также пенькой – растительными волокнами, получаемыми из конопли.

Получилось легкое, крепкое и теплое здание, на крыше которого к тому же разместились солнечные батареи. Благодаря им здание само производит половину энергии, необходимой для подогрева воды. Несмотря на то что после таких усовершенствований цена за 1 кв. м площади оказалась довольно большой – около 3000 евро, все 43 квартиры в доме были тут же раскуплены.

И это – не случайно: экологичные дома во Франции пользуются все большим спросом. Сегодня здесь даже обычный деревянный дом – большая редкость, поскольку строят в основном из камня либо из бетона. Наиболее «продвинутые» архитекторы даже ухитряются делать дома полностью из металла с синтетическими утеплителями.

Сегодня экологичные дома пользуются повышенным спросом

Экологичная архитектура позволяет избежать многих неприятностей для здоровья. В ход идут безопасные растительные и минеральные красители, клей, в состав которого не входят растворители, все та же пенька и тщательно обработанный войлок, черепица не из пластмассы, а из обожженной глины. Широко используется в качестве утеплителя мох. Несущие конструкции делаются из бруса, который пропитывают, например, защитным составом из цитрусовых. А паркет натирают пчелиным воском.

Ну а стены из саманного кирпича вообще оказались чудом технологии: они не только гораздо «теплее» бетона, но и создают в помещении такой микроклимат, который позволяет человеку зимой комфортно чувствовать себя при 18°, а не при стандартных 25. Отсюда – значительная экономия на отоплении.

Первыми во Франции такие необычные дома стали строить для себя сами экологи. А также люди, всерьез беспокоящиеся за состояние здоровья своих детей. До массового строительства пока далеко – слишком это дорогое удовольствие: экологически чистые материалы стоят как минимум на 10 % дороже обычных. Тем не менее биоархитектура сегодня находится на подъеме.

«Скворечники» для людей

Кто в детстве не любил залезть на дерево и соорудить там нечто вроде скворечника, где можно было бы спрятаться от всех и вся? Вспомнив эту детскую забаву, француз Ален Лоран стал строить на деревьях комфортабельные дома для отдыха!

Идея сооружать дома на деревьях пришла к Алену более десятка лет тому назад. В то время он возглавлял в Париже рекламное агентство, и вечная суета, связанная с этим бизнесом, ему изрядно надоела. И он решил круто поменять свою жизнь – заняться совершенно новым для себя делом.

«Не скажу, что идея эта осенила меня вдруг, упав на голову, подобно яблоку Ньютона. Подспудно, наверное, я шел к ней с детства, – рассказал Лоран журналистам. – Дело в том, что ребенком мне ужасно нравилось с друзьями создавать на деревьях всякие сооружения. Затем, когда у меня самого появились дети, это увлечение я передал и им. Словом, в какой-то момент я все чаще начал задумываться: почему бы не попытаться строить на деревьях настоящие дома для отдыха?»

Все дома, сооруженные на деревьях, уникальны

Попытка, как известно, не пытка. Собрав группу единомышленников – ныне в его команде дюжина представителей самых разных профессий, – Ален принялся за новое дело. Первый дом на дереве был построен его бригадой в 1999 году для Янна Артю-Бертрана – популярного во Франции эколога.

Новость об этой уникальной постройке распространилась по всей стране. И к Лорану стали обращаться другие заказчики. Сегодня жилищ на дереве построено уже более трехсот. Причем не только во Франции, но и в Швейцарии, Бельгии, Италии, Испании, Португалии…

Словом, число тех, кто хотел бы отдохнуть в комфортабельном «скворечнике», растет день ото дня. Но, конечно, постоянно на дереве никто не живет. Дома-скворечники снимают, как правило, на несколько дней. Стоимость аренды от 130 до 700 евро в сутки.

Впрочем, желающие могут такой дом и купить. Цена от 15 тыс. до 80 тыс. евро в зависимости от размеров и комфорта жилища. В иных предусмотрена не только мебель, но и все мыслимые удобства, включая ванны и туалеты. Причем никаких труб – ни канализационных, ни водопроводных – не видно, их тщательно маскируют.

Все дома, сооруженные на деревьях, уникальны. Как уникально любое дерево: у каждого своя высота, ширина ствола… Чем больше, крупнее дерево, тем лучше. Особенно хороши дубы и сосны. Именно от размеров дерева зависит, каким будет дом, на какой высоте его можно расположить…

Рекорды тут такие. Самый «высотный» дом Европы расположен в 15 м от земли. Площадь самого большого из них – 45 кв. м, самого маленького – 5 кв. м.

Понятное дело, что перед началом стройки дерево тщательно осматривают – не больное ли оно, нет ли где гнили. А вот если дом в бурю рухнет с приличной высоты – радости его обитателям будет мало.

Но если дерево здорово, то Ален дает гарантию, что жилище провисит на высоте как минимум десять лет. Подвешивают его и в самом деле на системе тросов, не срезая ни единой ветки и не вбивая в ствол ни единого гвоздя.

К сказанному остается добавить, что в наши дни дома на деревьях строят не только в Европе, но и в Азии и Америке. В США, где любят все большое, поставили свой рекорд – на высоте 40 м от земли построен аж четырехэтажный дом, имеющий собственную высоту в 45– м! А в Японии построен оригинальный дом, по форме напоминающий гигантское яйцо…

«Сумасшедшие» дома

Вспомните, Чебурашка – в телефонной будке, а Диоген – в бочке. И это еще не самое необычное жилье. Оказывается, в мире понастроено немало домов, глядя на которые не знаешь, что и сказать: то ли архитектор чересчур продвинутый, то ли он просто сошел с ума…

«Танцующие» здания. Началось все, пожалуй, со страшного землетрясения 1812 года, случившегося в городе Орландо (США, штат Флорида). Стихия разгулялась так, что город, по существу, пришлось отстраивать заново. Вот тогда в голову архитектора Роберта Лероя Рипли и пришла мысль: построить один из домов так, чтобы он напоминал всем о том страшном событии, не позволял строителям и жителям города расслабляться.

Вскоре слухи о необычном доме разнеслись по окрестностям, и в Орландо устремились туристы. Архитекторы поняли, что напали на золотую жилу, и со временем в разных города мира было построено около трех десятков подобных «развалюх».

Один из таких домов был сооружен в самом центре старой Праги. У него тоже есть своя история. В 1945 году дом, стоявший ранее на этом месте, был разрушен при налете американской авиации, и почти полвека это место пустовало. Инициатором постройки на пустыре необычного дома был президент Чехии Вацлав Гавел, а само здание было возведено в 1996 году по проекту хорватского архитектора Владо Милуновича и его коллеги из Канады Фрэнка Гери.

Вскоре необычное строение было признано одним из интереснейших архитектурных сооружений конца XX века. В нем располагается офисный центр, а на крыше – элитный ресторан.

С ног на голову. Следующий логический шаг: построить здание, как бы стоящее «вверх ногами». Подобные дома-перевертыши тоже весьма популярны. Они есть во многих странах: в Польше, Японии, Корее, Германии…

Самый известный дом, поставленный с ног на голову, находится в Польше, в поселке Шимбарк на южном побережье Балтийского моря. Он стоит на острой крыше, но при этом достаточно устойчив. Зайти в этот дом-аттракцион можно через чердачное окно, но находиться в нем некомфортно: в помещении, где вся мебель также размещена вверх тормашками (кресла, диваны и даже унитаз прибиты к потолку), у людей начинается головокружение.

Тем не менее перевернутый дом привлекает толпы туристов. Так что архитектор Даниэль Чапьевски, который в 2007 году задумал соорудить здание-перевертыш, своей цели добился.

Сумасшедший дом с крышей внизу удивляет многих

Впрочем, есть от таких «перевернутых» домов и практическая польза. В Голландии, к примеру, некогда местные жители платили налог только на землю, а потому, приступая к строительству дома, старались сделать первый этаж как можно уже, а последующие этажи планомерно расширяли. В итоге получались нависающие над тротуарами «уродцы» с такими узкими входными дверями, что через них даже мебель не пронесешь! А потому на многих зданиях у крыши вмонтирован крюк: за него цепляют трос и поднимают крупногабаритные предметы в квартиру через окно.

В поход вместе с домом? «Хорошо улитке, она всегда носит с собой свой домик раковину», – позавидовал когда-то человек. И придумал жилища, которые тоже можно взять с собой, отправляясь в путь – юрты, яранги, вигвамы, палатки…

Сегодня кочевникам предлагают более современные и комфортабельные варианты. К примеру, разработанный немецким дизайнером Вернером Айслингером концептуальный Loft Cube. Установить такой «куб» можно где угодно: на крыше небоскреба, в лесу, на берегу озера. Сборка этого мобильного конструктора занимает от двух до четырех дней. Футуристическое жилище подходит для одного человека, семейной пары и даже семьи с одним ребенком. Внутри оно оборудовано современной системой управления электрооборудованием и прочей домашней техникой. Интерьер обустраивается по вкусу заказчика.

Неординарным выглядит и круглый деревянный дом, который можно увидеть в Канаде. Конструкцию можно смонтировать за три дня. Домик подвешивают к дереву, мосту или скале. Основой является система канатов, которая удерживает дом в постоянном положении.

Внутри жилище, созданное плотником Томом Чадли, напоминает яхтенную каюту – оно оборудовано кухней с холодильником и микроволновой печью, а также мебелью по желанию заказчика. Домик диаметром 3 м способен вместить одновременно четырех человек. Подняться в жилище на дереве можно по подвесному мосту или спиральной лестнице.

Последнее время получили распространение и плавучие дома. Например, дом-лодка, созданный немецкими дизайнерами, имеет жилую площадь более 78 кв. м и представляет собой двухуровневую конструкцию, в которой имеются две спальни, ванная и гостиная с кухонным уголком. Плавучий дом является автономным и экологичным: в нем есть собственная канализация, солнечные панели и емкость для сбора дождевой воды.

И наконец, в наши дни близка к осуществлению мечта Жюля Верна о создании летающего дома. В Швейцарии, к примеру, заканчивается строительство гигантского дирижабля, к которому подвешена гондола-отель, где могут с удобствами разместиться около сотни пассажиров. И отправиться в кругосветное путешествие, разглядывая нашу планету с высоты птичьего полета.

Дом для карлсона и не только…

Как известно, Карлсон из сказки Астрид Линдгрен жил на крыше. А еще он умел летать. «Стало быть, ему нужен дом, который может быть расположен на крыше. И еще он должен уметь летать»… Так рассудили швейцарские архитекторы из студии «Новая архитектура». И в итоге придумали вот что…

Вообще-то, если серьезно, идея, которая легла в основу концепта Living Roof capsule – мобильного самодостаточного жилища, – вовсе не связана со сказочным персонажем. Просто в нашем XXI веке многим людям приходится довольно часто перемещаться по миру. А жить все время в отелях, где все тебе чужое, как знают много гастролирующие музыканты, певцы, коммивояжеры, бизнесмены – довольно утомительно. После напряженного трудового дня хотелось бы вернуться к себе домой, где все до мелочей знакомо, и отдохнуть как следует.

Теперь это желание вполне выполнимо. Состоятельные люди могут путешествовать в месте со своим жилищем. И не только по морю, на яхтах, превращенных в плавучие дворцы или по дорогам, в передвижных домах-прицепах, но даже по воздуху.

Living Roof capsule – мобильное самодостаточное жилище

Дом-капсула Living Roof capsule – легкий жилищный блок длиной около 10 м – предназначен для установки на плоских крышах зданий, какие в изобилии имеются в любом городе. Благодаря солнечным батареям, расположенным на поверхности Living Roof, и ветрогенераторам, этот блок в состоянии сам себя обеспечить достаточным количеством энергии. Система сбора дождевой воды и конденсата обеспечивает питьевую и хозяйственную воду, делая модуль практически независимым от любых внешних систем снабжения. Полная независимость модуля от местоположения делает процесс переноса максимально простым, достаточно только вызвать вертолет, и можно отправляться в путь. Ну а чтобы в сравнительно небольшом доме жилось как можно комфортнее, внутренняя начинка Living Roof capsule использует множество уловок для того, чтобы обеспечить простор в сравнительно небольшом объеме. Так внутреннее убранство модуля может трансформироваться в широких пределах. К примеру, стол вечером превращается в кровать, а в случае необходимости может быть и убран совсем, освобождая место для физических упражнений.

«Ковчег» архитектора Ремизова

Если на Земле станет нестерпимо жарко или холодно, нечем будет дышать, не станет чистой воды – человечество спасется в «Ковчеге».

Именно так, по-библейски, назвали российские архитекторы свой новый проект автономного здания, способного обеспечить своих обитателей всеми ресурсами в любых районах, в том числе и сейсмоопасных, а также держаться на плаву при поднятии уровня Мирового океана.

«Возведи его хоть в Антарктиде – внутри все равно будут щебетать птицы и цвести райские сады», – говорится в пресс-релизе архитектурной мастерской Александра Ремизова. По словам руководителя проекта, биоклиматическое здание, оснащенное автономной системой жизнеобеспечения, разработано как ответ на возможное изменение климата на планете.

Строительство здания должно начинаться с установки центральной опоры (трубы) из легких конструкций. Фундаментом для нее может служить плавучая платформа. После завершения работ строение занимает участок в 3200 кв. м. Высота наземной части достигает 30 м. Необычным выглядит решение сделать несущие крепления купола из дерева – это сделано из соображений экономии веса (здание приобрело способность плавать), а также из финансовых соображений – сооружение из древесины стоит дешевле.

В нижней части трубы располагается энергоблок, преобразующий тепло в электроэнергию, а в верхней части – тепловые насосы, ветровые генераторы и генератор торнадо. Все инженерные коммуникации проходят внутри трубы, а горизонтальные этажи здания предназначены для житья. После установки трубы строительство ведется автономно за счет энергии, вырабатываемой системами здания.

Дом «Ковчег» Александра Ремизова

«Все это необходимо для быстрого перемещения воздуха внутри будущей конструкции, – поясняет Ремизов. – Для создания благоприятного микроклимата мы и форму здания выбрали купольную – она создает необходимую турбулентность для ветрогенераторов».

Здание спроектировано как единая система с бесперебойным энергоснабжением на основе использования альтернативных источников энергии. Энергетическая концепция проекта разрабатывалась академиком Львом Бритвиным.

Внешняя оболочка специально сделана прозрачной – это для того, чтобы эффективно собирать солнечную энергию. Ее можно перерабатывать и в тепло, и в электричество. Ну а чтобы она не перегревалась, если «Ковчег» разместить, например, в пустыне, излишнее тепло будет подниматься вверх, под купол, где будут специальные установки для его изъятия и транспортировки в нужные энергетические отсеки. Чем жарче за бортом «Ковчега», тем экономичнее становится жизнь в этом автономном сооружении. Воду же в засушливых районах автономный дом будет брать из скважины, которая бурится прямо под домом.

«Наш дом может быть построен даже на воде, точнее, на водной платформе, – подчеркнул архитектор. – В этом случае для водоснабжения квартир вода будет поступать прямо из моря или океана, естественно, предварительно опресненная. Как вариант может также использоваться и дождевая вода, для которой у нас продуманы специальные водосборники»…

Даже к утилизации отходов «Ковчег» будет подходить по-хозяйски. Благодаря разделению отходов часть их пойдет на биоудобрения, часть на переработку. А что останется – будет уничтожено в специальных печах, после которых на выходе снова получатся ценные водород и кислород для жизнеобеспечения дома.

Для обитателей «Ковчега» предусмотрена возможность для занятий искусством и спортом, отдыха, бытового и медицинского обслуживания, обучения. Интернет и телевидение обеспечат жителям автономного здания связь с внешним миром. «В «Ковчеге» можно жить не покидая его оболочки, – говорит архитектор. – К примеру, до поликлиники, которая будет находиться уровнем выше, можно добраться по зимнему саду – вот вам и прогулка»…

В материалах мастерской указывается, что проект был разработан с учетом опыта программы «Архитектура катастроф» Международного союза архитекторов. Он был номинирован на премию Всемирного архитектурного фестиваля WAF-2010 и получил диплом третьей степени по итогам Первого международного фестиваля инновационных технологий в архитектуре и строительстве «Зеленый проект – 2010».

На проект уже обратили внимание американские специалисты, связанные со строительством научной станции в Антарктиде. Им очень понравилось наше детище. «Лучше мы ничего еще не видели», – сказали они. Хотелось бы нашим специалистам поработать и с соответствующими российскими организациями, но те пока молчат.

Подземные города…

За свою многовековую историю человечество где только не жило! Спасалось от хищников и холода в пещерах, сооружало на деревьях своеобразные «гнезда», строило шалаши, вигвамы и чумы, хижины, избы и терема… Но чаще всего на новом месте прежде всего рыли землянки. И вот, похоже, к ним собираются вернуться вновь. Только уже на качественно новом уровне…

Снова в землянки? Недавно жители городка Хаккертон, что неподалеку от Лондона, решили обзавестись экологическими жилищами.

Вот что рассказал о своем новом доме один из жителей городка Ник Уайт: «Мой дом врыт в косогор так, что прихожая полностью скрыта под землей, в нее надо спускаться, как в подвал. Но с другой стороны дома, из гостиной, где скат понижается, открывается весьма красивый вид на озеро, в пологом береге которого и расположены наши жилища…

Впрочем, строительство землянок – лишь одна из частей плана перейти полностью на натуральное хозяйство. В близлежащем озере новоявленные натуралисты намерены разводить рыбу. На лугах, садах и огородах будут выращивать овощи, фрукты, а также корма для скота. А свои энергетические нужды жители нового поселка намерены удолетворять с помощью ветряной турбины и электрогенератора.

Городской архитектор Дэвид Пиколс приветствует новое направление в строительстве и полагает, что такие дешевые землянки помогут решить проблему обеспечения жильем малоимущих семей. «И это всего лишь начало», – утверждает он.

В самом деле, еще в конце 80-х годов XX века архитектор Эмилио Эмбаш построил в Финиксе, штат Аризона, исторический музей. Он задумывал создать его в стиле хайтек, а получились врезанные в естественный холм комфортные «катакомбы».

И теперь подземных домов в мире уже немало. Жилища, словно позаимствованные у хоббитов, есть в Швейцарии, Германии, Британии, Финляндии…

Автор этих домиков – швейцарский архитектор Петер Ветш, воплощающий в жизнь принципы естественной среды обитания. Земляные экодома не имеют прямых углов – их куполообразная форма идеальна для энергосбережения. «Такой дом прекрасно вписывается в ландшафт и гармонирует с окружающим миром», – считает он. При этом в земляном доме есть все, что нужно для комфортной жизни: кухня, ванная комната, другие удобства. Дома часто многоуровневые, рассчитаны на три – семь комнат, из которых спальня ориентирована на север, а гостиная – на юг.

Опыт войны. Тут надо, наверное, вспомнить, что во время Второй мировой войны довольно большое распространение получили подземные укрытия. Это были и просто подземные цитадели, и бункеры со всеми удобствами, подобные тому, в котором отсиживался в последние дни своей жизни Адольф Гитлер, или запасной ставке Верховного Главнокомандующего, ударными темпами отгроханной в Куйбышеве и рассекреченной совсем недавно.

Строители Третьего рейха, кстати, положили начало и еще одной традиции. Они первыми стали размещать под землей целые заводы, на которых выпускали ракеты, самолеты и прочее вооружение.

В годы холодной войны, когда речь шла уже о защите от ядерного удара, в СССР и США тоже были построены подземные предприятия для производства ракетно-ядерного вооружения. А для себя сильные мира сего соорудили настоящие подземные комплексы, снабженные лифтами и даже особыми линиями метро.

А когда холодная война закончилась, эти объекты задумали использовать в мирных целях. Так, бывшие шахты, в которых некогда размещались пусковые установки стратегических ракет, ныне хотят переоборудовать под хранилища вредных отбросов – скажем, ядовитых или радиоактивных.

За годы подземных испытаний ядерных устройств в недрах образовалось немало полостей, словно бы облицованных расплавленными в пекле взрывов горными породами и ставших практически герметичными. Первоначально была идея использовать их как хранилища природного газа или воды, но затем из-за высокой остаточной радиоактивности пород стали склоняться к варианту захоронения в них, как в ракетных шахтах, ядовитых и радиоактивных отходов.

Однако пока это благие пожелания. Чтобы от слов перейти к делу, нужны международные договоренности, разработка безопасной технологии захоронения вредных отходов, наконец, средства на переоборудование бывших ядерных полигонов…

Спрячем АЭС? А пока суд да дело, специалисты предлагают локальные проекты. Скажем, АО «Атомподземэнерго» из Санкт-Петербурга готово за 3 месяца и 1,5 млрд долларов упрятать в глубь земли аварийный блок Чернобыльской АЭС. Сооруженный над ним наскоро саркофаг дал течь, и существует опасение, что дождевая влага, постепенно накапливающаяся на дне блока, может в конце концов привести к новому взрыву.

По словам руководителя проекта А. Плугина, сначала под аварийным блоком методом современного метростроения будет возведен подземный бункер с герметичным полом и стенами из особо прочного бетона. Затем по трубам, проложенным под фундаментом аварийного блока ЧАЭС, насосная станция прогонит водяной пар, чтобы размягчить почву. В результате огромная конструкция блока массой в 560 тыс. т начнет проседать под собственным весом и постепенно скроется в бункере. Останется засыпать ее сверху.

Конечно, упрятать под землю сооружение площадью в четыре футбольных поля и высотой с 25-этажный дом непросто, однако расчеты и компьютерное моделирование показывают, что такой проект осуществим. Специалисты «Атомподземэнерго» дают гарантию, что в течение двух столетий аварийный блок причинять беспокойства не будет, а за это время радиационная активность многих элементов снизится практически до нуля, и наверняка будут найдены способы, как обезопасить, использовать или, по крайней мере, надежно утилизировать остальные.

Схема подземной Москвы

Есть предложения загонять под землю и вновь строящиеся АЭС. Собственно, идея «закопать мирный атом» не нова: ее предлагали еще советские академики П.Капица и А.Сахаров. В Железногорске (Красноярский край) уже 40 лет работает опытная подземная АЭС, и, как отмечают ее сотрудники, за это время не было ни одной нештатной ситуации.

А осенью 2010 года специалист по энергетической безопасности Хуман Пеймани из Национального университета Сингапура предложил размещать в подземелье, на глубине около 50 м, небольшие реакторы (на 30–50 МВт, в ¹⁄₂₀ от мощности стандартных АЭС).

При этом он предлагает использовать преимущества азиатского города-государства, которые заключаются в том, что он расположен в безопасном с точки зрения сейсмической активности районе. А размещение корпуса реактора в слое гранита даст еще и естественную защиту от радиации.

Сотрудники американских компаний Hyperion Power и Terra Power предлагают свои варианты подобных конструкций. Так, реакторный модуль Hyperion настолько невелик, что его вполне можно смонтировать в подвале индивидуального дома. Но так поступать никто не будет по соображениям безопасности. Наглухо запечатанный аппарат должен работать на приличной глубине под землей. Причем помимо стального корпуса Hyperion будет облачен еще и в бетонный футляр. Наружу выйдут лишь несколько труб.

Технические особенности конструкции Hyperion Power Module таковы. Компактная установка, питаемая низкообогащенным ураном, способна выдавать электрическую мощность 25–27 МВт, которых хватит на 20 тыс. среднестатистических домохозяйств или на не слишком крупное промышленное предприятие. Цена «ядерного» электричества от этого устройства составит 10 центов за киловатт-час, что сравнимо с нынешними ценами, обещают разработчики.

Но, может, эти «реакторы будущего» сами по себе баснословно дороги? Нет. Джон Дил, исполнительный директор Hyperion, говорит: «Они будут стоить примерно 25 млн долларов штука. Для сообщества в 10 тыс. домохозяйств это окажется весьма доступным приобретением – всего по 2500 долларов на хозяина. Три завода в разных частях света в период с 2013 по 2023 год способны выпустить 4000 таких установок».

Интересно, что для перегрузки ядерного топлива весь реакторный модуль предполагается демонтировать и транспортировать на завод-изготовитель, а потом (со свежим «зарядом») – обратно. Благо этот реактор легко перевезти на грузовике, самолете или судне. Так безопаснее – для пользователя агрегат будет «невскрываемым ящиком».

Первый экземпляр уйдет на одно из предприятий чешской компании TES, которая уже приобрела 6 реакторов, что называется, «с ватманского листа» и намечает купить еще 12. Интерес к Hyperion проявили и на Каймановых островах, в Панаме, на Багамах…

От фантазий к реальности. Архитекторы наших дней также подумывают о том, как бы упрятать под землю многие производственные, служебные и даже жилые помещения.

Интересный проект разработали архитекторы японской корпорации «Тайсэй». «Город Алисы» – так назвали они его, намекая, очевидно, на героиню известной сказки Льюиса Кэрролла, которой пришлось пережить немало приключений, провалившись в кроличью нору.

Однако то, что предлагают японцы, никак не похоже на «нору». На глубине 170 м предполагается установить два гигантских бетонных «стакана» диаметром более 65 м и высотой 87 каждый. Их стенки и будут представлять собой своеобразные «небоскребы наоборот», поскольку не поднимутся над поверхностью земли, а опустятся в глубь нее.

Однако оставленное посредине «окно» обеспечит помещения на любом этаже дневным светом. Лишь в прихожих квартир и служебных помещениях свет будут давать электролампы. Впрочем, при развитой системе световодов и сюда доставить дневной свет не проблема.

На дне каждого «стакана» разместится зимний сад, в котором деревья и кустарники будут зеленеть круглый год. Ниже расположатся оранжереи и прочие помещения жилого комплекса для служб, обеспечивающих его электроэнергией, кондиционированным воздухом, водой, перерабатывающих отходы.

Подземными туннелями-переходами каждый «стакан» будет соединен со сферами-спутниками, в которых разместятся магазины, театры, спортивные залы, офисы, отели…

Не менее амбициозные планы вынашивает и японская корпорация «Симидзу». Согласно ее проекту подземный город будет сообщаться с поверхностью лифтовыми шахтами, каналами световодов и трубами, через которые будет уходить в атмосферу углекислый газ, образующийся при дыхании и некоторых, весьма немногочисленных здесь промышленных процессах. Разветвленная сеть полусфер, связанных подземными переходами, вместит около 500 тыс. человек. Осуществление проекта обойдется в 80,2 млрд долларов.

Робот строит дом

Пожалуй, самые прочные на сегодняшний день дома – кирпичные и бетонные. Однако при сооружении кирпичных стен никак не обойтись без ручного труда. Куда быстрее с помощью механизмов можно построить «коробку» из железобетонных панелей. Но и тут есть своя ахиллесова пята.

Недостатки бетона. Обращали ли вы внимание, что панельных построек нет уже в 150–200 км от ближайшего города. Почему? Да потому, что для изготовления самих плит нужен специализированный завод. Возить же их за тридевять земель – себе дороже. Лучше использовать местные строительные материалы.

Кстати, сырье для производства бетона есть практически в любом месте: песок, гравий и прочие наполнители вовсе не представляют собой стратегических материалов. Остается привезти с завода на место стройки лишь цемент, но его требуется не так уж много.

Были и попытки механизировать, даже автоматизировать бетонные работы. Скажем, лет тридцать тому назад армянские специалисты разработали технологию строительства сейсмостойких зданий начиная с потолка. А в Прибалтике примерно в то же время опробовали метод возведения монолитобетонных жилых домов и производственных зданий с использованием скользящей опалубки.

Однако широкого распространения подобные методы так и не получили. Причины тому – строительство из панелей требует опять-таки специализированного завода; распространению же монолитов мешает наличие опалубки, будь она даже скользящей, то есть перемещаемой с места на место. Уж больно много с нею хлопот – сначала устанавливай, наполняй бетонной смесью, жди, пока она затвердеет, а потом разбирай опалубку, переноси на этаж выше и начинай все сначала.

Причем схватываясь, бетон выделяет так называемое «молочко». Высохнув, оно образует пленку, которая мешает соединению раздельно изготовляемых участков стены в единый монолит. Приходится перед заливкой очередного участка сбивать верхний слой бетона, насекать его, а это опять-таки ручная работа.

«Крамола» дизайнера. А нельзя ли вообще обойтись без опалубки? Ведь, в конце концов, она представляет собой чисто вспомогательную деталь, не позволяющую жидкому бетону растекаться, пока он не затвердеет. Но ведь можно изначально использовать достаточно густую смесь…

Поначалу строителям мысль московского дизайнера Сергея Дудина показалась крамольной. По традиции они интересуются бетоном лишь в двух видах – жидком и уже застывшем. Экспериментировать с бетоном в промежуточных стадиях никто, похоже, и не пытался. Во всяком случае, Дудину и его коллегам из ТОО «Ультралайт» пришлось обращаться за консультацией не в строительный институт, а в МХТИ имени Д.И. Менделеева.

Химики, привыкшие работать с разными веществами, вскоре дали заключение: да, можно подобрать такую смесь, усадка конуса для которой будет составлять порядка 8—12 см. В переводе на обыденный язык это означает, что бетон достаточной густоты можно положить слоем сантиметров десять без всякой опалубки. А если еще вертикальные стенки раструба, из которого выходит смесь, сделать с соответствующей обратной конусностью – нижнюю часть чуть меньше верхней, – то стена будет такой же гладкой и ровной, как и при формовке в опалубке.

Таков был первый «камень», заложенный в основание конструкции. За ним последовали другие… Раскладывать густую смесь с надлежащей точностью вручную замаешься. Надо бы приспособить для такого дела механизм. Самый подходящий – конечно же, промышленный робот, только соответствующим образом модернизированный.

Высота его должна быть метров десять, чтобы можно было класть стены 8-метровой высоты (из расчета на два этажа с цоколем). А понадобится выше, пусть робот сам себя подтягивает вверх, подобно тому как Мюнхгаузен за волосы тащил себя из болота, – для этого вполне реально приспособить, скажем, гидравлические подъемники. Манипулятор же робота должен быть в состоянии описывать круг диаметром порядка 16 м (как показывает практика, большинство современных домов представляют собой квадраты или прямоугольники, вписанные в окружность примерно такого диаметра).

Прототип робота-строителя

Можно ли создать подобную конструкцию? С этим вопросом Сергей обратился в НИИ физико-технических проблем, где как раз и занимаются промышленными роботами. И снова получил положительный ответ: создать подобную конструкцию, математическое обеспечение для компьютера, который будет ею управлять, не составляет особого труда. Так в основание был положен второй «камень»…

И наконец, «камень» третий: можно ли сконструировать автоматизированный бетонно-растворный узел, который будет не только готовить смесь необходимой консистенции, но и обеспечивать бесперебойную доставку ее на расстояние порядка 30 м (именно такую длину имел бетоновод в первом варианте, ныне его удалось сделать короче). И опять-таки специалисты, теперь уже из НИИ железобетона, дали положительный ответ.

Таким образом, дизайнеру Сергею Дудину оставалось соединить вместе несколько узлов, прототип каждого из которых в той или иной мере используется в одной из отраслей промышленности. Что он и сделал с присущим ему блеском. Получился РСК – роботизированный строительный комплекс.

Работа для робота. Работать он будет так. На место строительства, к предварительно отрытому котловану подкатывает автотрейлер. Из его чрева бригада монтажников извлекает основные узлы комплекса и быстро соединяет их вместе. Проходит час-другой, и вот уже бригадир монтажников нажимает кнопку пуска. Оживает, будто выходит из летаргии, могучая рука стального великана. Начинает работать бетономешалка, и вот уже готовая смесь широкой струей льется из раструба. Робот, подчиняясь алгоритму, заложенному в компьютер, распределяет ее по периметру будущего фундамента. Причем, пока он делает планомерный обход по кругу, ранее выложенная смесь успевает застыть настолько, что воспринимает на себя нагрузку в виде следующего слоя без деформации. И так слой за слоем, пока не будет готов фундамент.

Бетонный узел тут же переходит на другой режим работы – вместо гальки, гранитной или базальтовой крошки теперь в качестве наполнителя в бетон начинают добавлять, скажем, куда более легкий, обладающий отличной тепло– и шумоизоляцией керамзит. По вашему желанию также в смесь можно добавить и какой-либо краситель, стена будет уж не серой, а розовой, голубой или зеленой… А захотите, так в каждую порцию смеси можно добавлять краситель особого цвета – дом получится разноцветным, словно радуга.

По расчетам, готовый остов двухэтажного коттеджа с подвальными помещениями, может быть готов за день – менее чем за 10 часов работы. Остается перекрыть его крышей, вставить окна-двери, произвести внутреннюю отделку… И можно въезжать. Причем стоимость такого дома будет как минимум в 2–3 раза дешевле, чем нынешняя.

Продолжение следует… Технология Дудина была предложена еще в 1994 году. Ну а что случилось дальше? А ничего… Нашим строителям так и не удалось найти инвестора, который бы не пожалел миллиона долларов для создания первого робота-строителя. И дело застыло на мертвой точке.

Но ведь не зря же говорят, что мысли витают в воздухе. По странному стечению обстоятельств в том же 1994 году на другом краю Земли, в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, случилось очередное землетрясение. И в стене дома профессора Университета Южной Калифорнии Бероха Хошневиса появилась изрядная трещина.

Профессору не оставалось ничего иного, как взять в руки мастерок и самому заделать ее – профессиональные строители в тот момент были нарасхват. Орудуя мастерком, он и задумался: «А нельзя ли создать механическую руку, которая бы выполняла подобную работу вместо человека?»

Будучи по природе человеком настойчивым, профессор стал думать над созданием подобной конструкции. И вот, в конце концов, до чего додумался.

На место очередного землетрясения он теперь предлагает посылать не только бригады строителей, но и специальные конструкции, отдаленно напоминающие портальные краны.

После окончания монтажа машины оживают и начинают двигаться взад-вперед по проложенным рельсам, словно обычные строительные краны. Только вместо крюка каждая стрела заканчивается «хоботом», по которому подается бетонная смесь. А на конце хобота раструб с узкой щелью. Двигаясь вперед и назад по рельсам, они манипулируют «хоботом», из щели которого бетон выдавливается, словно зубная паста из тюбика. Компьютер с помощью телеглаз следит за процессом и контролирует его. И вот уже дома на месте бывшей трагедии начинают расти, словно грибы.

Поскольку профессор, по всей вероятности, ничего не знал о разработке москвичей, то в его конструкции есть свои отличия. Так, например, он предлагает вести строительство не одной, а сразу 2–3 механическими руками. Первая отливает внешнюю и внутреннюю части стены. Когда эти, скажем так, панели затвердеют, то они послужат опалубкой, которая будет держать основную часть бетонной смеси, заливаемой внутрь третьей рукой. А предшествующая ей вторая рука будет монтировать в пока еще пустом пространстве все необходимые трубопроводы и коммуникации.

Управлять же форсунками, выделяющими бетонную смесь, профессор предложил по тем же алгоритмам, которые ныне используются в так называемых 3D-принтерах. Она позволяет печатать не только плоские тексты и рисунки, но и объемные, трехмерные объекты, наращивая их слой за слоем по определенной программе.

Таким образом, по мнению калифорнийских конструкторов, устройство Contour Crafting сможет возвести одноэтажный дом общей площадью 200 кв. м менее чем за сутки! При этом вся работа будет проведена под руководством одного оператора, сидящего у дисплея.

Отели в космосе…

Говорят, что «Мир» в свое время затопили столь поспешно потому, что некий американский мультимиллиардер хотел выкупить его и превратить в своего рода туристско-развлекательный центр, чего идеологи нашей космической программы никак допустить не хотели…

Скорее всего, это байка – станция была уж слишком стара, чтобы продержаться в космосе еще сколько-нибудь значительный срок. Но вот строить отели в космосе собираются и в самом деле.

Космическое колесо и другие варианты. За годы, прошедшие с момента запуска в космическое пространство корабля «Восток» с Юрием Гагариным на борту, все уже успели привыкнуть к тому, что в космос летают, как правило, великолепно подготовленные, тренированные люди. Однако о путешествиях за пределы земной атмосферы мечтают и обычные представители рода человеческого. И не только мечтают.

Так, согласно данным агентства «Ассошиэйтед Пресс», среди американцев на сегодняшний день насчитывается более 3 млн человек, которые готовы заплатить 100 тыс. долларов за сутки пребывания на околоземной орбите. А всего, по предварительным расчетам, в мире насчитывается более 20 млн потенциальных космических туристов, способных выложить за экскурсию в космос значительные суммы.

Модуль TransHab в составе МКС-1

Ну а спрос, естественно, рождает предложение. Именно для космических туристов американская фирма «Спейс Айленд Групп» и предложила в 2008 году проект отеля на околоземной орбите. За поддержкой и финансовой помощью в осуществлении проекта фирма обратилась к сети отелей «Хилтон» и ряду крупнейших туристических компаний.

Будущий отель видится проектировщикам как огромное колесо, состоящее из двенадцати отработанных топливных баков ракетоносителей. Ракетные двигатели обеспечат постоянное вращение станции, необходимое для создания минимальной гравитации.

Внутри отеля планируется создать шикарный интерьер, роскошные номера, ресторан и космическое казино. Но главной приманкой для туристов станет возможность побывать в невесомости. В центре-ступице вращающейся колесообразной конструкции расположатся помещения, где будет отсутствовать гравитация. Там любители экзотики смогут вдоволь полетать, полюбоваться панорамой Земли или, уединившись в отдельных каютах, выспаться в невесомости.

Космический отель планирует принимать 350 гостей одновременно, а его персонал составит 50 человек. Вот только до его открытия придется подождать по крайней мере лет двадцать.

Впрочем, может дела пойдут и быстрее. Ведь, кроме «Хилтона», еще три крупнейшие корпорации заявили о начале работы над аналогичными проектами. Так, скажем, японский концерн «Шимицу» запланировал открытие собственного отеля на орбите в период между 2015 и 2025 годами.

Согласно существующим разработкам, конструкция также будет иметь вид колеса диаметром 140 м. Реактивные двигатели, расположенные на корпусе, придадут колесу вращение, за счет чего внутри станции будет обеспечена постоянная сила тяжести. Отель концерна «Шимицу» сможет принять 64 туриста, а стоимость путевки на одного человека составит не менее 50 тыс. долларов.

О серьезности намерений японцев свидетельствует участие в проекте такого промышленного гиганта, как «Кавасаки». По существующей договоренности «Кавасаки» изготовит специальный космический «шаттл» весом 500 т, который будет осуществлять челночные рейсы по маршруту Земля – космический отель – Земля.

Недавно и немецко-американский концерн «Даймлер-Крайслер» также объявил о планировании постройки к 2020 году крупной космической станции-отеля на 224 места. Помимо номеров со всеми удобствами, там будет действовать необычный аттракцион. В центре станции в зале, стилизованном под арабские мотивы, где не будет существовать силы тяжести, туристы смогут летать на специальных коврах-самолетах, подражая героям сказок «Тысячи и одной ночи».

Приступим к «надувательству»? Зеркала антенн и телескопов, стены и перегородки космических станций, панели солнечных батарей, даже дома на Луне или Марсе – все это позволяет создать технология, разрабатываемая российскими учеными из Научно-производственного объединения имени С.А. Лавочкина. Вот что рассказал журналистам о ее сути представитель разработчиков, руководитель проекта, главный специалист Научно-исследовательского центра имени Г.Н. Бабакина при НПО имени Лавочкина Сергей Иванов.

Сегодня доставка в космос килограмма полезной нагрузки стоит порядка 10–20 тыс. долларов. Понятное дело, специалисты стараются максимально экономить, делая свои конструкции как можно более легкими и компактными. Но что на свете может быть легче мыльного пузыря? Причем для его получения необходимо самое простейшее оборудование. Вот эта-то простота и подкупила космических специалистов.

Правда, они вовсе не собираются прямо на Земле выдувать некие, особо прочные мыльные пузыри, которые смогут подниматься до космических высот. Нет, операция будет выглядеть куда прозаичнее. На космодром доставят что-то вроде невзрачных влажных мешков в плотных пакетах. На одном, например, будет написано – перегородка номер такая-то жилого отсека. На другом, может быть, рабочий стол. На третьем – зеркало телескопа…

Вариантов масса, и как это будет выглядеть наверняка – пока не так уж существенно. Важно то, что на орбите каждую заготовку надуют с помощью баллончика со сжатым газом. И уже через несколько часов ткань, затвердев за счет специальной пропитки, превратится в жесткую прочную конструкцию – скажем, модуль космической станции или будущей лунной или марсианской базы.

Как это делается, Сергей Иванов продемонстрировал на макете. Взял тонкую трубу из специального синтетического материала и полил ее водой. Через несколько минут материал стал мягким и гибким, она запросто складывается в маленькую гармошку. Именно она и отправится в космос. А там достаточно вдуть в нее сжатый газ, и гармошка расправится, отвердеет и снова станет трубой. Вот так, если объяснять на пальцах, выглядит такое превращение.

Пневмоконструкции позволят на порядок сократить число рейсов на орбиту. Долговечность же их, по словам Иванова, не меньше, чем металлических, – около 15 лет.

Мечта Биглоу. Параллельно с нашими конструкторами над подобными сооружениями работают и зарубежные специалисты. Так, 13 июля 2006 года ракета-носитель «Днепр» вывела на околоземную орбиту опытный вариант первого в мире обитаемого космического модуля Genesis-1. Финансирует проект бизнесмен и мультимиллионер Роберт Биглоу, владелец сети малобюджетных гостиниц Budget Suite.

Роберт Биглоу начал мечтать о космосе в 13-летнем возрасте, в 1957 году, когда на орбиту вышел первый советский спутник. Однако подросток решил, что путь к мечте через центр подготовки астронавтов или научную карьеру слишком долог, скучен и ненадежен. Биглоу решил заняться девелоперским бизнесом, заработать побольше, а уж затем вернуться к детской мечте о звездах.

Тридцать восемь лет спустя, в 1995 году, Биглоу вспомнил о своей детской мечте. Еще спустя четыре года предприниматель зарегистрировал в родном Лас-Вегасе компанию Bigelow Aerospace. Как раз в этот момент ему на глаза попалась информация о группе специалистов аэрокосмического агентства NASA, которая во главе с инженером Уильямом Шнайдером с 1997 года занимается разработкой надувных космических модулей. Технология под названием Transit Habitat (TransHab) по замыслу разработчиков позволяет упростить доставку модулей в открытый космос и сделать запуски менее энергоемкими.

К 2004 году были построены и прошли лабораторные испытания первые модели космических модулей, получивших рабочее название Nautilus.

После успешного запуска Genesis-1 Биглоу провел масштабную пиар-кампанию. По его словам, после запуска и успешных испытаний рабочей версии модуля компания планирует наладить их массовое производство и построить несколько орбитальных станций. Затем, уверен предприниматель, можно будет сдавать станции в лизинг научным организациям и крупным частным корпорациям для проведения исследовательских работ, а также космических экскурсий.

А пока суд да дело, фирма Bigelow Aerospace объявила среди космонавтов и астронавтов набор на должности обслуживающего персонала в сети космических отелей, которые, по мнению Бидлоу, будут выведены на орбиту Земли уже в 2015 году. Всего компании требуется пока 44 сотрудника. Планируется, что одна ночь в космическом отеле будет стоить 1 млн долларов.

Заселим Луну?.. Поняв, что космическая индустрия набирает обороты, засуетились и представители компании «Хилтон», с упоминания проектов которой начат этот рассказ. Ныне они сделали следующий шаг, объявив о планах строительства отелей на… Луне! Такое решение владельцы фирмы приняли после того, как на Селене была обнаружена вода.

По словам управляющего компанией Питера Джорджа, «Хилтон» надеется стать первым из тех, кто построит на Луне гостиницу. Специалисты компании работают в тесном контакте с экспертами из NASA. На изучение различных предложений и разработок уже израсходовано 170 тыс. долларов.

Британский архитектор Петер Инстон, разработавший этот проект, предложил возвести на Луне 325-метровый комплекс, который станет самым высоким отелем во Вселенной. Предполагается, что в комплексе будет 5000 номеров. Энергию для них обеспечат две солнечные панели.

Внутри всех помещений комплекса, по планам «Хилтона», будет поддерживаться нормальное, земное давление. Посетители, дабы компенсировать недостаток земного притяжения, будут ходить в обуви с магнитной подошвой. Кроме того, проектом предусмотрен собственный космодром, где будут причаливать космические лайнеры, а также система защиты от астероидов.

И это не единственная идея подобного рода. Три японские компании затратили на аналогичные разработки почти 42 млн. долларов. «Симицу» планирует построить комплекс с теннисными кортами и площадками для гольфа. «Нисимацу констракшн корпорейшн» намерена возвести на Луне комплекс «Эскарго-Сити», состоящий из трех 10-этажных башен. Еще одна компания, «Обаяси», работает над проектом по созданию лунной коммуны с населением 10 тыс. жителей. Так что, видите сами, идея развития космического туризма получила весьма мощную поддержку влиятельных компаний.

Как вырастить… дом?

«Дома растут как грибы после дождя». Эту метафору мы частенько употребляем, когда хотим сказать, что строительство ведется исключительно быстрыми темпами. А нельзя ли действительно дома культивировать, словно грибы?

Оказывается, эта мысль пришла в некоторые умные головы вовсе не вчера. Еще двадцать с лишним лет тому назад Диана Широкова и ее друзья из Центрального городского клуба биоников г. Горький (ныне Нижний Новгород) задумались над проектом удивительного дома-гриб, который растет не сам по себе, а подчиняясь законам генной инженерии. Управляют процессом с помощью направленных пучков излучения, например ультрафиолета.

Проект морского дома Р. Дернаха

Стоит посеять споры такого чудо-гриба в землю, и он начинает развиваться, перерабатывая в строительный материал вещества, которые содержатся в почве, используя свет и воду. Ну а архитекторам-ботаникам надо лишь следить за ростом этого удивительного растения-строения, подправлять по мере необходимости отдельные его элементы, согласно своим замыслам.

На международном конкурсе в Штутгарте (ФРГ) проект ребят занял первое место, о нем много писали в газетах и журналах. Ну да дело это прошлое, хоть и в очередной раз показавшее неуемность ребячьей фантазии. Казалось, на том все и кончится.

Однако оригинальные идеи, сколь бы фантастичны они ни были, дают нередко прекрасные побеги. Так и кажется, что немецкий архитектор Р. Дернах был вдохновлен фантазией наших школьников, работая над своим проектом морского города.

Море, полагает он, предоставляет огромные возможности для градостроительства, надо лишь их умело использовать. В его водах обитают более двух тысяч видов растений и животных, которые со временем покрывают плотной известковой коркой любой предмет, находящийся в воде.

Так отчего же не воспользоваться этим свойством?

Дернах предлагает погружать в море своего рода затравку – каркас той или иной детали из тонкого материала, скажем пластика. В процессе естественного обрастания он покроется крепкой коркой. А когда деталь достигнет необходимых размеров, поднимай ее краном или вертолетом из воды и доставляй на стройку.

Правда, чтобы подобная технология стала реальностью, надо бы получше изучить жизнь обитателей моря, да с помощью генной инженерии стимулировать их деятельность. Ведь пока она не очень продуктивна. Чтобы нарастить на каркасе известный слой толщиной в 3 см, потребуется целый год. Впрочем, это дело вполне по силам науке и технике.

Так что, как видим, фантазия школьников постепенно обретает вполне реальные черты.

Скажем, дом, который собираются построить английские архитекторы, пока не умеет расти подобно живому организму. Стены его и крыша будут сделаны из современных синтетических материалов. Зато во всем остальном новый «экологический» тип жилища во многом повторяет идею горьковских школьников.

Дом этот не будет подключен ни к водопроводу, ни к канализации, ни к электрической сети. По существу, он представляет собой замкнутую экологическую систему, использующую энергию солнца. И воплощает в себе, пусть упрощенную, модель земной биосферы.

Отходы, которые обычно отправляются в мусоропровод и в канализацию, здесь станут поступать в специальный отсек, где под воздействием солнечного тепла в них размножатся одноклеточные зеленые водоросли. Они выделят кислород, который частично окислит органические остатки. Затем сточные воды попадут во второй отсек, где за дело возьмутся специальные бактерии. В результате их деятельности выделится горючий газ метан. Его можно использовать для приготовления пищи на обычной газовой плите. А остатки переработки отходов подаются в оранжерею, где послужат удобрениями для выращивания различных овощей и фруктов.

Потребность в воде будет удовлетворена за счет атмосферных осадков, сбора утренней и вечерней росы. По расчетам специалистов, за сутки таким образом можно получать около 90 л – вполне достаточно для домашних нужд. А плоские стеклянные ящики, установленные рядом с домом, при помощи солнечного тепла нагреют эту воду до 27 °C даже зимой.

Чудеса транспорта

Людям не сидится на одном месте, пожалуй, с самого зарождения человечества. Они то и дело ходят, ездят, плавают, летают… И изобрели для ускорения передвижения множество транспортных средств, многие из которых представляют собой настоящее техническое чудо.

Космический лифт

Обычно бывает так. Фантасты высказывают какую-то идею, а инженеры затем пытаются ее осуществить. В данном же случае все обстоит как раз наоборот: фантасты не поспевают за фантазиями инженеров. Судите сами…

Две силы действуют воедино. В июле 1960 года «Комсомольская правда» опубликовала статью ленинградского инженера Юрия Арцутанова «В космос на электровозе». Именно в ней впервые рассказывалось о принципе действия внеземного подъемника. Потом идею подхватили другие специалисты, а всем известный английский писатель-фантаст Артур Кларк подробно описал ее в своем романе «Фонтаны рая».

Внешне все выглядит вроде бы просто. Главный элемент подъемника – трос, один конец которого крепится на поверхности Земли, другой – теряется в далеком космосе на высоте около 100 тыс. км (это примерно четверть расстояния до Луны). Причем, несмотря на то что второй конец троса может быть попросту оставлен в пространстве, он будет натянут, как струна.

Вся хитрость в том, что, подчиняясь законам физики, трос этот окажется под воздействием двух могучих разнонаправленных сил.

Чтобы понять их природу, вспомним такой опыт. Привяжите к бечевке какой-нибудь предмет и начинайте раскручивать его. Как только предмет приобретет некую скорость, веревка тут же натянется. Почему? Да потому, что на предмет действует центробежная сила. А на саму веревку – сила центростремительная, которая и натягивает ее.

Нечто подобное произойдет и с поднятым в космос тросом. Любой объект на его верхнем конце или даже сам свободный конец будет вращаться, подобно искусственному спутнику нашей планеты. Стало быть, на этот конец будет действовать центробежная сила. Одновременно на тот же трос будет действовать и противоположная сила – земного притяжения. И тем ощутимее, чем ближе его нижний конец находится к Земле. А чем дальше в космос, тем, наоборот, энергичнее проявляется центробежный фактор. При определенных условиях две противоположные силы уравновешивают друг друга. Происходит это, когда центр массы гигантского каната находится на высоте 36 тыс. км, на так называемой геостационарной орбите.

Космический лифт

Находящиеся там спутники висят неподвижно над Землей, совершая вместе с ней полный оборот за 24 часа. Вот из этой как бы срединной точки лифтовый канат и должен идти вниз и примерно на такое же расстояние в противоположную сторону. Тогда он будет постоянно занимать строго определенное положение – перпендикулярно земному горизонту, точно по направлению к центру нашей планеты. Используя эту рукотворную вертикаль, можно отправлять кабины в космос и опускать их на Землю.

Трос из углерода? Именно этот способ путешествия в космос и был описан в романе Артура Кларка, вышедшем в свет в 1978 году. Идея Арцутанова таким образом приобрела всемирную известность. Вот только воплотить в жизнь ее почему-то никто не торопился. А все потому, что в схеме есть одно слабое звено. Неизвестно, на чем подвешивать кабину космического лифта. Если использовать обычный стальной трос, то простейший расчет показывал: он порвется под воздействием собственной тяжести уже при длине 50 км.

Артур Кларк в своем романе предложил заменить сталь на легкий и очень прочный кевлар. Однако, во-первых, где взять такое количество дефицитного и достаточно дорогого материала? А во-вторых, и в главных, даже при изобилии кевлара длину каната можно увеличить лишь на сотню-другую километров. На большее и прочности кевлара не хватает…

Это, кстати, понимал и сам писатель. А потому придумал некий сверхпрочный «псевдоодномерный алмазный кристалл», который и стал основным строительным материалом. Один из героев романа, инженер Морган, поясняет, что такой кристалл не есть абсолютно чистый углерод, «тут есть дозированные микровключения некоторых элементов». И добавляет, что производство таких кристаллов возможно только в невесомости, где нет тяжести, нарушающей кристаллическую решетку.

Самое интересное, что Кларк почти угадал. Нынешний этап интереса к проекту строительства космического лифта связан именно с углеродными кристаллами, хотя и несколько иного вида.

В 1991 году японский инженер Сумио Иишима, исследуя графитовую сажу, открыл удивительную разновидность углерода – так называемые углеродные нанотрубки. Это микроскопические, неразличимые невооруженным глазом пленочки графита, свернутые в виде крохотных цилиндров.

Диаметр каждой такой трубки в миллион раз меньше миллиметра, длина – всего нескольких микрон. Казалось бы, какой от них прок? Однако вскоре выяснилось, что цилиндрики могут самостоятельно сплетаться в такие же микроскопические канатики. Изготовленная же из них нить прочнее алмаза. Почти невесомая паутинка из углеродных нанотрубок диаметром в 1 мм может выдержать 20-тонный груз!

Имея такой удивительный материал, можно уже и подумать о строительстве космического лифта в обозримом будущем. Во всяком случае, укороченный образец «космического лифта» успешно испытали в сентябре 2005 года, сообщает PhysOrg.com. Специальный робот сумел подняться и спуститься по 400-метровому «канату», прикрепленному к воздушному шару. Эксперимент провела вашингтонская компания LiftPort, которая намерена использовать будущий «лифт» для коммерческой доставки грузов на орбиту.

Причем осуществление этого проекта грозит обернуться немалой экономией средств. Дело в том, что ныне доставка 1 кг полезного груза в космос обходится не менее 10 тыс. долларов, причем подъем на высокую, геостационарную орбиту обходится даже в 40 тыс. Космический подъемник предполагает снижение стоимости доставки до 100 долларов, то есть в 100–400 раз. И это только на первом этапе…

Давайте по порядку. Но пока все это – далекие мечты, осуществление которых зависит от того, как пойдут дела со строительством первого космического лифта. Его концептуальный проект в нынешнем виде содержит достаточно подробные конструкторские разработки. Вот как проясняет некоторые технологические подробности доктор Брэдли Эдвардс из компании Highlift Systems на своем сайте в Интернете.

Прежде всего, ныне он предлагает отказаться от строительства на Земле огромной башни высотой 50 км, как это мыслилось в предыдущих проектах. Сооружение такой Вавилонской башни не только значительно удорожает проект, но и во многом ставит под сомнение его исполнение: ведь ныне ни у кого нет опыта строительства башен, достигающих стратосферы.

Сам Эдвардс предлагает сделать наземной станцией для космического лифта океанскую платформу – наподобие тех, с которых ныне ведут добычу нефти. Ее можно построить в Тихом океане, в таком районе, где практически не бывает гроз.

Вместо троса, как уже говорилось, будет использоваться широкая лента из углеродных нанотрубок. Длина ленты – почти 100 тыс. км (ею можно два с половиной раза обернуть земной шар), ширина – 1 м. Даже при планируемой толщине ленты всего в 2 микрона общая масса, учитывая гигантскую длину этой необычной «дорожки», должна получиться довольно солидной – около 800 т. Тем не менее, как показывает расчет, нанотрубки должны выдержать такую тяжесть.

Схема строительства на сегодняшний день выглядит так. Сначала на геостационарную орбиту обычными ракетами будет доставлено около 40 т ленты шириной от 5 до 11,5 см в ширину и толщиной в микроны. Когда она будет развернута на всю длину и достигнет поверхности Земли, то сможет удерживать полезные грузы весом до 495 кг.

Далее специальные подъемники будут подниматься по первоначальной ленте и постепенно расширять ее. На каждое восхождение уйдет от 3 до 4 дней. Через 2,5 года лента будет готова полностью.

Конструкция подъемника как бы охватывает ленту с двух сторон. Кабину планируется оснастить двумя комплектами роликов или гусениц. Лента будет проходить между ними, обеспечивая плавный подъем или спуск кабины за счет трения.

Для движения подъемника по ленте вверх или вниз предполагается использовать электрические двигатели. Энергия будет передаваться с Земли с помощью лазера или микроволнового излучения. Посланный луч преобразуется в электричество, которое приведет в действие моторы лифта. Скорость движения кабины составит 200 км/ч.

Гладко на бумаге… Все этапы научно-исследовательских работ, проектирования и строительства четко расписаны. Так, при соответствующем финансировании уже через два года могут быть получены первые образцы сверхпрочной ленты. Ее испытания, соответствующие доработки и развертывание массового производства займут еще около 3 лет. Строительство отнимет примерно 6 лет. Наконец, еще 2,5 года уйдет на расширение ленты длиной в 100 тыс. км.

Так полагает доктор Эдвардс. Однако многие эксперты не разделяют его оптимизма. Прежде всего, непонятно, удастся ли найти в нынешнем мире столь много свободных финансов. Ведь только на сооружение первого лифта требуется около 10 млрд долларов. А вся программа стоит как минимум вчетверо дороже.

Кроме того, не решены многие принципиальные вопросы. Например, как защитить транспортную ленту от метеоритов и тех обломков, которые в изобилии ныне болтаются на околоземной орбите? Если покрыть ее синтетическим материалом или тонкой металлической броней, то сразу же ее вес многократно увеличится.

Еще одна трудность – мощные порывы ветра. Метровая по ширине лента имеет высокую парусность. А гарантировать, что в данном районе океана сильных ветров вообще не будет, невозможно. Придется также подумать и о защите всего сооружения от ударов молний, океанских штормов и т. д.

Наконец, подобное сооружение – лакомый кусок для террористов. Представьте себе, каков будет резонанс, если в океан ухнет кабина космического лифта…

Тем не менее даже скептики признают чрезвычайную перспективность использования тросовых транспортных систем в космонавтике в будущем. Спор идет лишь о сроках. Так, представитель NASA Роберт Казанова полагает, что первый космический лифт может появиться лет через пятьдесят.

Примерно такие же сроки называет и доктор технических наук, лауреат Государственной премии Георгий Успенский, возглавляющий отделение в Центральном НИИ машиностроения Росавиакосмоса. Он еще в 1989 году опубликовал подобные же расчеты по перспективным космическим транспортным системам.

Ну а дальше вполне возможно продление этой трассы до Луны. Освоение же Луны, строительство на ней ракетодрома откроет возможность путешествий к дальним окраинам Солнечной системы или даже в иные звездные системы.

Летящие по струнам

Имя изобретателя А.Э. Юницкого кое-кому, наверное, знакомо. Да-да, это тот самый Анатолий Юницкий, который еще лет тридцать тому назад предложил проект «Вселенский поезд» – сумасшедшую идею, как можно доставлять в космос сразу десятки тысяч тонн грузов без помощи ракет и «челноков».

За прошедшие годы Анатолий Эдуардович еще много чего успел. Сделал еще около сотни других изобретений, два десятка из которых уже исправно работают в строительстве, электронике, химической и электронной промышленности, в других отраслях народного хозяйства, стал академиком Российской академии естественных наук, почетным и действительным членом еще нескольких академий (Республики Беларусь и других стран СНГ). А главное, он за это время создал фонд «Юнитран», при котором существует исследовательский центр, генеральный конструктор которого А.Э. Юницкий свою главную задачу на сегодняшний день видит в претворении в жизнь другого своего изобретения – струнной транспортной системы (СТС).

«Вселенский поезд»?! Сама эта система отпочковалась в свое время от другого проекта, идею которого Юницкий позаимствовал у К.Э. Циолковского. «Вокруг одного из меридианов планеты устроен гладкий путь, и на нем – охватывающий кругом планету и ползущий по ней пояс, – писал основоположник нашей космонавтики в научно-фантастической повести “Грезы о Земле и небе”, – это есть длинная кольцеобразная платформа на множестве колес… На этой платформе тем же способом двигается другая такая же платформа, но поменьше и полегче, на другой – третья и т. д.».

По сути дела, идея Циолковского представляет собой движущийся многоэтажный кольцевой тротуар, на котором, переходя с яруса на ярус, можно достичь первой космической скорости – 7,9 км/с.

Техническое воплощение такого замысла в точности нереально. Где взять материалы, способные длительное время не разрушаться при тысячах и тысячах градусов? (А именно такие температуры возникают при первой космической скорости в результате трения элементов конструкций об атмосферу.)

Проект струнного транспорта А.Э. Юницкого

Стало быть, идея Константина Эдуардовича – пустая трата времени? Да, если пытаться претворить ее «в лоб». Оригинальную задумку калужского мечтателя мог спасти лишь подход нетривиальный – на уровне редкого творческого озарения. Его нашел и детально проработал тогда еще молодой сотрудник Гомельского института механики металлополимерных систем Академии наук Белоруссии А. Юницкий.

Представьте: вдоль экватора сооружается эстакада. Легкая, изящная, отдаленно напоминающая пешеходный переход над железнодорожными путями. Особой массивности нет – эстакаде предстоит держать, в пересчете на каждый погонный метр, не такой уж большой груз. Эстакада не обязана быть очень «гладким путем» – она вполне может следовать перепадам рельефа. В океане дорога будет опираться на заякоренные плавучие понтоны, размещенные ниже поверхности воды с тем расчетом, чтобы не препятствовать проходу судов. На эстакаде размещается вакуумная разгонная система. Из чего она состоит? Прежде всего это прочная, диаметром несколько десятков сантиметров металлическая труба длиной в окружность Земли – 40 тыс. км. Через специальные окна в нее на всю длину помещают другую трубообразную конструкцию, начиненную контейнерами с полезной нагрузкой. Это ротор. Он также равен длине экватора.

По окончании загрузки из большего трубопровода с помощью высокопроизводительных насосов откачивается воздух, между трубами создается чрезвычайно высокое разрежение, почти полный вакуум.

Вдоль вакуумированной трубы на эстакаде идет статор линейного электродвигателя. Здесь же специальная магнитная система, при включении которой ротор-кольцо с полезным грузом, предназначенным для выведения в космос, отрывается от стенки трубы и зависает в ее центре. Эта система магнитного подвеса и удержания – подобная тем, что испытываются на современных поездах на магнитной подушке, – исключает возможность касания ротором стенок трубы на участках ее изгиба; например, когда эстакада пересекает впадину или возвышенность.

Теперь давайте посмотрим, как такая удивительная машина работает. Кольцо ротора, как мы помним, своеобразным поясом плотно охватывает поверхность Земли. А теперь предположим, что длина окружности кольца начнет увеличиваться. Что при этом произойдет? Соответственно начнет расти и диаметр, кольцо начнет отрываться от поверхности Земли, тем дальше удаляясь от нее, чем больше разница в длинах окружностей.

«Но ведь кольцо стальное, не резиновое, – резонно скажете вы. – Как же может оно растягиваться? Какая сила его растянет?..»

Верно – не резиновое. Но ведь растягиваться может и сталь. И не так уж мало – на 12–35 % от своей первоначальной длины. Расчет же показывает: чтобы каждая точка планетарного кольца удалилась от его поверхности на 100 км, вполне достаточно, если длина его окружности возрастет всего лишь на 1,6 %. А растянуть кольцо могут центробежные силы, которые появятся, если его раскрутить.

Ожерелье для Земли? Теперь, когда мы немного разобрались в теории, давайте посмотрим, как все это может выглядеть на практике.

Корпус ротора надо сделать двойным: наружный слой – из металла высокой проводимости: меди, алюминия, а еще лучше – из сверхпроводящего материала; внутренний – из стали или другого прочного материала.

Статором же этого всепланетного электродвигателя, как мы говорили, послужит эстакада. Именно на ее обмотки будет подан переменный ток, который породит бегущее вдоль ротора магнитное поле. Оно наведет в его наружном слое поперечные электрические токи, взаимодействующие с бегущим магнитным полем статора. В результате возникнет сила, направленная по продольной оси ротора. Находящееся в вакууме кольцо придет в движение.

Каждый его погонный метр, согласно расчету, имеет вес 20–30 кг; стало быть, общая масса разгоняемого кольца составляет около миллиона тонн. Поэтому время разгона «вселенского поезда» до первой космической скорости будет не так уж мало: в зависимости от мощности источников электропитания, оно может составить от нескольких дней до 2–3 недель.

Представим, нужная скорость достигнута. Притяжение Земли и центробежные силы уравновешены; для ротора-кольца наступила невесомость. Однако линейные электродвигатели продолжают разгон. Центробежные силы растут, ротор стремится к подъему, но система магнитной центровки продолжает удерживать его от касания – теперь уже с верхней частью трубы.

Давление по мере дальнейшего разгона все нарастает. И вот, наконец, достигнута стартовая скорость – 10 км/с! Отключаются источники электропитания, отходят в сторону державшие вакуумированную трубу замки, и она, с несущимся внутри кольцом, отрывается от эстакады и начинает уходить вверх, движимая центробежными силами.

«А если электропитание отключилось? – спросите вы. – Тогда магнитный подвес перестает работать, ротор рвется кверху, касается трубы и – авария; мгновенно плавятся стенки, нарушается вакуум!..»

Нет, этого не случится. Чтобы излишне не загромождать техническое описание разгонной системы, мы намеренно опустили одну деталь. Кроме ротора, в большей трубе – на ее внутренних стенках – имеется устройство автономного магнитного подвеса. Его питание происходит за счет частичного торможения ротора в процессе подъема всей конструкции: кинетическая энергия трансформируется в электричество. Так что центровка продолжает сохраняться.

И вот планетарных размеров «бублик», растягиваясь, продолжает удаляться от земной поверхности. Но герметичность его сохраняется – ведь удлинение конструкции, как мы помним, относительно небольшое, чуть больше процента, и никаких перенапряжений вакуумная оболочка не испытывает, воздух в нее не проникнет.

Когда же атмосфера остается внизу, срабатывают пирозаряды, оболочка раскрывается, подобно двустворчатой ракушке, и ее фрагменты опускаются на парашютах для повторного использования. Освобожденный ротор, растягиваясь далее, продолжает набирать высоту.

По своей конструкции он состоит из отдельных участков-контейнеров, соединенных друг с другом специальными стержнями. Когда ротор достигает расчетной высоты, разрывные силы превысят прочность соединяющих стержней и кольцо разъединится на фрагменты. Цепочки контейнеров начнут, так сказать, самостоятельную жизнь – на орбите появится множество спутников, каждый груз используется по своему назначению. А можно, в принципе, оставить и все кольцо в целости. И тогда вокруг Земли появится своеобразное ожерелье – бывший вселенский поезд превратится в кольцеград. А рядом с ним со временем появится другой, третий… В космосе смогут жить и работать множество людей. Работы же для них – непочатый край.

С неба на землю. Как видите, проект еще в те далекие годы был основательно проработан. Однако не осуществлен до сих пор. Почему? Причина до банальности проста, та же, что в свое время помешала строительству Вавилонской башни…

Сами понимаете, одной нашей стране, да еще в нынешнем состоянии, такой проект не потянуть. Да и трасса пойдет отнюдь не только по территории России, так что все равно надо договариваться всем миром, а потом уж строить. Людям же все время что-то мешает. Деньги на войну находятся, а вот на что-нибудь путное их нет…

Поэтому А.Э. Юницкому пришлось спуститься с небес на землю и трансформировать свою первоначальную разработку вот каким образом.

В России, как говаривал еще Салтыков-Щедрин, две главные проблемы. Ну, о дураках мы поговорим как-нибудь в следующий раз. А вот о дорогах порассуждать тут самое место. Точнее – об их отсутствии.

Если вы посмотрите на карту нашей страны, то увидите, что дорожной сетью более-менее регулярно покрыта лишь европейская часть нашей страны, да и то в центральной и южной части. А чем севернее, тем дорог все меньше, вплоть до полного их отсутствия где-нибудь по полуострове Канин. И до мыса Канин Нос и одноименного поселка на нем можно добраться лишь морем или по воздуху. А по земле разве что на оленях или на каком-нибудь супервездеходе. Да и то нет уверенности, что он где-нибудь не канет в болотистой тундре.

Аналогичная картина, только в еще больших масштабах, в Якутии, Восточной и Западной Сибири, на Чукотке, Камчатке и в большинстве районов Дальнего Востока.

Причем строить в этих местах хоть железную дорогу, хоть асфальтированное шоссе – гиблое дело. История БАМа – тому лишнее свидетельство.

Что же делать? Развивать нетрадиционную транспортную сеть. Одни предлагают использовать транспорт на воздушной подушке, другие – дирижабли… А вот Юницкий предлагает… тянуть струну.

Как устроен путь? Эта идея пришла ему в голову, как уже говорилось, когда изобретатель проектировал свой «вселенский поезд». Чтобы он смог разогнаться, нужно подготовить ему соответствующую трассу. А как ее проложить не только по суше, но и по морям-океанам?..

Перебирая множество различных вариантов, Анатолий Эдуардович в конце концов и пришел вот к какой идее.

«Однопутная трасса СТС, – пишет он в своей монографии, – представляет собой два специальных токонесущих рельса-струны (изолированные друг от друга и от опор), по которым движется четырехколесный высокоскоростной электромодуль».

Если же мы перейдем с языка технического на обыденный, то получится примерно такая картина. Представьте себе, что по той же тундре протянулась цепочка анкерных опор. По своему внешнему виду, да и по конструкции они во многом напоминают опоры высоковольтных линий электропередачи. Только провода между ними протянуты не совсем обычные.

«Рельс-струна с точки зрения строительной механики представляет собой жесткую нить, включающую балку (пустотелый рельс специальной конструкции) и размещенные внутри с провесом несколько прочных стальных канатов, – продолжает свои рассуждения автор. – Если эти канаты потом натянуть с суммарным усилием в несколько сотен тонн, то получится весьма прочная конструкция. Останкинская башня – тому свидетельство. Даже после пожара, когда часть канатов лопнула, а другая – ослабла, она продолжает стоять и не упала, вопреки многочисленным прогнозам»…

Говоря иначе, рельс-струна сочетает в себе свойства гибкой нити и жесткой балки. Ближайшим аналогом этой конструкции является предварительно напряженная железобетонная балка моста. Только в данном случае в качестве связующего вещества вместо тяжелого бетона лучше использовать эпоксидную смолу или иной подходящий полимер.

Как показывают расчеты, такая конструкция оказывается прочнее и легче железнодорожного рельса. И в изготовлении не представляет собой ничего особого сложного. Сам рельс в сечении напоминает обычный швеллер, а струна представляет собой пучок стальных проводок, подобных тем, что ныне выпускаются для канатов, корда автомобильных шин и т. д.

Два таких рельса-струны и образуют путь, по которому может двигаться вагон-модуль.

Чем такой путь лучше традиционного железнодорожного? По многим критериям. Во-первых, под стальные пути обязательно надо класть «подушку». А ее стоимость в болотистой местности может в десятки раз превосходить стоимость самого пути. Во-вторых, в районах вечной мерзлоты есть опасность, что в жаркое лето даже многометровая подушка все-таки «поплывет», а вместе с нею разрушится и путь.

Анкерные же опоры ЛЭП уже в настоящее время научились ставить, практически не затрагивая вечную мерзлоту. Она не мешает, а, напротив, укрепляет сооружение.

Далее, зимой в северных регионах нашей страны железнодорожные пути то и дело заносит снегом, их приходится постоянно чистить, расходуя на это немало сил, средств, времени и энергии. Струну же чистить не надо – на ней снег попросту не держится.

Не надо ее и особо охранять – редкий дурак полезет на многометровую высоту, да еще зная, что рельс-струна находится под напряжением. А вот гайки с обычных рельсов в нашей стране принято свинчивать еще со времен Чехова…

Прогиб же под весом вагона-модуля, как показывают расчеты, составит не более 1 %. В переводе на обыденный язык это означает, что вагоны могут мчаться по идеально ровному, действительно натянутому, словно струна, пути со скоростью до 500 км/ч!

Ну а для большей безопасности между основными опорами поставят еще и дополнительные, вспомогательные. Кроме того, внутри каждого рельса-струны проходят три многожильных троса. Так что вероятность обрыва сразу их всех одновременно равна практически нулю.

Есть также варианты установки опор в различных климатических и географических условиях, в том числе и над морем. При большей же глубине океана трасса может быть проведена в туннелях-трубах, проложенных либо по дну, либо в толще воды с расчетам обеспечения нулевой плавучести.

Предлагая свой проект вниманию общественности, А.Э. Юницкий и его коллеги просчитали все до мелочей. И уж конечно, особое внимание они обратили на экономическое обоснование проекта.

Так вот расчеты показали, что километр усредненной обустроенной двухпутной трассы СТС при серийном производстве будет стоить порядка 1–2 млн долларов на равнине, от 2 до 4 – в горах, и 5—10 млн при размещении в трубе, проложенной в толще моря. Для сравнения укажем, что километр современной высокоскоростной железной дороги обходится где-то в 10–15 млн долларов, а километр автобана в средней полосе стоит от 3 до 10 млн долларов.

Выводы, как говорится, делайте сами. Юницкий же заверяет, что стоимость проезда на таком транспорте будет не дороже, чем в плацкартном вагоне обычного поезда. И это при самолетной скорости движения!

Частники в космосе

Когда более полувека тому назад начинались первые космические полеты, они были делом сугубо державным. Ныне же из космических держав, пожалуй, лишь Китай да Япония все еще считают покорение космоса государственной задачей. Остальные стали все больше полагаться на частный капитал. И произошло своеобразное чудо: оказалось, что частники способны решать сложные технологические задачи быстрее и с меньшими затратами, чем государственные корпорации. Вот тому несколько примеров.

Полет на 101 км. В июне 2004 года группа инженеров, возглавляемая Бартом Рутаном, осуществила первый в мире частный суборбитальный полет. Самолет SpaceShipOne под управлением космонавта-любителя Майкла Невилла поднялся на высоту свыше 100 км и благополучно приземлился на аэродроме в Калифорнии. Таким образом командой Рутана сделан еще один шаг к завоеванию приза в 10 млн долларов, который был учрежден в 1996 году Питером Диамандисом, предпринимателем из Сент-Луиса, штат Миссури, и должен был достаться тому, кто первый доставит в космос хотя бы одного туриста.

По условиям конкурса претенденты должны были стартовать до 1 января 2005 года. В космической гонке приняли участие свыше двух десятков коллективов из Аргентины, Канады, России, Англии и США. Правда, достижения большинства были сомнительны с самого начала…

Иное дело – команда Барта Рутана. Конструктор прославился еще в 1986 году, когда построил самолет «Вояджер», на котором его брат Дик Рутан вместе с Джейн Игер совершил беспосадочный полет вокруг земного шара за девять суток.

В апреле 2003 года Барт продемонстрировал транспортную систему SpaceShipOne, состоящую из самолета и ракетоплана, способного, по заверению конструктора, доставить людей в космос. Затем было совершено несколько испытательных полетов, которые показали, что самолет-ракетоносец «Белый рыцарь» и ракетоплан в принципе готовы к штурму высоты.

Схема такова: высотный самолет «Белый рыцарь» поднимает небольшой ракетоплан на высоту 13–14 км. Затем тот стартует и, преодолев еще 87 км на собственных двигателях, дальше движется по инерции до высоты примерно 100 км, описывая параболу. При этом его экипаж пребывает в невесомости 3–4 минуты, а затем возвращается на землю, спланировав на крыльях ракетоплана, которые разворачиваются в рабочее положение на высоте 24 км.

Самолет «Белый рыцарь» с ракетопланом

Барт Рутан предложил для этой схемы ряд новшеств. Например, работа ракетного двигателя основана на жидкой окиси азота, которая проходит через пустотелый резиновый цилиндр. Жидкость представляет собой мощный окислитель, благодаря которому резина сгорает с повышенной интенсивностью, создавая при этом тягу. Таким образом, система сочетает безопасность ракетного двигателя на жидком топливе (при помощи клапана его можно быстро отключить) с простотой твердотопливного ракетного ускорителя.

Однако раньше на подобной гибридной тяге в космос никто не летал. И были опасения, что при прохождении окиси азота через резиновую оболочку могут образоваться ударные волны, что приведет к потере стабильности. Тем не менее все обошлось…

Имелись и другие трудности. Например, аэродинамику своего корабля Рутан тщательно смоделировал на компьютере, но испытаний в аэродинамической трубе не проводил. Он рассчитывал проверить пригодность проекта сразу в реальном полете, навесив аппарат на «Белого рыцаря». А это – известный риск.

Тем не менее Рутан был уверен в надежности своих технологий. И в самом деле, в начале октября 2004 года команде создателей SpaceShipOne удалось выиграть этот приз.

Впрочем, сама по себе награда не так уж дорога. Рутан потратил на проект более 25 млн долларов, полученных им от спонсоров, которых, видимо, больше привлекает возможность заработать на космических туристах.

По плану их собирались возить в космос по три человека в неделю. Каждый заплатит порядка 80 тыс. долларов. Согласитесь, это намного меньше 20–40 млн долларов, которые тратят на полет нынешние космические туристы.

А если построить аппарат, способный взять на борт сразу 15 человек, то цена за место и еще упадет. Тем не менее инициаторы проекта рассчитывают зарабатывать ежегодно до миллиарда долларов. То есть куда больше обещанных 10 млн долларов…

Наши конструкторы тоже попытались было участвовать в этом заочном соревновании. И продемонстрировали прототип ракетоплана С-XXI, похожего на уменьшенный «Буран». Создала его частная «Суборбитальная корпорация» под руководством Сергея Костенко.

В проекте участвовало и КБ имени Мясищева, создавшее стратосферный самолет М-55 «Геофизика», который и должен поднять С-XXI с экипажем в три человека на высоту 17 км на своей «спине». Для этого М-55 оснастят двумя дополнительными ракетными ускорителями. Далее С-XXI, по идее, полетит самостоятельно. И, совершив суборбитальный полет, вернется на аэродром на своих крыльях.

По словам главного конструктора проекта Валерия Новикова, С-XXI позволит совершить своего рода революцию в астронавтике, поскольку приведет к появлению нового поколения космических носителей многоразового использования – куда более дешевых и надежных, чем нынешние. Однако пока готов лишь макет нового космоплана, на большее нет денег – наши миллиардеры предпочитают покупать футбольные и баскетбольные команды, дорогие яхты и недвижимость за рубежом, нежели вкладывать деньги в космические проекты.

Вторая попытка. Барт Рутан и его команда тем временем не остановились на достигнутом. Они спроектировали и построили SpaceShipTwo. В отличие от своего предшественника он может нести на борту до 8 человек (6 пассажиров + 2 пилота), стал крупнее и комфортнее. Улучшены и полетные характеристики. Максимальная высота полета теперь 140 или даже 320 км, что позволит увеличить время в невесомости до 6 минут.

Первый тестовый полет состоялся в марте 2010 года. Всего запланировано порядка 100 тестовых полетов. Начало коммерческой эксплуатации – не ранее 2012 года.

При этом Барт Рутан и его коммерческий партнер Ричард Брэнсон, основавший предприятие Virgin Galactic, сами собираются участвовать в первых полетах SpaceShipTwo, чтобы показать всем свою уверенность в надежности конструкции.

Всего планируется построить пять космолетов SpaceShipTwo и два самолета-носителя White Knight Two. Планируется, что помимо туристических задач SpaceShipTwo будет выполнять исследования атмосферы. Часть приборов будет размещена на самолете-разгонщике WhiteKnightTwo с целью регулярного измерения содержания газов (метана и углекислого газа) на высотах 8—15 км, а также получение проб воздуха с этих высот. При помощи самого SpaceShipTwo будут проводиться изучение ионосферы на высотах 100–110 км и более.

7 декабря 2009 года Virgin Galactic продемонстрировала миру готовый корабль. На официальном сайте компании можно забронировать билеты стоимостью в 200 тыс. долларов каждый.

Кстати, среди первых 300 туристов, полностью оплативших будущий полет, есть и россияне. Среди российских космических туристов, имена которых уже озвучил Virgin Galactic, в основном фигурируют представители крупного бизнеса – президент рекламного агентства Orange Игорь Куценко, его коллега по бизнесу Сергей Тяглов и его родители, а также экс-совладелец «Евросети» Тимур Артемьев с супругой.

15 июля 2010 года челнок SpaceShipTwo совершил пробный 6-часовой полет с экипажем на борту в атмосфере. Полет челнока над калифорнийской пустыней Мохаве был совершен в пристыкованном состоянии к самолету-платформе White Knight Two.

21 августа 2010 года при очередном приземлении на аэродроме в пустыне Мохаве (штат Калифорния) произошла авария самолета-носителя White Knight Two; у четырехмоторного самолета было повреждено левое шасси.

Поломку исправили, и 10 октября 2010 года на том же аэродроме Мохаве состоялся первый испытательный полет самого ракетоплана. Аппарат был поднят самолетом-носителем на высоту 15 км, после отделения от самолета-носителя и 15-минутного свободного полета совершил посадку.

4 мая 2011 года над пустыней Мохаве суборбитальный самолет впервые продемонстрировал эффективность уникального хвостового оперения, которое позволяет аппарату безопасно входить в атмосферу. За 45 минут носитель поднялся на высоту 15,7 км и сбросил SpaceShipTwo. Хвостовое оперение впервые было повернуто вверх на угол 65°. В этой конфигурации аппарат пролетел 1 минуту 15 секунд и почти вертикально спустился на 4,7 км. Суборбитальный самолет показал отличную устойчивость и управляемость. На высоте 10 км пилоты повернули оперение в обычный, «самолетный» режим и спустя 11 минут 5 секунд после сброса с борта WhiteKnightTwo приземлились на взлетно-посадочную полосу.

Таким образом подготовка к началу коммерческих суборбитальных полетов идет полным ходом. «Мы хотим, чтобы наша программа стала началом новой эры космического туризма», – заявил сэр Брэнсон.

Датская самодеятельность. Тем временем на передний план неожиданно выдвинулась Дания – страна, ранее как будто никогда не строившая космических планов. Тем не менее в октябре 2010 года мировые СМИ поместили сенсационное сообщение. Кристиан фон Бенгтсон – глава компании Copenhagen Suborbitals – объявил об испытании космической ракеты HEAT 1-Х.

И все мировое сообщество стало следить за датским экстремальным экспериментом. Ведь в случае успеха Кристиана фон Бенгтсона Дания стала бы четвертой страной мира, самостоятельно запустившей в космос человека. И первой, сделавшей это в рамках негосударственного коммерческого проекта.

Разработка этого экстравагантного носителя началась в 2004 году. Причем удивительно уже то, что его создатели довели проект до «железа» – ведь компания финансируется исключительно частными спонсорами и добровольными меценатами из числа астрономов-любителей. Носитель работает на жидком кислороде и отличается небольшими размерами – 9 м в длину и 64 см в диаметре. Разгонный блок работает лишь 60 секунд, обеспечивая необходимое ускорение менее чем в 3g. Успешное тестирование его прошло зимой и весной 2010 года.

Капсула ракеты Tycho Brahe способна взять на борт всего одного человека и предоставляет ему широкий обзор через прозрачный купол. При старте он должен находиться в ракете в положении стоя, оставляя место для дополнительного оборудования, необходимого для полета, решения научных и коммерческих задач. А первым пилотом этого корабля хочет стать Питер Мэдсен (тоже датчанин).

Ракета должна подняться на высоту 30 км и, после отделения ступеней, сбросить в море на парашюте капсулу с находящимся внутри манекеном. Питера Мэдсена пока решили поберечь, хотя его жена дала добро на его подвиг, заявив: «Пусть летит куда хочет».

Первый испытательный запуск ракеты HEAT 1-Х проходил в Балтийском море. Испытание, которое двое датских конструкторов с юмором назвали «краш-тест», закончился полным провалом. Ракету с капсулой, названную в честь датского астронома Тихо Браге, первоначально должны были запустить с подводной лодки в окрестностях острова Борнхольм. Но когда обратный отсчет добрался до нуля, из нижней части аппарата повалил дым, как из старинного паровоза. Инцидент объяснили замерзанием клапана, контролирующего подачу жидкого кислорода.

Проанализировав причины неудачи, датчане подготовили второй запуск, который и состоялся в начале июня 2011 года. Первая в мире самодельная космическая ракета была успешно запущена с плавучей платформы близ острова Борнхольм в Балтийском море.

Испытательный старт опять-таки состоялся не сразу. Поначалу были проблемы с зажиганием, но разработчики быстро все исправили, и ракета массой 2000 кг взлетела. На борту ракеты вместо человека находился манекен, который вскоре был благополучно выловлен из воды.

Спонсировали проект около 20 компаний, а также власти Дании. В будущем конструкторы рассчитывают отправить в космос первого датчанина. Таким образом, Дания может стать четвертой космической державой в мире после России, США и Китая.

«Русь» и другие. Впрочем, не желают упускать своего первенства и признанные лидеры полетов в космос – Россия и США.

У нас вместо оказавшегося не очень удачным проекта «Клипер» ныне ведутся разработки над космическим кораблем, известным под предварительным названием «Русь». Работы над проектом нового корабля ведутся в строгой секретности, его эскизы – полная тайна РКК «Энергия».

Все, что о нем известно: корабль будет иметь форму конуса. Ведь конус – оптимальная форма для прохождения плотных слоев атмосферы. «Космический аппарат, который с первой космической скоростью влетает в нашу атмосферу, нагревается до 2–2,5 тысячи градусов. Никакие материалы, никакие стали, металлы подобное выдержать не могут. Поэтому мы вынуждены отказаться от развитой поверхности. Это будет комбинация различных систем приземления – то есть парашютная и реактивная», – пояснил президент Ракетно-космической корпорации «Энергия» Виталий Лопота.

Новые корабли смогут выводить на околоземную орбиту до шести членов экипажа и перевозить не менее 500 кг груза. На окололунную орбиту они будут способны доставить четырех космонавтов и 100 кг груза.

Руководитель пилотируемых программ Роскосмоса Алексей Краснов отметил, что первые запуски будут проведены с космодрома Байконур, но позже все старты будут осуществляться с космодрома Восточный, который должен быть построен в Амурской области.

«Корабль должен летать успешно как на околоземную орбиту, то есть к МКС, к другим станциям такого же типа, к будущему сборочному комплексу на околоземной орбите, так и иметь возможность полета на орбиту вокруг Луны, находиться не менее 30 суток в автономном полете», – уточнил он.

В Роскосмосе на эту программу – большие надежды. Вероятно, новый аппарат станет частью марсианской программы. Будущий межпланетный комплекс соберут на так называемой низкой орбите Земли. Его вес может быть до 500 т. В собранном виде конструкцию постепенно поднимут на высоту 200 тыс. км, и на это понадобится несколько месяцев. Экипаж марсианской экспедиции доставят в последний момент перед стартом, чтобы космонавты не получили дополнительную дозу солнечной радиации, и уже с высокой орбиты комплекс стартует в сторону Красной планеты.

О необычной задумке разработчиков корабля рассказал гендиректор и главный конструктор Научно-производственного предприятия «Звезда» Сергей Поздняков.

«Есть идеи посадить космонавтов, которые не принимают участие в управлении кораблем, в герметичные капсулы вместо скафандров. Космонавт входит в такую капсулу, закрывает гермомолнию и на опасных этапах полета сидит в ней, как в яйце», – описал конструкцию гермокапсул Поздняков. Он подчеркнул, что пока новая концепция существует только на уровне идеи. Детальные разработки могут начаться после того, как в «Звезду» поступят требования к системам жизнеобеспечения экипажа, в частности информация о параметрах перегрузок и времени полета в случае разгерметизации кабины.

Примерно по такому же принципу пошло американское NASA, создавая свой будущий корабль «Орион». Его первый полет запланирован на 2014 год.

А осенью 2010 года совершил первый испытательный полет космический корабль Dragon компании SpaceX; он успешно приземлился с помощью парашютной системы, будучи сброшен с самолета-носителя. Космический корабль Dragon и ракета-носитель Falcon 9 компании SpaceX были выбраны NASA в качестве транспортного средства для доставки грузов на борт Международной космической станции.

Dragon – это первый и довольно успешный опыт создания космического корабля частной компанией. С помощью NASA инженерам SpaceX удалось создать относительно недорогой, простой и весьма надежный космический аппарат. Имея все достоинства российского «Союза-ТМ» (это основной транспорт МКС), Dragon на одну тонну легче, имеет вдвое больший объем герметичного отсека (10 куб. м) и может спустить на землю куда больший груз – 2,5 т.

Кто охотился за луноходом?

Сорок с лишним лет тому назад, 17 ноября 1970 года, на Луну опустилась советская межпланетная станция «Луна-17», привезшая «Луноход-1». И вскоре он проложил по поверхности Селены первую в истории человечества «космическую колею».

Но знаете ли вы, с чего началась история «лунного трактора» и какие приключения с ним случались?

Кто придумал лунную танкетку? Долгое время имена инженеров, сконструировавших и построивших «Луноход-1» и «Луноход-2», держались в секрете. Правда, теперь мы знаем – первое транспортное средство для Луны было создано в конце 60-х годов XX века в бывшем «почтовом ящике», что базируется в подмосковных Химках, под руководством Г.Н. Бабакина.

А вот изобретено оно было еще раньше, в середине 50-х годов прошлого столетия. Звали человека, придумавшего луноход, Юрий Сергеевич Хлебцевич. Во время войны работал в засекреченном конструкторском бюро. А потом перешел на работу в Московский авиационный институт, где у него появилась возможность заняться проектами не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня.

Советский «Луноход-1»

В ту пору журнал «Знание – сила» предложил своим авторам, среди которых был и Хлебцевич, посмотреть на мир как бы из года 1974-го. Вот тогда в печати и появилось первое упоминание о луноходе.

Появилось и… вскоре исчезло. Все публикации о «танкетке Хлебцевича» были изъяты из свободного доступа. Почему? Об этом ныне остается лишь догадываться. Скорее всего, запрет последовал потому, что где-то в недрах «королевского хозяйства» примерно в то время были начаты работы по созданию реальных луноходов. И шум в прессе на эту тему прекратили во избежание случайных утечек информации. У нас же любят всяческие секреты.

Но если это так, почему не пригласили к сотрудничеству самого Юрия Сергеевича? Объяснение этому может быть такое: Хлебцевич был не «из той системы». Возможно, С.П. Королев даже хотел привлечь специалиста, но сделать этого без согласия «компетентных органов» он не смог. И поручил освоение Луны Георгию Николаевичу Бабакину.

Кстати, в музее Научно-производственного объединения, которое ныне носит имя Г.Н. Бабакина, вам могут показать уникальный в своем роде экспонат – «Луноход-3». Два первых лунохода, как известно, остались на Луне. А вот «Луноход-3» туда не долетел. Потому как был спроектирован совсем для другой цели. Если бы на Луну, как намечалось, ступили наши космонавты – Валерий Быковский или Алексей Леонов, – они бы не только ходили, но и катались на специализированном транспорте. Для этого на «Луноходе-3» предусматривалась площадка, на которую мог стать человек в скафандре подобно тому, как располагаются водители на электрокарах. Однако советская лунная программа была свернута, и «Луноход-3» отправился в музей.

Однако мы несколько забежали вперед…

В поход, луноход! Сам же «Луноход-1» под руководством Бабакина был разработан в рамках секретной программы и представлял собой герметичный приборный отсек, смонтированный на 8-колесном самоходном шасси, изготовленном во ВНИИ «Трансмаш».

Как рассказывали мне конструкторы, были опробованы различные варианты шасси – на гусеницах, даже на механических ногах, но остановились, в конце концов, на привычных колесах с «баллонами» из металлической сетки. Хотя общая опорная площадь колес составляла всего 0,25 кв. м, а весил «Луноход-1» на Земле 756 кг, в условиях лунного притяжения, которое в 6 раз меньше земного, они обеспечили достаточную проходимость по лунному грунту.

Исследовательская аппаратура требовала поддержания температурного режима от 0 до 40°C. Выдерживать его, когда на лунной поверхности –150 °C ночью и +120 °C днем, было непросто. Поэтому верхняя часть открывающейся крышки приборного отсека использовалась как радиатор охлаждения. В качестве испарителя применялась вода, а в воздушном контуре – азот. Источником же тепла служил ядерный подогреватель, работавший на изотопах. А электричество давала солнечная батарея, которая могла поворачиваться под разными углами для точного ориентирования на Солнце.

В передней части «космического джипа» располагались датчики и оптико-механические телекамеры для управления движением и фотографирования лунной поверхности.

Управляло «Луноходом-1» специальное подразделение Центра дальней космической связи в Крыму. В оперативную смену входило пять офицеров: водитель лунного аппарата, штурман, инженеры, следившие за работой антенны и бортового оборудования, а также командир расчета. Вместе с техническими специалистами и научными консультантами одна рабочая смена командования «Луноходом» составляла 30 человек.

Сложность управления заключалась в долгом прохождении радиосигнала; оператор наблюдал обстановку с опозданием в 2 секунды. Кроме того, из-за слишком низкой установки телекамер дальность видения «лунной трассы» составляла только 8 м, а потому скорость движения «Лунохода» не превышала 140 м/ч.

Тем не менее программа исследований лунной поверхности была успешно выполнена. Вместо запланированных трех месяцев «Луноход-1» проработал на Луне десять с половиной. За это время он проехал расстояние в 10 540 м и исследовал площадь в 80 тыс. кв. м.

Опыт создания и эксплуатации «Лунохода-1» затем пригодился для «Лунохода-2», а также был использован и на Земле. Во время ликвидации последствий взрыва на Чернобыльской АЭС позарез оказался нужен аппарат, способный работать в условиях жесткой радиации. В кратчайшие сроки специалисты из ВНИИ «Трансмаш» изготовили на основе лунохода безотказного робота, благодаря которому остались в живых многие ликвидаторы аварии.

Кому нужен «лунный джип»? Нынешний виток интереса к луноходам связан не только с приближающейся знаменательной датой, но и некоторыми примечательными фактами в истории луноходов.

Вспомним хотя бы, как в повести «Омон Ра» Виктор Пелевин рассказал жуткую историю о безногих камикадзе, которые, пройдя тренировки в подвалах Лубянки, отправились на Луну прямо в своих ватниках и катались там на луноходах, пока хватило сил. И воздуха…

Только улегся шум, поднятый этой фантастической историей, как по страницам СМИ прокатился очередной «девятый вал». Дескать, луноходы и впрямь оказались транспортом для прогулок. Только не людей, а тех «зеленых человечков», которые издавна приглядывают за нами с Луны. Ведь Селена-то на самом деле внутри полая и издавна служит им базой.

Именно лунатики, дескать, и содержат наши луноходы в идеальном порядке. В чем американцы недавно убедились с помощью новейшего лунного зонда Lunar Reconnaissance Orbiter, с высоты 50 км рассмотревшего, что «космический джип» в полной исправности стоит на поверхности Селены.

Правда, на снимках «Луноход-1» выглядит всего лишь как некая букашка величиной меньше муравья. А потому о том, что это именно наш «джип», профессор Том Мерфи и его студенты из Калифорнийского университета определили лишь с помощью уголкового отражателя – этакой открытой коробочки с тремя металлическими зеркалами, закрепленными перпендикулярно друг другу. Особенность отражателя состоит в том, что лазерный луч, попавший на зеркала, отражается в ту точку, из которой был выпущен.

На нашем самоходном аппарате был установлен французский уголковый отражатель. И первые эксперименты с его помощью были проведены в 1971 году одновременно в СССР и во Франции. Потом долгое время луноходом никто не интересовался. А когда три года назад американцы из NASA попытались его отыскать, то сразу сделать этого не смогли.

Дело в том, что точное местоположение лунохода было неизвестно ученым – в 70-х годах навигационная техника была развита хуже, чем сейчас. И отыскать аппарат, размер которого сравним с автомобилем «Ока», на расстоянии в 384 тыс. км – задача посложнее, чем отыскать иголку в стоге сена.

Все изменилось в 2009 году, когда американцы запустили аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), оснащенный камерой LROC, специально предназначенной для фотографирования объектов размером до нескольких метров. На одном из присланных им снимков специалисты и заметили подозрительный светлый объект. Определить, что пятнышко, которое запечатлела камера, – это автоматическая станция «Луна-17», помогли уходящие от объекта колеи. Их мог оставить только «Луноход-1». И, проследив, куда ведет след, ученые обнаружили аппарат.

Нужен же он оказался исследователям не более и не менее как для проверки теории относительности! Собственно, сам луноход как таковой специалистов не интересует. Единственная деталь, ради которой они годами разыскивали аппарат, – это установленный на нем уголковый отражатель.

Причем «Луноход-1» – не единственный аппарат на Луне, снабженный уголковым отражателем. Еще один установлен на «Луноходе-2», а три других были доставлены на спутник в ходе 11, 14 и 15-й экспедиций «Аполлон».

Мерфи и его сотрудники в своих исследованиях регулярно использовали их все пять отражателей. И ныне для проведения полноценных экспериментов ученым не хватало именно отражателя «Лунохода-1». Как объяснил Мерфи, все дело в местоположении аппарата, которое идеально подходит для проведения опытов по изучению характеристик жидкого ядра Луны и определения ее центра масс. Жидкие же «внутренности» Луны влияют на характер движения спутника (попробуйте вращать на столе вареное и сырое куриные яйца, и вы сразу увидите, как проявляется это влияние), и поэтому для получения точной картины необходимо выяснить, как именно Луна отклоняется из-за особенностей своего ядра.

Исследователям повезло – они «попали» в отражатель лунохода со второй попытки. К удивлению Мерфи и его команды, пришедший от «Лунохода-1» сигнал был очень интенсивным – в 2,5 раза сильнее, чем сигналы второго лунохода.

Таким образом, история «Лунохода-1», прервавшаяся 40 лет назад, получила неожиданное продолжение в наши дни. Такое вот техническое чудо…

Вместо «челнока» – «летающая тарелка»?!

Одна из самых совершенных конструкций дирижабля на сегодняшний день – термоплан. Этот гибрид, объединившем в себе достоинства предыдущих конструкций, имеет отсеки, которые заполняются не только гелием, но и теплым воздухом, что позволяет обходиться без балласта. Однако достоинство термоплана не только в этом. Недавно конструкторы из Московского авиационного института придумали еще одно оригинальное усовершенствование.

Преимущества термоплана. По первому впечатлению термоплан «Россия» весьма похож на «летающую тарелку». И это сходство не случайно. Как вы помните, слабое знание аэродинамики приводило в 30-х годах XX века к тому, что первые дирижабли-гиганты под действием ветра переламывались пополам. Дело в том, что их рассчитывали, исходя из равномерного распределения нагрузки по длине корпуса, тогда как она прилагалась больше к корме и носу. И эта ошибка частенько приводила к трагедиям.

Поэтому создатели термоплана и отказались от традиционной формы: не «сигара», а «чечевица», или, если хотите, «летающая тарелка» диаметром от 180 до 300 м и более, – вот, считают они, наилучшая форма современного дирижабля. При такой конфигурации сила воздействия бокового ветра уменьшается в несколько раз, а кроме того, создается дополнительная аэродинамическая сила.

Основную же подъемную силу, как уже говорилось, создает легкий газ гелий, заключенный в нескольких герметичных отсеках, распределенных по объему «чечевицы». Другие отсеки негерметичны, в них обычный воздух, который нагревают до температуры 150–200 °C газовыми горелками – примерно такими же, что используют в современных монгольфьерах.

Надо взлететь – включают горелки. Суммарная подъемная сила термоплана увеличивается, он плавно поднимается вверх. А потребовалось совершить посадку, горелки гасят, воздух постепенно остывает, подъемная сила уменьшается, и аппарат плавно идет на снижение.

Термоплан «Россия» на испытаниях

Если экипаж видит, что условий для мягкой посадки нет – скажем, кругом тайга, – термоплан может зависнуть на высоте, а вниз на тросах уйдут лишь грузовые платформы, выполняя роль своеобразных лифтов. А приземлившись, аппарат будет надежно «притерт» к земле с помощью своеобразного вакуумного «якоря». Под платформой у земли возникает эффект присоски, и аппарат как бы прилипает к поверхности. Конечно, сегодня трудно определить весь круг обязанностей, который смог бы выполнять термоплан в народном хозяйстве. Но основные направления их использования прослеживаются уже достаточно четко. Еще в 1978 году специальная экспертная комиссия, например, заключила, что аппараты подобного класса могут взять на себя до 12 % грузоперевозок России. Причем, по подсчетам специалистов, тонно-километр такой перевозки обойдется в 6 раз дешевле, чем использование, скажем, автомобиля-вездехода в условиях Заполярья. К тому же автомобильный транспорт в тех районах используется, как правило, лишь на «зимниках». Весной и летом он безнадежно вязнет в болотах…

Заместитель «шаттла»? Создатели термоплана между тем придумали вот какую интересную штуку. Как показали продувки в аэродинамической трубе, «летающая тарелка» имеет свойства крыла-диска. То есть, как уже говорилось, при движении с достаточно высокой скоростью к аэростатической подъемной силе добавляется еще и аэродинамическая. При этом удельная нагрузка на крыло в 15–20 раз меньше, чем, например, у всем известного «шаттла», снятого ныне с полетов.

У «челноке» тут мы вспомнили совсем не случайно. Какая у него главная обязанность? Правильно, выводить в космос коммерческие нагрузки. Так вот маевцы подсчитали, что термоплан может быть использован и в качестве первой ступени системы, которая будет осуществлять подобные транспортные операции в 2–3 раза дешевле, чем «шаттл».

Выглядеть все это будет примерно так. Термоплан берет прямо со двора завода, КБ или иного предприятия полезную нагрузку, представляющую собой ракету-носитель вместе со спутником связи, модулем строящейся международной орбитальной станции и т. д. Все это на внешней подвеске буксируется дирижаблем в экваториальную зону, где запускать ракеты, как известно, выгоднее всего, поднимается на высоту в несколько десятков километров, где и производит пуск ракеты-носителя из контейнера. Таким образом, как минимум мы экономим одну ступень ракеты-носителя.

А можно, в принципе, и вообще обойтись без нее. Термоплан ведь вовсе не случайно напоминает «летающую тарелку». И если сделать оболочку достаточно жесткой, прикрепить к нему реактивные двигатели и ракетные ускорители, то можно добиться, что, разогнавшись, наш термоплан сам выйдет на околоземную орбиту.

Выдуем… космолет?!

Мыльные пузыри, надувные матрасы, мячи, даже конструкции типа мобильного госпиталя хорошо известны многим. Но вот чтобы сделать надувным космический корабль – это уж, пожалуй, слишком… И тем не менее…

Сплошное надувательство. Было это уж лет тридцать тому назад, вспоминал Николай Хлебников. Работал он тогда в Казахстане, в г. Лисаковске, на станции юных техников. И готовился вместе с ребятами к очередному, тогда еще всесоюзному конкурсу «Космос». Юные техники строили модель очередного звездолета, и лишь один хитрован – Иван Варфоломеев – затеял мыльные пузыри пускать.

«Ваня, – сказал ему руководитель. – Ты что – маленький? Займись-ка делом…»

«А я делом и занимаюсь», – ответил тот. И развил такую идею.

Лишь в неспокойной земной атмосфере мыльные пузыри живут недолго. А вот в космосе, в условиях невесомости и абсолютного покоя, такой пузырь будет куда более долговечен. В особенности если вместо обычного мыла и воды использовать для его изготовления специальный пластик, твердеющий после выдувания в условиях космического пространства.

Тут уж всеобщая мысль заработала. И за несколько минут в результате спонтанного мозгового штурма ребята накидали с десяток идей по доработке первоначального предложения. Вот хотя бы некоторые из них.

Если внутри первого шара выдуть еще второй и третий, то получится многослойная конструкция, которой, вероятно, будут не страшны даже микрометеориты: несколько слоев подряд пробить не так-то просто.

Если перед тем, как надувать оболочку, ее заготовку поместить внутри какого-то объема (скажем, куба, грани которого сделаны из проволоки или иного материала), то и шар получится уже не круглым, а кубичным. Аналогично можно получить оболочку в виде параллелепипеда, цилиндра, конуса и т. д.

Если сделать необходимое количество отдельных модулей, «врезав» в их стенки переходные люки, тамбуры и т. д., можно затем собрать их в соответствующую конструкцию: хотите – орбитальную станцию, хотите – космический корабль…

Если отправиться на таком корабле, скажем, к Марсу, то можно продолжить возведение подобных конструкций и на самой планете. Купола, надежно прикрепленные, приклеенные к почве, сделанные из прочного пластика, способного противостоять марсианским бурям, послужат первым прибежищем для марсианских колонистов.

«В общем, размечтались мы, расфантазировались, – вспоминал Хлебников. – Разрисовали все покрасивее, сделали даже модель “пузырчатого” корабля, представили на конкурс. И тут нас словно холодной водой облили. “Не занимайтесь надувательством, – сказали нам. – Где это вы видели такую пластмассу?..” И отвергли наш проект как беспочвенный…»

Честно сказать, не понимаю членов того жюри. Ребячью идею стоило поддержать даже и в том случае, если бы в ней действительно было маловато здравого смысла. Помните, что говорили великие: только из сумасшедших идей получается что-то стоящее. А тут… В общем, отбили людям руки, охоту заниматься данным проектом дальше.

Правда, упорный Хлебников как-то при случае поинтересовался у химиков: можно ли создать пластик, удовлетворяющий предъявляемым требованиям. «В принципе, химия все может, – сказали они. – Только заявок на подобные разработки пока не поступало…» Таким образом, круг замкнулся. Идея не может быть реализована, потому что нет пластика. А пластика нет, поскольку его никто не заказывал…

Тем временем в Америке… В общем, получилось как всегда. Нет пророков в нашем Отечестве… Но вот что интересно. Американцы лет двадцать пять тому назад запускали экспериментальный спутник «Эхо-1». Он представлял собой огромный шар из тонкой металлизированной пленки, отражающей лучи радара. Эксперимент прошел удачно, спутник просуществовал в космосе заданный срок, исполнив свою миссию.

Полученный опыт не забыт и сегодня. В проектах космической станций будущего может стать следующее. Специалисты NASA подумывает о его замене обычных жилых модулей облегченными надувными домами – так называемыми «трансхабами». (Название составлено из первых слогов двух слов «транс» – транспортировка и «хабитата» – жилище.) Он может стать основной квартирой для жильцов орбитальной станции.

Компоновка модуля TransHab

Вместо металлического корпуса «трансхаб» будет состоять из облегченной сердцевины, изготовленной из композитных материалов. Она будет окружена коконом из гибкой, но прочной материи – из такой ныне делают пуленепробиваемые жилеты.

Если конструкция выдержит испытания, то такие же «трансхабы» можно будет использовать в качестве жилых модулей на Луне, Марсе и других планетах Солнечной системы, полагают разработчики этой конструкции из Центра имени Джонсона в Хьюстоне. «Мы проектируем надувное космическое жилище, которое будет надежнее, дешевле и качественнее своих предшественников, – сказала руководительница проекта Донна Фендер. – Мы не проектируем оборудование специально для Марса, но думаем, что наше надувное жилище можно будет использовать без существенной переделки и на Красной планете».

В грузовом отсеке космического «челнока» или иного космолета такой модуль будет находиться в компактном состоянии – его внешнюю оболочку обернут вокруг сердцевины. Получится этакий кокон диаметром чуть более 3 м. В космическом пространстве «трансхаб» расправится под действием поданного внутрь воздуха, раздуется до 7,5 м в диаметре. Длина кокона составит порядка 8 м.

Так в пространстве будет развернуто нечто вроде 3-этажного дома, в котором с удобствами смогут разместиться 6 человек. При весе 5 т такой модуль будет вдвое легче того, который пытались спроектировать специалисты «Боинга», используя традиционные технологии. А поскольку он будет еще и втрое объемнее, то астронавты при таком раскладе смогут получить не только комфортабельные помещения для работы и отдыха, но и собственный спортивный зал. Кроме того, появится возможность значительно усилить радиационную защиту модуля от космических излучений за счет дополнительного экрана.

Проектировщики предлагают окружить центральную часть модуля, где большую часть времени и будет находиться экипаж, водяной рубашкой толщиной 12–15 см. Она преградит путь радиоактивным частицам, входящим в состав космического излучения, и потокам ионов, вылетающих при солнечных вспышках.

Такой щит в особенности понадобится при полете к Красной планете и на самом Марсе. Ибо эта планета, в отличие от Земли, практически лишена магнитосферы, защищающей нас от вредного излучения.

Надувная башня. И «трансхаб» – не единственынй способ использования надувных конструкций в космических целях. Давно уже идут разговоры о том, что нынешний способ доставки грузов на орбиту с помощью ракет, стартующих с наземных космодромов, – далеко не идеален. А потому ныне транспортировка всего одного килограмма груза на орбиту обходится в 10–20 тыс. долларов, а то и более. Специалисты хотели бы снизить стоимость до 200, а еще лучше до 20 долларов за килограмм.

«Традиционный способ – создание более дешевых ракет-носителей, – рассказывает эксперт центра NASA в Кливленде Джефри Лендис. – Однако наш анализ показывает, что этот способ себя практически исчерпал. Пытаясь модернизировать его, специалисты предлагают запускать ракеты не с земли, а, например, с борта самолета-носителя, который поднимается на высоту 10–12 км. Таким образом, удается сэкономить по крайней мере одну ступень».

Впрочем, нынешние самолеты позволяют поднять сравнительно небольшие, легкие носители, которые, в свою очередь, способны транспортировать на орбиту сравнительно компактные и немассивные грузы. Для выведения на орбиту крупных спутников и модулей орбитальных станций Дж. Лендис и его коллеги предлагают модернизировать… сам космодром.

«Надо оснастить стартовую площадку высокой башней, а еще лучше – одновременно перенести ее на какую-нибудь высокую гору, – говорит Лендис. – Наши расчеты показывают, что старт ракеты с высоты в 15 км позволяет увеличить полезную нагрузку в 1,5 раза, а с 20 км – вдвое»…

Эксперты NASA полагают, что современные композитные материалы на основе углерода позволят в скором будущем соорудить «вавилонскую башню» высотой в 25 км. С ее вершины полезную нагрузку можно бы было выводить в космос с помощью всего одноступенчатой ракеты, а не трехступенчатой, как ныне. И если ныне полезная нагрузка составляет примерно 2 % от стартовой массы всего носителя, то с помощью высотных запусков этот показатель удастся существенно повысить.

Строительство же подобного сооружения обойдется примерно столько же, как и возведение обычного небоскреба где-нибудь на Манхэттене.

Кстати, подобную же идею изобретатель из Самары, специалист по ракетно-космической техники В.Н. Пикуль предложил еще в конце 90-х годов прошлого века.

«Особенность моего способа состоит в медленном разгоне особой платформы с ракетой на борту по широколейному железнодорожному спуску (точнее, в данном случае – подъему), – рассказывал он. – По мере возрастания скорости, подъем становится все круче, и, наконец, ракета стартует практически вертикально, используя мощь собственных двигателей».

В свою очередь, Пикуль опирался на идею К.Э. Циолковского, красочно описанную Александром Беляевым в научно-фантастической повести «Звезда КЭЦ».

Причем строить подобные космодромы оба исследователя предлагают где-нибудь в гористых, малонаселенных местах. Горы, как уже говорилось, дают природный выигрыш в высоте – ведь вершины некоторых пиков находятся на высоте 8 км над уровнем моря.

Наконец, еще одни оригинальный подход к строительству космодромов нового поколения предлагают канадские исследователи из Университета Йорка. Они предлагают построить надувную башню высотой около… 15 км! Такая же башня, собранная из модулей, могла бы достичь и высоты в 20 км, если ее возвести на горе.

Ученые полагают, что 15-километровая башня может состоять из 100 модулей, а те из надувных труб двухметрового диаметра, сделанных из композитного материала – кевлар-полиэтилена. Каждый модуль 150 м в высоту и 230 м в диаметре, а весить вся конструкция будет около 800 тыс. т. Надуть ее предлагается гелием или другим легким газом. Сохранять вертикальное положение и противостоять порывам ветра структуре должны помочь гироскопы и системы активной стабилизации в каждом модуле.

Внутри же башни на тросах, сделанных не из сверхпрочных нанотрубок, стоящих ныне бешеных денег, а из более традиционных и дешевых материалов, может курсировать космический лифт, доставляющий части ракетной конструкции, грузы и астронавтов, а также любопытных туристов на вершину башни.

Интересно, что идея канадцев напоминает надувную же 160-километровую башню, придуманную известным нашим специалистом профессором Г.И. Покровским еще в 1959 году.

Полет фоссета вокруг света

В марте 2005 года известный американский бизнесмен и путешественник Стив Фоссет, как известно, установил новый рекорд. Ранее он облетел земной шар в одиночку на воздушном шаре, потом проделал то же самое и на самолете за 67 часов и 2 минуты. Как ему это удалось?

Вслед за «Вояджером». Накопив достаточно денег на Чикагской бирже, где он первую половину жизни проработал брокером, Фоссет стал думать, как бы ему поинтереснее потратить приобретенное состояние? И не придумал ничего лучшего, как начать путешествовать. Но не обычно, как то делают миллионы состоятельных туристов, а, так сказать, эксклюзивно.

Сначала он совершил кругосветное путешествие на яхте. Потом в 2002 году после ряда неудачных попыток попал в Книгу рекордов Гиннеса, облетев земной шар в одиночку за 14 суток. И наконец, решил осуществить такое же путешествие на самолете.

Сначала он попытался купить и переоборудовать для этой цели списанный сверхзвуковой пассажирский самолет «Конкорд». Однако сделка не состоялась. Одни говорят, так получилось потому, что продавцы запросили за старый самолет слишком большую цену. Другие – что, поразмыслив, Фоссет отказался от покупки сам – такую махину пилотировать в одиночку сложно; да и уж больно прожорлив этот авиагигант.

И тогда он пошел проторенным путем. Как известно, в 1986 году беспосадочный полет вокруг земного шара за 9 суток уже совершил экипаж в составе Джины Игер и Чака Рутана. Вот к Чаку и обратился Стив Фоссет. И попросил того познакомить со своим братом Бартом Рутаном – конструктором рекордного самолета «Вояджер». А встретившись с ним, спросил, нельзя ли переделать «Вояджер» для одиночного полета.

Поразмыслив, Барт Рутан от идеи переделки отказался, сославшись на то, что одному человеку невозможно будет выдержать более чем недельный перелет. И предложил создать новый, более скоростной самолет, который бы смог совершить подобный перелет в 2–3 раза быстрее.

От цифровой модели к «железу». Обговорив детали контракта, партнеры ударили по рукам. Интересно, что каждая из сторон при этом решила подстраховаться. Фоссет на всякий случай сговорился со своим приятелем и старинным напарником по полетам на воздушных шарах сэром Ричардом Брэнсоном – основателем, генеральным директором и президентом фирмы Virgin Atlantic, что он будет запасным пилотом, а к тому еще и спонсором проекта. А Барт Рутан, занятый подготовкой к первому в мире частному суборбитальному полету на высоту более 100 км, перепоручил новое задание своему заместителю Джону Каркову, который и стал ведущим конструктором проекта.

Конечно, работал он не один. Аэродинамик Джон Ронц разработал профили для крыла (он делал это и для самолета «Вояджер»), Джо Рудди проектировал планер, Чак Колеман разрабатывал системы самолета, а Боб Морган сконструировал шасси…

Стив Фоссет перед полетом вокруг света

В процессе разработки, по словам Каркова, группа не раз меняла саму концепцию самолета. Сначала разработчики хотели было совсем устранить фюзеляж и посадить летчика в одну из балок, соединивших крыло с хвостовым оперением. Но это привело бы к серьезным аэродинамическим проблемам, связанным с дальностью полета и летными качествами самолета. Была рассмотрена и обычная схема самолета, но из него уж за прошедшие десятилетия конструкторы выжали все, что могли. В итоге оптимальной была признана схема тримарана – такая конфигурация самолета позволяет обеспечить дальний полет на большой высоте при сильном ветре.

Современная компьютерная техника позволяет инженерам изучить поведение конструкции, используя теорию динамики жидких течений. Помещая цифровую модель самолета «Глобалфлайер» в виртуальную аэродинамическую трубу, конструкторы оптимизировали его форму, еще даже не приступая к постройке.

На это ушло около двух лет. И лишь убедившись, что лучшего они добиться уж не смогут, создатели Clobal Flayer («Всемирного летуна») приступили непосредственно постройке летательного аппарата.

(Заметим в скобках, что изначально самолет назывался «Козерог», поскольку маршрут полета намечалось проложить вдоль тропика Козерога вместо экватора, что несколько сокращало дистанцию, но позволяло не нарушить требований Международной авиационной федерации (FAI), предъявляемых к маршруту. Но Ричард Брэнсон предложил переименовать проект, напомнив, что «Козерогом-1» в одном из фантастических фильмов назывался космический корабль, на котором экипаж должен был лететь на Марс, но так и не попал туда.)

Не удалось купить и тот двигатель, на который поначалу рассчитывалась конструкция. Оказалось, что таких двигателей промышленность уже не выпускает. Пришлось остановить свой выбор на турбовентиляторном двигателе FJ44—3 фирмы Williams, который оказался менее экономичным. Тем не менее расчеты показали: если проложить трассу перелета с умом и толком горючего должно хватить на облет всего земного шара с посадкой в исходной точке.

Сборка самолета началась в сентябре 2002 года. При этом единственными металлическими конструкциями на самолете (не считая электроники и двигателя) оказались алюминиевые стойки шасси и моторама. Все остальное было изготовлено из углепластика и прочих композитов. В итоге 83 % веса пришлось на топливо. (К слову, «Вояджер» имел весовую составляющую топлива 72 %.)

Смелым иногда везет. Пока шли летные испытания самолета, к полету готовился и сам Стив Фоссет. Во-первых, несмотря на свои 60 лет, он каждое утро пробегал до 8 миль, поддерживая физическую форму, а также регулярно совершенствовал летное мастерство. Во-вторых, по его заказу диетологи разработали для полета специальное меню, состоявшее в основном из шоколадно-белкового витаминизированного коктейля, сухую смесь которого надо было в полете разводить молоком. В кабину был поставлен биотуалет размером с ящик письменного стола, а само пилотское кресло раскладывалось так, что большую часть пути пилот мог управлять полетом лежа. Не был забыт, конечно, и автопилот, который мог самостоятельно вести самолет, запрашивая свои координаты у системы GPS и корректируя маршрут таким образом, чтобы попутные ветры позволяли увеличить скорость полета на 90—180 и более км/ч.

И вот 3 марта 2005 года Стив Фоссет осторожно разогнал «летающий бак» по 5-километровой взлетной полосе аэродрома Салина в Калифорнии и поднял перегруженную машину в воздух. Самая опасная фаза полета была преодолена.

Дальше было уже легче. Хотя тоже не обошлось без неприятностей. То навигационная система забарахлила, то расход горючего оказался больше расчетного (1180 кг вообще непостижимым образом куда-то исчезли – возможно, испарились через микротрещины в баке)… Так что последние сутки пилот совсем не спал. Говорят, он даже принимал специальные медикаменты, чтобы поддерживать свой организм в тонусе. Но на последних литрах горючего все же дотянул до той же самой полосы, где и стартовал, закончив свой полет спустя 67 часов и 2 минуты после старта.

В дальнейшем Фоссет намеревался совершить кругосветный перелет на планере, совсем без горючего. Были также идеи проложить маршрут перелета строго по экватору или, напротив, по меридиану через оба полюса. Однако сбыться им было не суждено – в одном из тренировочным полетов Фоссет погиб. А другого такого смельчака пока не нашлось…

Современные суперсамолеты

Несмотря на то что пассажирские самолеты время от времени терпят аварии и катастрофы, этот вид транспорта остается на сегодня самым надежным. Ну а к завтрашнему дню конструкторы готовят настоящие чудеса техники. Вот тому несколько примеров.

МС-21 просится в небо. Сокращение МС-21 расшифровывается очень просто: «магистральный самолет 21-го века». Проект под таким названием предусматривает создание целого семейства самолетов, конкурентоспособных на мировом уровне. Прежде всего, они предназначены на замену уже уходящему Ту-154, а также самолетам Ту-204 и Ту-214.

Вместимость каждого из перспективных авиалайнеров колеблется от 150 пассажиров (МС-21—200) до 181 (МС-21—300) и 212 (МС-21—400). Причем для каждой модификации предусмотрены версии как с обычной (3500 км), так и увеличенной до 5000 км дальностью. «В дальнейшем могут появиться и дальнемагистральные версии самолетов, способные летать и на 7000 км без посадки», – предполагают конструкторы корпорации «Иркут», которая координирует эту разработку, в которой принимают участие лучшие силы нашей страны и зарубежные корпорации.

Самолет МС-21

Достижение требуемых экономических и экологических характеристик самолетов семейства МС-21 возможно только при использовании силовых установок нового поколения, близких по требованиям к двигателям, которые, по прогнозам, могут появиться к 2013–2014 годам, полагают специалисты. Создатели МС-21 планируют снизить расход топлива по сравнению с нынешними аналогами по крайней мере на 20 %.

По своей компоновке и внешнему виду МС-21 мало отличается от уже летающего самолета Sukhoi SuperJet 100. Это говорит о том, что создатели нового авиалайнера не собираются отказываться от того лучшего, что накоплено за предыдущие десятилетия.

Летающий образец МС-21 появится не раньше 2014 года, а серийный выпуск самолета начнется еще два года спустя. Однако уже ныне появились первые покупатели на будущие самолеты. Так, например, подписан контракт с малайзийской компанией Crecom Burj Resources о поставке 50 машин на сумму более 3,4 млрд долларов.

Самолет «Судного дня», или Тайны «борта № 1». Особенности устройства техники, предназначенной для первых лиц того или иного государства, как правило, стараются держать в секрете. Тем не менее на борту президентских самолетов бывают журналисты, своими достижениями иной раз не прочь блеснуть специалисты, так что постепенно тайное становится явным.

Так, скажем, о некоторых особенностях нового президентского самолета не так давно кое-что рассказал журналистам генеральный директор Государственной транспортной компании «Россия» Н.В. Шипиль. По его словам, в серийный самолет Ил-96—300 на Воронежском авиационном заводе постарались добавить все технические новинки, которые появились за последние годы.

В особенности это касается авионики – приборов и электронных устройств, обеспечивающих взлет и посадку самолета практически при любых погодных условиях. Частично она отечественного производства, частично – зарубежного, поскольку, к сожалению, по части электроники и вычислительной техники наша промышленность во многом утратила главенствующие позиции в мире.

А вот двигатели, несмотря на разные слухи, у самолета отечественные, марки ПС-90А, построенные на Пермском производственном объединении. Они доведены до такой кондиции, что никакие ограничения по шуму и выхлопу, принятые в зарубежных аэропортах, нашей технике уже не страшны.

Есть и некоторые заимствования из лучшего зарубежного опыта. Так, скажем, на новом лайнере – встроенный нижний трап, как и на «Боинге-747—200» американского президента. Так что теперь к самолету не нужно подкатывать в аэропорту трап.

Наибольшие отличия от серийного самолета можно заметить в салоне. На нижней палубе, как обычно, располагаются багажно-грузовые отсеки, а вот верхняя, пассажирская, подверглась кардинальной переделке. Вместо рядов пассажирских кресел тут есть специализированный салон для отдыха экипажа. Дело в том, что с президентом довольно часто летают два экипажа, сменяющие друг друга во время рейса. Ведь иной раз бывает, что президентский самолет летает чуть ли не сутками, а человек за штурвалом не должен быть чересчур уставшим – это отражается на безопасности полета. Интересная деталь: экипажи заслуженных пилотов России С.Е. Анциферова и Г.Н. Белодеда летают не только с президентом. В их составе могут быть и пилоты и стюардессы, которые накануне возили обычных пассажиров.

Далее, на «борту № 1» имеются рабочий кабинет президента, спальня с ванной и туалетом. Есть конференц-зал, где прямо во время полета могут проходить рабочие совещания. Имеются также и помещения для сопровождающих президента лиц, которым тоже созданы нормальные условия для работы и отдыха.

Кроме того, на борту есть место для обслуживающего персонала и охраны, отсеки для спецаппаратуры связи. Словом, с борта самолета президент продолжает руководить страной точно так же, как и из любой другой своей резиденции.

Есть, конечно, своя бортовая кухня, кладовые и холодильники с продуктами. А вот баров и тренажерных залов, вопреки слухам, на борту президентского самолета нет. Ни у нас, ни у американцев. Единственное, что по требованию президента Буша ему ставили «бегущую дорожку», позволяющую размять ноги во время длительных полетов.

В кино иногда показывают, что на борту спецсамолета имеется специальная аварийная капсула с парашютом, куда в случае возникновения нештатной ситуации помещают «пассажира № 1» и эвакуируют его из самолета. Говорят, что такие капсулы действительно имеются на борту американских спецсамолетов. Что же касается наших, то у нас подобная информация считается закрытой.

Зато известно, что вся электроника на борту имеет устройства спецзащиты, не позволяющие хакерам или шпионам вмешаться в работу тех или иных компьютеров, подслушать какие-то переговоры. Говорят также, что в оборудование спецсамолета обязательно входят средства, защищающего его от любого, в том числе и ракетного, нападения.

Самолетом же «Судного дня» журналисты окрестили новый самолет, сконструированный американскими инженерами для президента Барака Обамы. Считается, что он сможет защитить главу государства ото всех мыслимых и немыслимых катастроф, включая метеоритный дождь, ядерную войну и даже Апокалипсис.

Технические его характеристики таковы. Спецборт E-4B, построенный на базе «Боинга-747», способен оставаться в воздухе на протяжении нескольких суток без дозаправки. Он способен развивать скорость до 997 км/ч, что на 65 км/ч больше обычной модели. Кроме того, на самолете установлена постоянная связь с землей и даже с подводными лодками военного флота США.

Капитан «борта № 1» Скотт Райдер сказал на пресс-конференции: «Мы находимся в полной боевой готовности 24 часа в сутки, семь дней в неделю, 365 дней в году. Самолет способен подняться в воздух в считаные минуты. Он не нуждается в дозаправке в течение нескольких дней».

Самолет для президента обошелся правительству США 223 млн долларов. И все же журналисты нашли в нем два недостатка, сразу бросающиеся в глаза: у самолета нет иллюминаторов и отсутствуют душевые кабины.

К сказанному остается добавить, что президентский самолет любой страны, как правило, не летает в одиночестве. Вместе с ним в ту или иную точку земного шара вылетает запасной самолет, а также несколько транспортных авиагигантов, груженных лимузинами, вертолетом (а то и двумя), оружием, транспортом и спецсредствами для охраны и т. д.

В общем, любой президентский вояж – это довольно хлопотное мероприятие, в котором так или иначе задействованы сотни, а то и тысячи людей. Не случайно у американцев каждый полет президента приравнивается к военной операции.

Тем не менее время от времени случаются ЧП и с президентскими самолетами. Скажем, в 60-х годах прошлого века во время визита Н.С. Хрущева в США уже на американской земле обнаружились микротрещины на борту лайнера № 1. Пришлось ему воспользоваться запасным самолетом. Впрочем, и первый, считавшийся аварийным самолет тоже совершил благополучный перелет через океан.

В 1972 году при вылете из Внуково-2 в Киев президента США Ричарда Никсона не запустился один из двигателей. Президента пересадили на резервный самолет. В феврале 1999 года при заруливании на стоянку был поврежден столкновением с другим самолетом лайнер премьер-министра Италии. Из людей никто не пострадал, но руководителю правительственного авиаотряда пришлось уйти в отставку.

А у самолета бывшего президента Дмитрия Медведева в одном из первых же полетов обнаружились неполадки с шасси и двигателями.

Кроме президентов стран, персональными самолетами пользуются также премьер-министры, министры и некоторые другие госслужащие высокого ранга. Кроме того, частные самолеты есть у многих арабских шейхов, бизнесменов-миллиардеров, владельцев крупных фирм и т. д.

Прозрачный аэробус. И в заключение этой главки давайте поговорим о совсем уж фантастичной идее. Европейский авиаконцерн Airbus выступил с идеей создания пассажирского самолета с полностью прозрачным фюзеляжем. Пассажиры, находящиеся внутри такого самолета, смогут во время полета видеть обычное или звездное небо, под ногами наблюдать ландшафты и огни городов.

«Когда вы будете находиться на высоте 12 тысяч метров над Римом или Лондоном, Берлином или Парижем или над Нью-Йорком и Токио, Concept Plane станет прозрачным изнутри: электронные импульсы сделают невидимым фюзеляж, построенный из специальной гиперрезистентной керамики. Вы увидите каждую звезду, каждый огонек городов», – рассказал на пресс-конференции глава исследовательского подразделения Airbus Аксель Крейн.

При пропускании через фюзеляж электрического поля заданной поляризации корпус становится прозрачным, тогда как ток обратной поляризации вновь делает его привычным. Прозрачность обшивки может меняться в зависимости от обстоятельств – днем пропускать поменьше света, зато ночью пассажиры смогут любоваться ночным звездным небом через практически невидимые панели.

Впрочем, новый материал интересен не только подобной экзотикой. Сенсоры, расположенные по всей поверхности самолета, позволят Concept Plane чувствовать любую самую мелкую трещинку, «уставший» фрагмент фюзеляжа или структуры самолета, который сам себя вылечит при помощи разбрызгивания наноклея. Кроме того, уникальные датчики позволят Airbus будущего заранее чувствовать приближение зон турбулентности, или воздушных ям, чтобы избежать их или же сделать полет даже в этих условиях максимально комфортным для своих 300 пассажиров.

Нанотехнологии позволят также проводить автоматическую чистку сидений и кабины после каждого полета без необходимости привлечения персонала и использования типичных, загрязняющих окружающую среду спреев. А сами пассажирские кресла, сделанные из полностью экологичных материалов, будут способны не только самостоятельно очищаться от пыли и грязи, но и принимать форму тела пассажира.

Сами же пассажиры получат удобства, немыслимые сегодня. У них будут не только эксклюзивные кровати и ванные комнаты, но каждый также сможет трансформировать свою кабину в кабинет, спальню или даже виртуальную спорт-площадку, где можно сыграть, например, в гольф.

Concept Plane будет потреблять меньше горючего, чем его предшественники: крылья и фюзеляж будут единым целым, двигатели окажутся полускрыты в фюзеляже, они уже не подвешены к гондоле, потому что они революционные, очень тихие и экономичные, отпадет необходимость иметь к ним постоянный доступ для технического обслуживания. Наконец, самолет будущего будет улавливать человеческое тепло пассажиров, чтобы накапливать его и вновь использовать, экономя таким образом энергию.

Нынешнее разделение интерьера лайнера на салоны первого, бизнес– и эконом-класса будет заменено на разграничение по иному принципу – на зоны «vitalising», «interactive» и «smart tech».

В первой зоне пассажирам обеспечат максимальную релаксацию, воздух насытят витаминами и антиоксидантами, кресла время от времени будут делать массаж, а вентиляция включать систему ароматерапии.

Второй, интерактивный отсек позволит пассажирам погружаться в виртуальную реальность, рассматривать передвижение лайнера на огромной подвижной карте или даже становиться героями трехмерных компьютерных игр.

В «умном салоне» разместятся пассажиры, настроенные больше на деловой лад. Голографические экраны и системы связи позволят им провести время в пути с большей пользой. Таким образом, при желании на борту лайнера можно будет продолжать делать все то, чем каждый из пассажиров занимался бы на земле.

По словам Акселя Крейна, технически создать описанный в концепции самолет будет возможно к 2020 году, но в реальности в воздух такой самолет сможет подняться в воздух примерно к 2050 году. В компании также говорят, что прозрачный самолет – это лишь одна из идей, представленных в рамках концепции The Future by Airbus, когда инженерам предложили просто помечтать, каким бы они хотели видеть авиалайнер будущего.

Сверх звука, но без грохота…

Эффект разорвавшейся бомбы (хотя и беззвучной) произвела весть о новом изобретении. Американский аэродинамик Леонард Грин запатентовал конструкцию бесшумного сверхзвукового самолета. Когда можно ожидать появления самолетов-призраков?..

Шум давит шум? Одна из причин, почему до сих пор не получили широкого распространения сверхзвуковые пассажирские авиалайнеры – производимый ими гром среди ясного неба. Сверхзвуковому «Конкорду» было разрешено проявлять свою прыть лишь над пустынными районами Атлантики. Иначе создаваемая им даже на 20-километровой высоте ударная волна могла оказаться настолько интенсивной, что у людей на земле полопались бы барабанные перепонки, а из окон повылетали стекла.

Новый же лайнер, не создавая подобного грохота, будет способен за 90 минут перекрыть всю территорию США со скоростью 3М, то есть втрое превышающей быстроту распространения звука в воздухе. «Такие самолеты, – говорит Грин, – быстро вытеснят обычные авиалайнеры с дальних трасс, поскольку намного сократят продолжительность полетов». Однако хитрый изобретатель и словом не обмолвился в своем сообщении, каким же образом ему удалось справиться со своей задачей.

Первое, что приходит на ум, – Грину удалось как-то удалось справиться с шумом двигателей. Звоню приятелю в ЦИАМ – Центральный институт авиационного моторостроения. Когда-то, теперь уже лет двадцать с лишним тому назад, мы вместе принимали участие в испытаниях воздухозаборников для нашего «сверхзвуковика» Ту-144.

«Ну ты оптимист, – смеется в трубку приятель, ставший за прошедшие годы доктором наук. – Ничего принципиально нового за прошедшие годы так и не придумали. Если не считать, конечно, системы активного шумоподавления. Но и она еще не вышла за пределы лаборатории. Ни у них, ни у нас»…

На смену Ту-144 придут новые сверхзвуковые авиалайнеры

Если все осталось по-прежнему, значит, шум авиационных реактивных двигателей уменьшают прежде всего за счет их многоконтурности. «Хотя рев самых больших из них не превышает 100 децибеллов, – отмечалось в свое время, – по удельной мощности они почти вдвое превышают обычные одноконтурные».

А происходит так вот почему. Вместо одного компрессора – самого шумного агрегата – в двигателе теперь ставят несколько. Причем режимы их работы подбирают так, чтобы шумы от механизмов в какой-то мере компенсировали, а не усиливали друг друга. Оказывается, может быть в технике и такое – шум давит шум. Именно на такую, активную систему шумоподавления и намекал мой приятель.

Суть ее работы, так сказать, в чистом виде можно объяснить следующим образом. На выходе работающего и, соответственно, шумящего агрегата ставят микрофон. Записанные им шумы подвергают специальной обработке. Весь спектр разлагается на синусоидальные составляющие, каждая из которых затем сдвигается с таким расчетом. чтобы при наложении на составляющие исходного шума «горб» каждой налагаемой кривой оказывался на месте «провала» исходной. Согласно законам физики при этом должна происходит интерференция акустических волн и их взаимное погашение.

Так гласит теория. Однако на практике достаточно чуть не угадать с наложением, и шумы, вместо того чтобы погасить друг друга, лишь усилят общую какофонию. До сих пор никому не удалось разработать столь точно и быстро действующие анализаторы, которые были бы способны производить точное наложение синусоидальных составляющих друг на друга. Так что даже частичное подавление шумов взаимным влиянием уже можно считать достижением.

В основном же авиационным конструкторам приходится пока обходиться традиционными средствами шумоглушения. Они ставят на диффузоре и сопле двигателя глушители, используют шумо– и вибропоглощающие прокладки и покрытия моторных гондол… Однако за это приходится расплачиваться суммарным уменьшением тяги. Так что если даже предположить, будто Леонарду Грину действительно удалось сконструировать глушитель, на 100 %; снимающий шум, это всего лишь означало бы, что и тяга такого двигателя равна практически нулю! А кому он такой нужен?..

Нет, разгадку «фокуса» надо, наверное, искать в другом месте. Грин ведь аэродинамик…

Подсказка аэродинамиков. В МАИ, на кафедре аэродинамики летательных аппаратов, начальник одной из лабораторий кафедры, кандидат технических наук Г.Ф.Чернов и его коллеги к моему сообщению отнеслись с интересом. «Ну что же, давайте попробуем прикинуть, в чем заключается “изюминка” гриновского изобретения»…

И дальше я еле поспевал записывать высказываемые предположения. Суммируя их смысл, можно сказать следующее. Бесшумный авиалайнер для аэродинамиков – не новость. Теоретики давно уж показали принципиальную возможность его существования. Для этого надо «всего лишь» сгладить скачок уплотнения, не дать ему оторваться от корпуса самолета.

Физическая картина, в описании которой, кроме одного из основоположников аэродинамики Чаплыгина, приняли участие и другие видные наши ученые – Христианович, Дойцянский, Струминский и др. – в конце концов вырисовалась такая.

Всякое быстролетящее тело испускает звук. Свистят пули и снаряды, свистит камень, выпущенный из пращи, да и лоза при резком взмахе ею… Причина тому – акустические волны или микроскопические уплотнения воздуха, которые производит быстродвижущееся тело. В своем устремлении вперед оно как бы расталкивает молекулы воздуха, и те неохотно поддаются, расходясь в стороны, подобно «усам» от быстро идущей по воде лодки.

Всякое акустическое уплотнение распространяется в атмосфере со скоростью звука. И пока тело летит с дозвуковой скоростью, вызываемое им возмущения воздушной среды обгоняют его, постепенно рассеиваясь в атмосфере. Но вот скорость объекта повысилась, он догнал звук. В этот момент все мелкие уплотнения сливаются воедино, в монолитный фронт – они уж не успевают убежать от источника возмущения и рассеяться. Такой фронт (стена сдавленного воздуха) и получил название скачка уплотнения.

Всякая попытка пробить эту стену, перескочить звуковой барьер, как правило, сопровождается жутким грохотом. Ударная волна обрушивается на землю с такой силой, что при преодолении самолетом звукового барьера на низкой высоте с домов сносит крыши, а людей сшибает с ног. При дальнейшем увеличении скорости самолет обгоняет звук и может промчаться над головой подобно беззвучному привидению. Но это всего лишь значит, что гром обрушится на вас несколькими мгновениями позднее.

И все-таки ударную волну, в принципе, можно укротить, сказали мне специалисты. Для этого надо подобрать самолету такие аэродинамические формы, чтобы он протыкал звуковой барьер с такой же легкостью, с какой иголка проходит сквозь тонкую ткань.

Причем портняжная аналогия тут более глубока, чем может показаться на первый взгляд. Обратите внимание: многие сверхзвуковые самолеты имеют игольчатые носы и острые кромки оттянутых назад крыльев. Так им легче «протыкать» звуковой барьер. Но опытная швея знает: на шитье определенной ткани швейную машину нужно настраивать – иначе будет мука, а не работа. «Настроить» на определенный режим полета самолет сложнее (ведь у него кроме крыльев, фюзеляжа есть еще киль, воздухозаборники и множество других выступающих частей), но все-таки возможно. При этом звуковой конус становится пологим, скачок уплотнения не будет таким резким, а значит, и громким…

Однако акустика – вещь тонкая. Скажем, скрипач перед каждым выступлением вынужден заново настраивать свой инструмент, приспосабливая его, кроме всего прочего, и к характеристикам данного зала, к конкретным атмосферным условиям. А как «настроить» самолет? Изменяемая геометрия крыла, перестраиваемые воздухозаборники и регулируемые сопла, – лишь часть решения проблемы… Сочетание акустики с аэродинамикой, по мнению моих собеседников, настолько капризно, что Леонард Грин мог добиться беззвучности, точнее, малошумности, лишь при каком-то, строго определенном режиме полета. И то, насколько удачно его решение, покажет не сам факт выдачи патента, а конкретная конструкторская практика.

Она же такова. Специалисты корпорации Loched Martin с начала нынешнего столетия занимаются проработкой перспективного 12-местного реактивного самолета QSST (Quiet Supersonic Transport), который сможет развить скорость до 1900 км/ч. Причем, летая со сверхзвуковой скоростью на высоте 14–17 км на расстояния до 7400 км, самолет этот будет необычайно тихим. Во всяком случае, по расчетам, шум, производимый им при преодолении звукового барьера, составит всего лишь 1 % от того грохота, который некогда производил «Конкорд».

Как пояснил куратор программы Курт Хартман, добиться этого удалось с помощью особой аэродинамики летательного аппарата. Она рассчитана таким образом, чтобы контролировать давление, создаваемое при преодолении сопротивления воздуха на сверхзвуковых скоростях и размещать возмущение воздуха вдоль всей длины фюзеляжа. Кроме того, подъемная сила будет распределена по нескольким плоскостям. Ведь наряду с основными крыльями QSST оснастят дополнительными плоскостями в носовой и хвостовой частях фюзеляжа. Вдобавок ко всему перевернутое V-образное хвостовое оперение позволяет повысить эффективность управления самолетом на сверхзвуковых скоростях, а отнесенные поближе к задней части самолета двигатели практически не слышны в салоне.

Предполагается, что первые лайнеры такого типа стоимостью около 80 млн долларов каждый, появятся в небе к 2014 году.

Чтобы спасти, надо… взорвать?!

Хотя авиатранспорт по праву считается самым надежным в мире, время от времени катастрофы с самолетами все же происходят, унося десятки, а то и сотни человеческих жизней. Можно ли их избежать?

Один парашют на всех? Предоставить каждому из 300 пассажиров аэробуса индивидуальный парашют – идея не реальная, даже тренированные десантники не успеют все выпрыгнуть за то время, пока самолет падает на землю. Не говоря уже о том, что большинство пассажиров, никогда в жизни не имевших дела с парашютом, наверняка запаникуют и их придется силой выпихивать из авиалайнера…

Проще, видимо, спустить на парашюте сразу весь салон с пассажирам целиком. Не знаю, как вы, а лично я впервые познакомился с подобной идеей в… детской книжке Виктора Некрасова «Приключения капитана Врунгеля»! Помните, в целях экономии капитан посадил помощника себе на плечи, оба прикрылись длинным плащом и по одному билету вдвоем проникли в самолет. Но в полете капитану захотелось покурить. Он достал трубку и, радуясь, что его никто не видит, закурил. Однако из-под плаща пошел дым, распространился по салону, экипаж решил, что на борту начался пожар, и тут же отделил салон с пассажирами, сбросив его на парашюте.

Для малых самолетов парашюты уже есть

Однако не спешите полагать, что писатель заодно оказался и изобретателем. По словам большого специалиста в этом вопросе, заместителя директора НИИ парашютостроения Виктора Морозова, идея коллективного спасения авиапассажиров зародилась еще в 20-х годах XX века. Во всяком случае, известно, что в 1923 году изобретатель первого в мире ранцевого парашюта (кстати, актер по профессии) Глеб Котельников взял патент на изобретение «устройства для спасения пассажиров при аварии самолета».

Видимо, некогда об этом изобретении слыхивал и писатель Некрасов, поскольку его описание практически в точности соответствует идее Котельникова. По замыслу изобретателя при аварийных обстоятельствах от самолета должна была отделяться и спускаться на парашюте вся пассажирская кабина. Члены же экипажа, если в том была нужда, покидали самолет самостоятельно с обычными индивидуальными парашютами.

Однако идее Котельникова не суждено было осуществиться на практике по одной простой причине. Поначалу пассажиров возили по нескольку человек на легких, небольших самолетах, которые при отказе мотора запросто могли спланировать и совершить вынужденную посадку в поле, на дороге или опушке леса. Когда же авиалайнеры стали большими, выяснилось, что нет таких парашютных систем, которые бы могли выдержать соответствующую нагрузку.

Так что лишь во второй половине XX века, когда появились многокупольные парашюты, предназначенные для десантирования тяжелой техники и мягкого приземления спускаемых аппаратов космических кораблей, к этой идее смогли вернуться вновь. И вот недавно общими усилиями научные сотрудники МАИ, НИИ парашютостроения и АНТК имени А.Н. Туполева довели идею до стадии реальной разработки.

Это вам все-таки не поезд… Последователи Котельникова предлагают устанавливать на магистральных широкофюзеляжных аэробусах типа Ил-96 аварийно-спасательную систему модульного типа. Она представляет собой несколько обитаемых отсеков, отделенных друг от друга двойными герметичными переборками и переходными люками-шлюзами, подобными тем, что есть на подводных лодках и орбитальных станциях.

Как только командир экипажа приходит к заключению, что авария самолета неизбежна (или даже в автоматическом режиме), тут же герметично перекрываются переходы между модулями и вступает в действие спасательная система. Прежде всего, отстреливаются крылья с двигателями и хвостовое оперение. После этого на 3–4 модуля разделяется сам фюзеляж. На каждом модуле раскрывается своя собственная парашютная система, которая и опускает его на землю вместе с людьми.

Все, авария состоялась, но катастрофы не произошло.

Аналогичную систему АПАКС (авиационная пассажирская автономная капсула спасения) запатентовал недавно и советник Дагестанского научного центра РАН Гамид Халидов. По его мнению, пассажирский салон должен состоять из нескольких таких капсул. «При малейшей опасности взрываются специальные так называемые кумулятивные заряды, расположенные вокруг пассажирского салона, – объяснил он суть своей разработки. – При этом происходит моментальная разрезка фюзеляжа. Части самолета отделяются от салона, и капсула с помощью парашюта может благополучно доставить пассажиров на землю. А поскольку капсула сделана из жаростойких легких материалов, то людям не грозит ни удушье от огня или дыма, ни опасность утонуть, если капсула опустится на воду»…

Казалось бы, все рассчитано до мелочей, можно приступать к экспериментальному, а потом и серийному выпуску подобных систем. Однако не тут-то было. «Самое сложное в этом проекте – техническая надежность самой аварийной системы, исключающая ее случайное срабатывание, а также ее “защита от дурака”», – полагают эксперты.

Последнее надо понимать так: система должна быть исключительно надежной и не срабатывать в том случае, если кому-то из пассажиров вдруг взбрело в голову сойти с самолета, пролетая над своим поселком. В поездах иногда в таких случаях срывают стоп-краны, но самолет ведь все-таки устроен и функционирует несколько иначе…

Возможны варианты. Кроме того, есть немало технических сложностей и в устройстве самой системы спасения. Скажем, бывший наш, а ныне израильский гражданин Давид Метревели предлагает использовать беспарашютную систему спасения. По существу, он разработал систему «самолет в самолете». То есть в случае аварии отстреливается серединная часть самолета, которая сама по себе представляет собой некий аппарат, который и производит планирующую посадку.

Однако расчеты показывают, что подобная конструкция примерно в 1,5–2 раза утяжеляет и удорожает конструкцию самолета и в то же время не обеспечивает 100-процентной надежности. Ведь, скажем, пожар может начаться и внутри спасательного планера. Тогда что делать?

Предложенная нашими специалистами парашютная система спасения выглядит предпочтительнее хотя бы потому, что она увеличивает массу самолета всего на 3,3 %.

Впрочем, и это не так мало. Скажем, для самолета Ил-96-300 подобная система будет иметь массу более 8 т! Кроме того, модульная конструкция самолета предполагает радикальный пересмотр всех ныне существующих концепций в самолетостроении, а это потребует огромных капиталовложений. Отечественная же авиационная промышленность и так ныне на грани банкротства.

Наконец, введение самой системы спасения, как ни странно, в принципе, увеличивает вероятность аварии. Никто не может дать 100-процентной гарантии, что сама аварийная система не представляет опасности. Не исключен ведь в принципе вариант, что когда-нибудь она вдруг сработает сама по себе, начнет самостоятельно отстреливать крылья и двигатели…

Словом, тут есть еще над чем поразмыслить. Однако будем надеяться, что ежегодно происходящие авиакатастрофы заставят специалистов поторопиться…

«Вихрелет» колпакчиева

Идея эта не такая уж новая. Еще в 70-х годах XX века, когда в одном из всесоюзных НИИ рассматривали наилучшие способы решения транспортных проблем приближающейся Московской Олимпиады, ученым секретарем института, руководителем лаборатории Игорем Колпакчиевым был предложен проект скоростной транспортной системы. Суть ее заключалась в том, что автор предлагал развозить десятки тысяч людей – например, из «Лужников» по окончании соревнований – не только с помощью метро, автотранспорта, но и… по воздуху.

Однако Олимпиада из-за бойкота, как известно, провалилась. Финансирование жестко обрезали, и проект остался на бумаге.

«От двери до двери». С той поры минуло более трех десятилетий. Но столичный транспортный воз и ныне там. Более того, как полагает новый мэр Москвы Сергей Собянин, если не придумать что-то радикально новое, столице грозит транспортный коллапс. И так уж ныне многие ее магистрали каждый день затыкаются многокилометровыми пробками. А что будет завтра?

Хотим мы того или нет, полагает И.Н. Колпакчиев, проблему придется решать радикально. Причем не только для столицы. «Люди стали более подвижны, неизбежно появление нового транспорта, который будет работать по принципу “от двери до двери”», – говорит Игорь Николаевич.

«От двери до двери» – это значит, что не нужно тратить несколько часов, чтобы добраться до аэропорта и там проходить многочасовые процедуры посадки в самолет. Пассажирский транспорт будущего должен подниматься и садиться вертикально, как вертолет, – хоть на крышу дома, но иметь скорости и обычные, и гиперзвуковые, и даже космические.

Впрочем, Колпакчиев, ныне гендиректор Научно-технического центра – НТЦ «Взлет», мыслит куда шире. Подобному тому как Интернет обеспечил всеобщее информационное пространство, так и его проект «Интертранс» призван обеспечить мир единой транспортной системой. Грядет транспортная революция, полагает он.

Чтобы разрешить проблему нынешних транспортных пробок, Колпакчиев предлагает перейти от двухкоординатной транспортной системы, когда автомобили маневрируют только по земле, по осям Х и У, перейти к трехкоординатной, то есть задействовать еще и высоту Z.

Аэротакси без водителя. Помните, в кинофильме Люка Бессона «Пятый элемент» бывший спецназовец, роль которого играет «крепкий орешек» Брюс Уиллис, работает водителем аэротакси. От обычного автомобиля его машина отличается тем, что не ездит по дорогам, а летает между небоскребами.

События в фильме разворачиваются где-то в середине следующего XXII столетия. И вот тут создатели кинокартины, похоже, сильно промахнулись. Первые аэротакси появляются уже в наши дни. Причем, как утверждают их создатели, эти машины уже в 2013–2015 годах смогут обходиться даже без пилота-водителя.

Одним из первых за это дело взялся американский профессор Пол Моллер. Еще в начале 60-х годов XX века он собрал первый экземпляр «тарелки», имевший всего два двигателя и получивший название ХМ-2. На этом аппарате Поль даже смог оторваться от земли, чем доказал себе и окружающим, что его усилия не пропали даром.

Следующая модель ХМ-3, появившаяся в 1966 году, имела уже 8 моторов и способна была поднять в воздух два человека. За ней последовали другие модели «летающих тарелок», которые все больше совершенствовались – ведь прогресс не стоит на месте.

И вот недавно из-за океана пришло очередное сообщение: американская компания Moller International под руководством все того же П. Моллера готовится к серийному выпуску модели M200G Volantor. Аппарат, прошедший все возможные испытания, по утверждению разработчика, абсолютно безопасный, экологически чистый, простой и легкий в управлении. Главные элементы M200G – восемь моторов Rotapower, производящие больше двух лошадиных сил на 450 г своего веса. Эта модернизированная версия двигателей Ванкеля питается смесью 70 % этанола и 30 % воды.

Технические характеристики «летающей тарелки» от Моллера в принципе удовлетворят любого. Ее диаметр – 3 м, высота около метра. В кабине с достаточным комфортом размещаются два человека. Крейсерская скорость аппарата – 80—120 км/ч, максимальная – 160 км/ч. Запас хода тоже 160 км. А высота полета ограничена электроникой на уровне 3 м.

Сделано это не только из соображений безопасности. Дело в том, что при соблюдении подобного ограничения отпадает необходимость в получении специального сертификата в Федеральном управлении авиации США (FAA). Другими словами, любой человек, готовый выложить 90 тыс. долларов (такова стоимость серийной модели) за право иметь собственный НЛО, может без всяких ограничений и дополнительных затрат на получение разного рода «корочек» просто сесть и – полететь.

Тем более что управление состоит всего из двух ручек. Левой рукой пилот контролирует высоту, опуская или поднимая при необходимости нос и корму. А правый рычаг применяется для выбора направления полета и движения боком, на нем же (как на мотоцикле) расположены регулятор скорости и тормоз. Педали в «летающей тарелке» отсутствуют.

Вихрелет M200G Volantor

В ограничении высоты полета есть еще один плюс: на таком сравнительно небольшом расстоянии от земли наиболее ярко проявляется экранный эффект, позволяющий несколько увеличить нагрузку. А для посещения мест, недоступных для самого крутого внедорожника, или даже просто для преодоления «пробок» на дорогах 3 м более чем достаточно.

Кроме П. Моллера, по всему миру десятки фирм и конструкторских бюро ведут разработку аэромобилей, аэроджипов, скайкаров и т. д. По оценкам специалистов NASA к середине XXI века четверть личных транспортных средств будет именно летающим.

Еще одна интересная конструкция появилась на свет благодаря выпускнику отделения аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института Карлу Дитриху. В феврале 2006 года он получил приз в 30 тыс. долларов «за портфель изобретений, включающих новое персональное воздушное транспортное средство, настольный реактор синтеза и ракетный двигатель низкой стоимости».

Реактор с двигателем мы давайте рассмотрим как-нибудь в следующий раз. Что же касается воздушного транспортного средства, то для его постройки шустрый выпускник тут же основал компанию Terrafugia, базирующуюся тут же, в Кембридже. В ее состав вошли еще несколько выпускников отделения аэронавтики – приятели Карла. Общими усилиями они и разработали летающий автомобиль Transition («Переход»).

По замыслу создателей аппарат рассчитан на полеты на расстояние 150–800 км и способен двигаться по асфальту как автомобиль. При этом он должен легко помещаться в стандартном гараже. Для этого Transition имеет автоматически складывающиеся крылья и воздушный винт, приводимый в действие 100-сильным авиационным мотором.

Расход топлива – кстати, обычного автомобильного, а не авиационного бензина – в полете, по расчетам авторов проекта, должен составить 15 л/ч, или в привычных для автомобилистов единицах – 7,84 л на 100 км. Тот же расход топлива обещают конструкторы и при езде в городской толчее..

Основатели компании Terrafugia прекрасно знают, что летающие автомобили обычно и плохо летают и неважно ездят. Однако, как полагают они, им, во-первых, удалось удачно разрешить ряд конструкционных проблем. А во-вторых, похоже, именно теперь пришло время для подобных машин. Недавние изменения в американском законодательстве сделали еще более доступным и простым получение лицензии пилота легкого спортивного самолета (а она потребуется владельцу Transition). К тому же обучение пилотированию новаторы из Кембриджа включают в цену своей машины. С другой стороны, новые процедуры безопасности в аэропортах увеличили общее время, затрачиваемое человеком на путешествие по воздуху. И наконец, многим уже настолько надоели транспортные пробки на дорогах, что они готовы на что угодно, лишь бы их избежать…

В создании таких самолетов-такси оказалось заинтересовано даже NASA. В Национальном управлении США по аэронавтике и исследованию космического пространства обещают 1,6–2,35 млн долларов тому, чей план по созданию нового типа летательных аппаратов окажется наиболее перспективным.

При участии NASA разрабатывается проект сети мини-аэропортов и специально проектируемых летательных аппаратов, которые будут с них взлетать и приземляться. Новое средство передвижения будет называться Suburban Air Vehicles (SAV) – пригородный воздушный транспорт. Основные требования к аппарату – он должен быть достаточно тихим, чтобы не тревожить людей, над домами которых пролетает, и автономным, то есть пилота в кабине не будет, а руководить полетом станут бортовой компьютер и диспетчер на земле.

Важно и то, чтобы SAV был приспособлен для крутого взлета. Это необходимо, поскольку взлетно-посадочные площадки окажутся очень короткими – 10–30,5 м. К тому же каждый аэропорт должен отправлять и принимать порядка 120 такси в час. Сам полет SAV будет проходить не выше 46 м со скоростью 160–195 км/ч. Вдобавок в NASA хотели бы оборудовать такси системами катапультирования в экстренных ситуациях.

Взлететь над суетой и пробками. Итак, похоже, в мире вскоре появится новый вид транспорта. С городских площадей или даже с крыш домов каждые 30 секунд начнут взлетать и садиться воздушные такси с четырьмя пассажирами на борту.

Так, например, еще одну перспективную модель так называемого личного летательного аппарата предлагает израильская компания «Городская авиация» (Urban Aeronautics). Аппарат, сконструированный ее инженерами, поднимается в воздух за счет двух двигателей с вертолетными роторами, укрытыми в шахтных колодцах. А движется вперед еще двумя тяговыми двигателями с самолетными пропеллерами, которые расположены в хвостовой части аппарата. По дороге же машина перемещается на четырех колесах с пневматическими баллонами и эластичной подвеской.

Устройство в первую очередь предполагается использовать при проведении спасательных и ремонтных работ, а также для патрулирования городских улиц. Причем применение в конструкции турбовентиляторов в шахтных колодцах позволяет безопасно причаливать к балконам и лоджиям высотных зданий, что может весьма пригодиться при пожарной эвакуации жильцов.

Заинтересовались этим аппаратом и спецслужбы, которым приходится вести борьбу с террористами. Такой аппарат позволит атаковать нарушителей правопорядка с неожиданной стороны.

Таким образом, получается, что у И.Н. Колпакчиева конкурентов более чем достаточно. Но он, похоже, их не боится. Почему? Да потому, что Игорь Николаевич оказался, по крайней мере, на шаг впереди зарубежных конструкторов.

Его конструкция базируется на вихревых теориях создателя современной аэродинамики Н.Е. Жуковского. «Николай Егорович впервые сформулировал принцип “идеального винта”, – говорит Колпакчиев, – а мы придумали, как его реализовать на практике. Винта в нашей конструкции как такового нет – это совершенно новая система тяги, принципиально отличная от современных авиационных систем. Тяга создается без вращения лопастей, и она равномерно, как у “идеального винта” Жуковского, распределена по рабочей поверхности».

Если снабдить такой «вихрелет» двигателем, способным работать в безвоздушном пространстве, то его можно выводить в космос с грузом или пассажирами на борту, уверяет Колпакчиев. При этом перелет, скажем, из Нью-Йорка в Москву будет отнимать у пассажиров не 10 часов жизни, а на порядок меньше. Всего за полчаса можно будет «проколоть» атмосферу, выйти в околоземное пространство, совершить, скажем, пол-оборота вокруг планеты, а затем «спикировать» на Землю и сесть в нужной точке. Весь полет в таком случае от посадки до высадки пассажиров займет немногим более часа!

Оригинальному виду транспорта требуется и уникальный двигатель. «Необходим накопитель энергии, установленный прямо на транспортном средстве», – полагает Колпакчиев. И предлагает использовать в качестве такого накопителя супермаховик. Причем изобретателю и его коллегам удалось найти материал, который не расслаивается под действием центробежных сил при вращении с сумасшедшими скоростями. Он выполнен на основе нанотехнологий, и из него должно состоять рабочее тело гипермаховика.

Такой маховик пригоден как для наземного транспорта, так и для летательных аппаратов. Расчеты показывают, что с одной заправки аккумулятора электроэнергией (с гипермаховиком стыкуется электромотор-генератор) можно проехать или пролететь до 2 тыс. км! Это как от Москвы до Сочи.

Оригинальна и конструкция самого летательного аппарата. Внешне он будет иметь форму обтекаемого диска или, если хотите, пресловутой «летающей тарелки». Правда, при взгляде сверху видно, что «тарелка» эта не круглая, а ближе по форме к прямоугольнику со скругленными углами.

– Стеклопластиковая оболочка крепится к силовому корпусу, – поясняет изобретатель. – Внутри четыре электровинтовых модуля, которые обеспечивают достаточную подъемную силу…

Тут надо, наверное, сказать хоть несколько слов о самих электровинтовых модулях. В свое время Колпакчиев обратил внимание на такой физический эффект. Если молекулы воздуха, приобретая определенный заряд, взаимодействуют с аналогично заряженным острием, то по закону Кулона между ними происходит интенсивное отталкивание.

Если такими положительно заряженными остриями, а точнее кромками, будут концы пропеллера, заключенного внутри кольца из положительно же заряженной сетки, то такой многолопастный винт, по идее, должен крутиться. И он действительно крутится – Колпакчиев не раз проверял это на моделях.

Итак, четыре модуля создают подъемную силу, вектором которой управляют с помощью жалюзи. Поворачивая их створки над каждым из четырех каналов, отклоняя потоки воздуха, можно не только менять скорость подъема или горизонтального полета, но и осуществлять маневрирование.

Устойчивость же аппарату обеспечивает, кроме всего прочего, и эффект «летающей платформы». Вспомните, как в цирке жонглеры или клоуны бросают друг другу тарелки и шляпы. При броске достаточно подкрутить предмет, чтобы он приобрел устойчивость в полете. А если подкрутку осуществлять за счет маховика, раскрученного до 50 тыс. оборотов в минуту, то такой летательный аппарат – Колпакчиев называет его гироглайдером – вряд ли удастся опрокинуть.

Подобные ДПЛА – дистанционно-пилотируемые летательные аппараты – Колпакчиев предлагает использовать для патрулирования автотрасс, нефте– и газопроводов, для слежения за миграцией рыбы, предупреждения о пожарах, сельхозработ, аэрофотосъемки, экологического контроля…

В общем, работы для ДПЛА предостаточно. Вот только когда в небе появятся первые гироглайдеры? Игорь Николаевич Колпакчиев надеется, что уже скоро. Для их конструирования, строительства им и создана фирма «Взлет». Ее директор торопится, поскольку знает, что за рубежом у него уже появились серьезные конкуренты. Он все же надеется, что мировая транспортная революция начнется именно в России.

По примеру старика Хоттабыча

На протяжении долгого времени этот, с позволения сказать, летательный аппарат имел распространение в сказках типа «Тысячи и одной ночи» да еще в русских сказаниях, где Иван-дурак получает ковер-самолет от Бабы-Яги. Можно также припомнить, что в роли необычного транспорта выступают ковры у Марка Твена в «Путешествии капитана Стормфилда в рай» и у Лазаря Лагина в книге «Старик Хоттабыч».

Теперь, судя по всему, возможность прокатиться на любимом транспортном средстве волшебников вскоре появится у любого желающего. Группа ученых из Франции и США, возглавляемая лауреатом Игнобелевской премии Лакшминараянаном Махадеваном из Гарварда, разработала проект самого настоящего ковра-самолета, сообщает журнал Nature.

Трясите, профессор, трясите!.. Для начала исследователи провели эксперимент с гибким вибрирующим листом, погруженным в жидкость. Выяснилось, что лист, если ему при помощи электрических импульсов задать определенную амплитуду колебаний, не тонет и даже передвигается в жидкой среде.

Далее расчеты показали, что вибрирующий «ковер» может точно так же вести себя и в воздухе. Для этого он должен располагаться достаточно близко к горизонтальной поверхности, к примеру земле или воде. Подталкиваемый электрическими разрядами предмет сможет левитировать благодаря тому, что между ним и поверхностью возникнет зона пониженного давления. А разница в давлениях снизу и сверху создает подъемную силу.

В настоящее время, по выкладкам ученых, в воздухе сможет удержаться ковер со стороной около 10 см и 0,1 мм в толщину, при частоте вибраций 10 Гц и амплитуде 0,25 мм. Скептики утверждают, что увеличить площадь подобного летательного аппарата практически невозможно – для этого потребуется слишком тяжелый и мощный двигатель. Да и летать на постоянно вибрирующем ковре будет не очень удобно из-за постоянной тряски.

Тем не менее ковер сможет двигаться вперед, если направлять волны колебаний от одного края к другому. Тогда он будет немного наклоняться, как, например, вертолет, но, в отличие от него, двигаться в сторону более высоко расположенного края. (Любопытно, что в сказках у летящих ковров-самолетов приподнят именно передний край.)

А пока суд да дело, другая группа гарвардских ученых создала тонкие полимерные листы, покрытые клетками из мышечной ткани крыс. Воздействуя на такие листы электрическим током, можно заставлять их периодически сокращаться и за счет этих колебаний передвигаться в жидкости.

«Морские скаты совершают более сложные движения, когда скользят над морским дном, но идея та же», – пояснил профессор Махадеван. Он полагает, что законы физики позволяют заставить «летать» и более тяжелый ковер.

Дело в том, что за последние 100 с лишним лет был сделан ряд открытий, говорящих о том, что звук может быть источником больших сил и энергий. Речь идет о том, что при правильном учете свойств среды и подборе частоты звук способен вызвать появление дополнительной энергии.

Таинственные эксперименты музыканта. Одним из первых, как ни странно, столкнулся с проявлением этой энергии американский музыкант Джон Кили (1837–1898). Он публично демонстрировал свои достижения и утверждал, что для каждого тела существует мелодия, способная изменить его вес как в сторону уменьшения, так и увеличения.

Профессор Махадеван полагает, что законы физики позволяют заставить летать и тяжелый ковер

«В доме, где жил Кили, сохранилась его лаборатория, – сообщает историк А.Н. Ильин. – В ней когда-то находились многочисленные и непонятные устройства с не менее странными названиями – либратор, симпатический передатчик, дезинтегратор. Они состояли из музыкальных инструментов, органных труб, камертонов и объемных резонаторов в виде сфер, конусов и цилиндров. То тут, то там попадались диски с тонкими спицами из золота и платины. Отдельные элементы соединялись свободно висящими шелковыми нитями. Одна из них тянулась к большому механизму с колесами, цилиндрами и шестернями. Когда Кили трогал смычком струны цитры, вся система, представлявшая собой сложный и точно настроенный акустический резонатор, откликалась, и в углу лаборатории приходил сам собою в движение массивный механизм с колесами и поршнями. То есть, говоря иначе, от звуков в огромном механизме рождалась энергия неизвестной природы»…

А вот вам еще опыт Кили. Стеклянный сосуд высотой более метра он заполнял водой. «Металлическая крышка сосуда была соединена со сферой симпатического передатчика толстой проволокой из золота, серебра и платины. На дно сосуда Кили помещал металлические шары. Изобретатель приводил в действие симпатический передатчик – начинали петь камертоны. Труба издавала короткий звук, и шар на дне сосуда начинал покачиваться, затем медленно отрывался от дна и устремлялся вверх. Труба звучала снова, всплывал второй металлический шар, затем – третий»… Когда музыка стихала, шары продолжали плавать. Их вес явно уменьшился.

Говорят, в начале 90-х годов XIX века Джон Уоррелл Кили продемонстрировал журналистам и военному ведомству США небольшую летающую платформу. На ней располагалось кресло пилота, а перед ним приборный щиток, похожий на клавиатуру пианино. С нижней стороны платформы были установлены резонаторы. Их звучание отрывало платформу от земли.

Сохранились воспоминания очевидцев, в которых говорится о том, что платформа летала с большой скоростью, мгновенно изменяла направление полета, но пилот (это был сам Д. Кили) не испытывал при этом действия ускорения.

Однако в то время нужды в скоростных и высокоманевренных летательных аппаратах не было, и военное ведомство отказалось финансировать работу Кили. Жаль, но еще обиднее, что ни сама платформа, ни ее чертежи не сохранились. Изобретатель очень опасался кражи своих идей. Опасался настолько, что не посвятил в них ни друзей, ни соратников. Внезапная кончина изобретателя предала забвению все его достижения.

На основе эффекта Казимира. Есть ли что-то общее у работ Махадевана и Кили? Поживем – узнаем. Пока, по словам профессора Махадевана, «если хотите прокатиться без тряски, нужно сделать много маленьких ковриков. Но в таком случае скорость будет невелика».

Что касается ковра, способного нести человека, то «согласно расчетам и закону масштабирования он останется в сфере волшебного, таинственного и теоретического», ковер придется соткать из ультралегких материалов и добавить к нему супермощный мотор. Махадеван надеется, что его усилия будут способствовать продвижению этой работы и «кто-нибудь сможет реализовать эту мечту, претворить теорию в реальность».

Тем более что в своем исследовании Махадеван идет по стопам команды ученых из Университета Святого Эндрюса (Шотландия), которые сообщили о «поразительных эффектах левитации». С ними они столкнулись в процессе моделирования силы, заставляющей предметы слипаться, отмечает газета Daily Telegraph. Профессор Ульф Леонард и доктор Томас Филбин нашли способ обратить это явление, получившее название «эффект Казимира», в результате чего предметы не притягиваются, а отталкиваются. Их открытие может в конечном итоге привести к разработке работающих без трения микромеханизмов, движущиеся детали которых будут подвешены в воздухе.

По словам ученых, этот принцип можно использовать и для поднятия в воздух более крупных объектов – вплоть до человека, что снова приближает нас к ковру-самолету. Таким образом получается, что создание ковра-самолета все же реально! И доктор Махадеван может составить компанию своим предшественникам, которые получали сначала Игнобелевскую, а потом и Нобелевскую премии.

Сила зазеркалья

Взлететь, подобно Ариэлю… Это мечта не только фантастов, но и многих ученых. Явление, позволяющее материальному телу свободно перемещаться в пространстве, они издавна называют левитацией (от греч. levitas – «подъем»).

Магнитная левитация. Этот термин появился еще в начале прошлого века. Однако придумать название – вовсе еще не значит понять суть явления. Всеобщей теории левитации нет и по сию пору, но наука не стоит на месте.

За это время исследователи довольно подробно разобрались, например, в магнитной левитации, могут проделать, скажем, такой фокус – повесить в воздухе вращающийся волчок.

Суть фокуса проста. Для его выполнения нужно сделать волчок из ферромагнетика – небольшого кольцевого магнитика. Такое магнитное кольцо, только побольше, служит основанием. Прикройте его плоской пластиной их плексигласа или, на худой конец, просто фанеркой и крутаните волчок. И у вас на глазах произойдет маленькое чудо – волчок поднимется в воздух и провисит около минуты, а то и больше.

Магнитная левитация теперь с успехом применяется на железнодорожном транспорте. Уже пущены первые линии, где поезда обходятся без колес – они как бы летят над дорогой, опираясь на невидимые силовые линии магнитного поля.

Следующий вероятный шаг на этом пути – освоение электростатической левитации. Как известно, разноименные электростатические заряды тоже имеются свойство притягиваться друг к другу, а одноименные – отталкиваться. Словом, тут намечается почти полная аналогия с левитацией магнитной.

Эффект Казимира. А недавно исследователи обратили внимание и на уже упоминавшийся эффект Казимира, названный так по имени голландского физика Хендрика Казимира (1909–2000), предсказавшего его еще 1948 году, и позднее подтвержденный экспериментально.

Понять, в чем суть эффекта Казимира, нам поможет такой наглядный пример. Еще в XVIII веке французские моряки наблюдали такое явление. Когда два судна, раскачивающиеся из стороны в сторону в условиях сильного волнения, но слабого ветра, оказывались на расстоянии меньше приблизительно 40 м, то в результате интерференции волн в пространстве между кораблями прекращалось волнение. Спокойное море между кораблями создавало меньшее давление, чем волнующееся с внешних сторон. В результате возникала сила, стремящаяся столкнуть суда.

Сила притяжения, названная силой Казимира, прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна 4-й степени расстояния между ними

Голландец Хендрик Казимир, как уже говорилось, был не моряком, а физиком. Он понял, что аналогичная сила должна возникать и между двумя параллельными зеркальными пластинами в вакууме. «Вследствие флуктуаций электромагнитного поля здесь возникает сила притяжения, – рассуждал он. – Давление флуктуаций поля снаружи пластин оказывается больше давления между пластинами»…

Сила притяжения, позднее названная силой Казимира, прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна 4-й степени расстояния между ними. Возникает же она вот откуда. Согласно квантовой теории поля, физический вакуум представляет собой не абсолютную пустоту. В нем постоянно рождаются и исчезают па́ры виртуальных частиц и античастиц – происходят постоянные колебания (флуктуации) связанных с этими частицами полей. В частности, происходят колебания связанного с фотонами электромагнитного поля.

Причем обычно в вакууме рождаются и исчезают виртуальные фотоны, соответствующие всем длинам волн электромагнитного спектра. Однако в пространстве между близко расположенными зеркальными поверхностями ситуация меняется. На определенных резонансных длинах электромагнитные волны усиливаются. На всех остальных же длинах, которых больше, напротив, подавляются. В результате давление виртуальных фотонов изнутри на две поверхности оказывается меньше, чем давление на них извне, где рождение фотонов ничем не ограничено.

Чем ближе друг к другу поверхности, тем меньше длин волн между ними оказывается в резонансе и больше – подавленными. Как следствие, растет сила притяжения между поверхностями.

Правда, с нашей обыденной точки зрения сила Казимира чрезвычайно мала. Если держать зеркала друг от друга на расстоянии хотя бы пары миллиметров, она незаметна. Расстояние, на котором она начинает ощущаться, составляет порядка нескольких микрон.

Однако, будучи обратно пропорциональной 4-й степени расстояния, она очень быстро растет с уменьшением последнего. На расстояниях порядка 10 нанометров – сотни диаметров типичного атома – давление, создаваемое эффектом Казимира, оказывается сравнимым с атмосферным.

На практике проявляется эта сила подобно «сухому клею». Например, если прижать друг к другу два металлических, тщательно отполированных брусочка, они слипаются.

Из брусочков строго определенных размеров, соединяя их вместе, собирали сверхточные линейки нужной длины для калибровки измерительных приборов. Теперь, правда, надобность в том отпала – лазерные эталоны и дальномеры оказались еще точнее.

Сила отталкивания. Однако история с силой Казимира на том не кончается. Более тщательные исследования, проведенные уже в конце XX века, показали, что, если мы будем использовать не просто плоские пластины, а прибегнем к взаимодействию, например сферы и плоскости или объектов еще более сложных форм, можно добиться, что сила притяжения в какой-то момент поменяет свой знак и станет силой отталкивания. Причем на сегодняшний день согласие между наблюдаемыми результатами и теорией удостоверено с точностью более 99 %.

Этим результатами, в свою очередь, воспользовались профессор Ульф Леонард и доктор Томас Филбин из Университета Святого Эндрюса в Шотландии. Они разработали теорию, которая позволяет выявить те условия, при которых сила Казимира меняет свой знак. На основании этого, полагают ученые, можно будет создавать антифрикционные покрытия для микромашин с движущимися частями.

Как пояснил профессор Леонард, такие микромеханические системы уже используются на практике. Например, крошечные механические датчики перегрузок, которые приводят в действие надувные подушки безопасности в автомобиле, станут еще более чувствительными и надежными.

И это лишь первый шаг. В будущем, как полагают исследователи, на основе эффекта Казимира можно ожидать создания левитирующих устройств, которые могут совершить подлинную революцию в мире транспорта.

Исследователям вполне можно верить. Ведь они уже зарекомендовали себя в ученом мире как весьма перспективные и авторитетные специалисты. Тот же профессор Леонард возглавляет одну из четырех команд, которые ныне занимаются также проблемами невидимости. И создали уже прототипы покрытия, которое световые волны определенной длины волны или ультразвук будут обтекать точно так же, как речные потоки беспрепятственно огибают гладкую скалу.

А там, глядишь, очередь дойдет и до освоения левитации в полном объеме с опорой на силы антигравитации. Ведь, как известно, гравитация или сила тяжести обеспечивается наличием больших масс. Например, мы притягиваемся к Земле силой гравитации нашей планеты, а та, в свою очередь, совершается свой бег вокруг Солнца, удерживаемая на орбите опять-таки силой гравитации нашего светила…

Однако сравнительно недавно астрофизики сделали открытие. Оказывается, на окраинах нашей Вселенной небесные тела разбегаются от центра со скоростью большей, чем то предписывает теория гравитации. Такое впечатление, что на небесные тела или действует какая-то неизвестная нам скрытая масса, или (теоретики предвидят и такой вариант) на них действует некая темная материя или энергия, которая обладает некоей антигравитацией, то есть не притягивает, а отталкивает от себя массивные тела.

Что же это за материя или энергия, теоретики пока еще имеют очень слабое представление. Быть может, открытие, сделанное группой профессора Леонарда, поможет разобраться и в этом феномене?..

Корабли на колесах

Говорят, однажды на наш автозавод приехала японская делегация. Ее члены внимательно осмотрели новый вездеход высотой с двухэтажный дом, с огромными колесами и мощнейшим мотором.

«Зачем нужна такая машина?» – поинтересовались гости.

«Она преодолеет любое бездорожье», – с гордостью ответили хозяева.

«И чего только не придумают эти русские, чтобы только не строить хорошие дороги»…

Сага о снежном крейсере. Впрочем, если говорить серьезно, с дорогами не только у нас проблемы. На планете бездорожья еще хватает – пустыни, тундра, ледяные равнины Антарктиды… Словом, вездеходам еще есть где разгуляться.

Кстати, первые из них появились на нашей планете около 5000 лет тому назад. И представляли собой предшественников среднеазиатской арбы. Такие повозки с двумя огромными колесами, которые таскают за собой безотказные ослики, и поныне можно увидеть где-нибудь в районе Бухары.

В начале прошлого века арбу не раз пытались моторизовать, делая из нее то тягач для транспортировки пушек, то транспортер для пустыни… А 70 с лишним лет назад за дело взялись американцы. Со свойственным им размахом они создали уникальный антарктический вездеход.

Чтобы заинтересовать общественность и правительство в проекте, сначала был снят рекламный ролик. В его первых кадрах показано, как отважный полярный исследователь, контр-адмирал Ричард Бэрд обреченно ждет смерти в хижине, отрезанный от всего мира страшной непогодой, какая у Южного полюса случается регулярно. Тем временем его друг и заместитель профессор Томас Поултер отчаянно пытается прорваться к адмиралу через 123 мили снежного бездорожья на тракторах-снегоходах. Лишь третья попытка чудом увенчалась успехом, когда уж и у спасателей, и у спасаемых не осталось почти никаких надежд…

Такая история и в самом деле случилась в начале XX века. Но она никогда не повторится, утверждали авторы фильма, если общество раскошелится на создание уникального вездехода. Потому как в 1934 году все тот же профессор Поултер создал проект транспортного средства, которому, по идее, не страшны ни снежные бури, ни 80-градусные морозы, ни коварные бездонные трещины, прикрытые тонким слоем смерзшегося снега-фирна.

Поултер был типичным американцем, то есть не только ученым и инженером, но и оборотистым бизнесменом. Во всяком случае, он убедил Конгресс в том, что такой Snow Cruiser («Снежный крейсер») построить не только можно, но и нужно. Причем обойдется вся затея в какие-то 150 тыс. долларов, которые к тому же дадут частные инвесторы. Правительство же Поултер просил всего лишь оплатить расходы по переброске левиафана в Антарктиду и снабжение экспедиции.

Вскоре необходимые средства и в самом деле удалось собрать за счет частных пожертвований. Было получено и решение правительства о снаряжении новой антарктической экспедиции. И 8 августа 1939 года на чикагском заводе Pullmann началось строительство Snow Cruiser. Причем на постройку, испытания и доставку в порт уникальной машины отвели всего… 11 недель! Поултер отчаянно торопился, пока у общественности и Конгресса США не пропал интерес к этой затее.

Между тем по ходу дела создателям «крейсера» предстояло решить немало технических проблем. Как, например, лучше всего привести во вращении колеса диаметром по 3 м каждое? Привод с карданным валом тут не годился – как его ремонтировать в случае аварии на 80-градусном морозе?

Инженеры выкрутились, соорудив электропривод. Два двигателя внутреннего сгорания по 150 лошадиных сил вращали роторы генераторов, а колеса приводили во вращение встроенные в каждое электромоторы по 75 лошадиных сил. Так впервые на практике была опробована довольно распространенная ныне на сверхтяжелых грузовиках схема «мотор – колесо».

Неплохо показала она себя поначалу и на снежном вездеходе – на шоссе Snow Cruiser развивал 48 км/ч. Правда, моторы оказались на редкость прожорливыми. А потому пришлось поставить на машину огромные баки вместимостью около 10 т солярки; этого должно было хватить на все 8000 км пробега. Что же касается других припасов, то внутри своего передвижного жилища экипаж из пяти человек и одной собаки мог прожить автономно целый год.

И вот 24 октября «крейсер» своим ходом отправился в путь длиной 1700 км – из Чикаго в Бостон, где уже стояло под погрузкой судно North Star. На всем пути через Америку «красного монстра» встречали толпы восторженных зевак. Такое название автомобиль получил потому, что был действительно красного цвета – так он наиболее заметен на фоне белого снега. А еще потому, что махина была длиной 17 м, высотой 4,9 м и шириной 6 м.

Считалось, что этот пробег заодно станет и ходовым испытанием Snow Cruiser. Но тут создатели монстра просчитались – условия Антарктиды оказались совсем не похожи на американские хайвеи. Неприятности начались сразу же после выгрузки Snow Cruiser на ледовом континенте. Оказалось, что колеса тяжелой машины, погрузившиеся в снег почти на метр, беспомощно прокручивались, буксуя.

Впрочем, находчивые янки и тут нашли выход из положения. Машину заставили двигаться задним ходом. Как ни странно, она двинулась с места и даже смогла пройти таким образом 148 км.

После этого крейсер встал на прикол в качестве стационарной базы для полярников. Вскоре его так занесло снегом, что лишь длинный бамбуковый шест радиомачты выдавал место «подснежного» лагеря.

Вторая мировая война отодвинула полярные исследования на второй план, и на десять с лишним лет о «крейсере» забыли. Лишь в 1958 году машину откопали, смотрели и уехали, собираясь вернуться к ней еще через пару лет. А когда вернулись, то выяснилось, что машина вдруг исчезла! По одной из версий, Snow Cruiser откололся вместе с ледником, уплыл в море и там утонул. Вторая, более экзотическая, предполагала, что «крейсер» умыкнули коварные русские и увезли его в Сибирь. Во всяком случае, так писали некоторые американские газеты той поры.

А может быть, его просто не слишком хорошо искали? И с ним случилось то же, что и с нашим луноходом относительно недавно? Он тоже как будто пропадал, а потом вдруг снова нашелся. Или, быть может, все это происки инопланетян. Ведь, говорят, их базы есть как на Луне, так и в Антарктиде?..

Там, где кончается асфальт… Так или иначе, но больше американцы подобных монстров не создавали. Эпицентр подобного строительства переместился в СССР. Где-то в 60-х годах в нашей стране на базе мощного трактора ХТЗ был создан гусеничный вездеход «Харьковчанка», специально предназначенный для ледовых походов по Антарктиде.

Гусеничный вариант какое-то время казался предпочтительнее колесных вездеходов. Так продолжалось до тех пор, пока в 70-х годах некоторые американские умельцы стали на потеху публике модернизировать легковые автомобили, приделывая к ним огромные колеса от большегрузных машин и тракторов. Получившиеся монстры забавно перелезали через заторы из других машин. Их даже несколько раз снимали в кино, в основном в комедиях, героям которых нужно было как-то выпутаться из очередной передряги.

Зрители хохотали, а люди серьезные задумались: а ведь подобные машины годятся не только для подобных фокусов… Так на свет появился особый класс вездеходов – автомобили на шинах сверхнизкого давления, оказывающие весьма малую нагрузку на почву. А потому и не проваливающиеся глубоко ни в снег, ни в песок, ни даже в трясину…

«У нас в стране изготовлением таких машин сначала занимались лишь отдельные энтузиасты-умельцы, а потом дело дошло и до промышленного производства», – рассказал представитель ООО НПФ «ТРЭКОЛ» из подмосковных Люберец Михаил Владимирович Ширин.

На сегодняшний день в стране несколько центров по производству подобных машин. Так специалисты ассоциации «Арктиктранс» разрабатывают и выпускают малыми сериями новые конструкции колесных вездеходов особого назначения. Речь прежде всего о снегоболотоходе «Лопасня» и вездеходе «Лось».

Снегоболотоход «Лопасня»

Снегоболотоход «Лопасня» имеет полностью герметичный, утепленный кузов объемом около 9 куб. м. Кроме того, имеется грузовой отсек объемом 6,3 куб. м. Независимая подвеска всех 6 колес позволяет преодолевать препятствия высотой до 400 мм, а привод на четырех ведущих колесах не дает застрять даже на самом тяжелом бездорожье. Во всяком случае, в условиях Арктики «Лопасня» спокойно преодолевает заструги и сугробы, на более-менее ровных участках пути развивая скорость до 35 км/ч. При этом специальные покрышки «обеспечивают проходимость выше, чем даже у гусеничных вездеходов», сказано в протоколе испытаний. Эти машины эксплуатируются с 1989 года. Причем используются в самых различных климатических поясах и природных условиях – на дрейфующей полярной станции СП-33, в плавнях Кубани, горах Алтая, озерах Эстонии, бездорожье Чукотки и Камчатки…

И по воде, и по суше… И на том наша история вовсе не заканчивается. Помните, как американцы сетовали, что, дескать, русские умыкнули Snow Cruiser в Сибирь? Теперь у их появился еще один повод для такого рода заключений.

Дело в том, что специалисты Института нефти и газа при Сибирском федеральном университете, что базируется в г. Красноярске, вот уже несколько лет работают над проектом всепогодного транспортного средства «Санный вездеход-амфибия», специально приспособленного для климатических условий Крайнего Севера и Заполярья.

По словам представителя разработчиков Кирилла Башмура, всепогодное транспортное средство, модель СТС-30 грузоподъемностью 30 т, плюс еще 20 и 30 т на прицепах, аккумулирует в своей конструкции весь тот опыт, который накоплен за десятилетия движения автотранспорта по сибирским «зимникам».

В итоге была разработана конструкция специализированного автопоезда, который способен преодолевать холмистый ландшафт с углами подъема до 25° и боковыми наклонами такой же величины. При этом удельное давление на грунт составляет 0,1 кг/см2, что позволяют двигаться, например, по тонкому речному льду около 40 см толщиной.

Уникальный движитель с мощными грунтозацепами, расположенный на каждой платформе, обеспечивает надежное сцепление с поверхностью, позволяет не буксовать даже в раскисшем грунте или в глубоком снегу. На воде же грунтозацепы выполняют роль своеобразных плиц колесного парохода. А весь автопоезд держится на плаву с помощью понтонов.

Таким образом новый транспортер способен осуществлять всепогодную доставку людей, грузов в любой район Заполярья и перевозки по ледовому шельфу Арктики или Антарктиды. На материке зимой – по «зимникам», проложенным по руслам замерзших рек, тундре, лесному бездорожью, по береговой арктической линии; летом – прямо по воде глубиной от 0,5 м и бездорожью.

Причем сразу проектируется целая линейка СТС – малой и большой грузоподъемности, от 10–15 до 300 т и более.

Интересная деталь: контроль параметров работы узлов, агрегатов, навигация по маршрутам осуществляются через российскую систему ГЛОНАСС. Таким образом, в принципе, автопоезд может двигаться по своему маршруту и без участия людей, автоматически.

Наши инженеры запатентовали основные узлы конструкции и давно бы уже сделали опытный образец, приступив к его испытаниям. Все упирается в извечную российскую беду – отсутствие денег на что-либо полезное. Вот на Олимпиаду в Сочи или на футбольный чемпионат средства быстренько нашлись, а на решение проблемы северного завоза денег почему-то нет…

Между тем за рубежом, видимо, что-то уже прознали о нашем проекте. Во всяком случае, теперь канадские инженеры приступили к проектированию машины с колесами диаметром 17 (!) м. Такой «Мамонт», как полагают, способен взять барьер высотой в одноэтажный дом. Кроме того, вездеход будет способен и плавать, неся на себе груз не менее 850 т. Конечно, такое фантастическое водоизмещение нужно разве что для похода на Северный или Южный полюс…

Автотрактор нами

Вековой спор, что лучше для сельского хозяйства – колесные машины или гусеничные, – кажется, подошел к своему логическому завершению. На долю гусеничных машин остается самая тяжелая работа. Основную же нагрузку возьмет на себя даже не колесный трактор, а мобильное малогабаритное транспортное средство (ММТС).

На первый взгляд ММТС похож не на трактор, а на автомобиль. Этакий грузовичок с кузовом и двумя ведущими мостами. История же создания его такова.

После окончания Второй мировой войны, когда в Германии остро ощущалась нехватка техники в сельском хозяйстве, немецкими конструкторами в 1946–1948 годах были созданы первые «унимоги». Колесные трактора автомобильной компоновки (тогда это так называлось) представлялись некоей панацеей, способной спасти сельское хозяйство.

«Унимоги» выпускают до сих пор, но их почти не используют в сельском хозяйстве. Сейчас сфера их применения – жилищно-коммунальный сектор, где они наводят чистоту в городах. Для селян мощность двигателя в 25 лошадиных сил оказалась недостаточной.

Наши конструкторы из Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ) воспользовались зарубежным опытом. Но стали решать ту же задачу «от противного». По словам генерального директора ФГУП НАМИ Алексея Платова, анализ ситуации показал, что в сельской местности России нужнее именно грузовичок-вездеход, а не трактор.

Раньше необозримые просторы нашей страны и ее бездорожье механизаторы преодолевали на грузовиках ГАЗ-53 и ГАЗ-66, но ныне они уж сняты с производства. Гонять же трактор типа «Беларусь», а тем более «Кировец» из конца в конец района – при нынешних ценах на топливо непозволительная роскошь. Да и трактор никогда не отличался особыми скоростными качествами.

ММТС НАМИ

ММТС же является компактным автомобилем высокой проходимости с колесной формулой 4×4. В условиях бездорожья он способен устойчиво двигаться со скоростью от 3,5 до 50 км/ч. Это, кстати, дает возможность эксплуатировать машину не только в сельской местности, но и на дорогах общего пользования – ММТС не будет тормозить транспортный поток своей медлительностью.

Машина прежде всего предназначается для личного пользования. А потому и стоить будет относительно недорого – около 300 тыс. рублей. По исследованиям экономистов НАМИ, спрос на ММТС на отечественном рынке составляет около 30 тыс. машин в год.

В 2007 году шесть образцов ММТС уже прошли госиспытания. В результате их специалисты Минсельхоза пришли к выводу, что основную ставку надо делать на самую мощную машину, так как она годится и для сельскохозяйственных операций – например, пахоты.

«Мы считаем, что самым ходовым может оказаться самосвал с опрокидывающейся на три стороны платформой, с гидрофицированной задней навеской для тракторных агрегатов и задним же валом отбора мощности, – сказал Платов. – Популярностью будет пользоваться и базовое шасси, на которое можно установить цистерну или фургон»…

Новый грузовик в первую очередь предназначен для сельхозработ, в основном в фермерских хозяйствах. Однако разработчики и производители уверены, что грузовики пригодятся для коммунального, сельского и лесного хозяйства, милиции, ГИБДД, МЧС, скорой помощи, пожарных, газовых и энергослужб. Тракторомобили могут стать фургонами, молоковозами, вахтовыми и экспедиционными автомобилями, их можно также оборудовать бурильной установкой, автовышкой.

С помощью универсального транспортного чуда можно сеять, боронить на небольших участках, копать ямы для установления столбов, убирать снег, разравнивать землю… Кроме того, можно использовать грузовик и для транспортировки грузов по бездорожью.

Машина спроектирована по модульному принципу. Кабина каркасно-панельной конструкции с несущим каркасом и навесными пластмассовыми панелями, большой площадью остекления.

На сегодняшний день в Новгородской области, на заводе «Автоспецоборудование», уже началось серийное производство тракторомобилей под названием SILAN. Как рассказал директор предприятия Андрей Мелехин, эти машины будут выпускаться по 5000 экземпляров ежегодно.

В поход, шароход!

Представьте себе картину: из небольшой рощицы на приморский пляж неслышно выкатился блестящий шар высотой с двухэтажный дом. Легко подминая кустарник, он направился к берегу, с негромким всплеском вошел в воду и поплыл, а точнее, покатился по невысоким гребням волн. Через некоторое время развернулся, приблизился к берегу, выбрался на сушу и остановился. С пляжа, из поселка сбежались любопытные, кто-то вспомнил пришельцев, только на «летающую тарелку» странный предмет отнюдь не походил, да и взлетать, судя по всему, он не собирался.

В нижней части шара открылся люк, выдвинулся трап, и наружу вышли… обыкновенные люди. Они-то и разъяснили собравшимся, что проводят испытания нового вездеходного транспортного средства – шаромобиля, или шарохода.

Устройство шарохода. Корпус его выполнен из высокопрочного и радиопрозрачного композиционного материала на основе углеродных волокон. Наружная поверхность кажется гладкой, но внутренняя, напротив, шероховатая, ибо соприкасается с ведущим колесом и должна обеспечить хорошее сцепление.

В самом корпусе, выше его диаметрального сечения, расположена площадка, покоящаяся на трех шаровых опорах и оснащенная гироскопом, оттого и на стоянке, и в движении она сохраняет строго горизонтальное положение. На ней размещены кабина с пультом управления, радиостанция, радар и т. д.

Схема шарохода

Под платформой смонтированы электродвигатель, аккумуляторы, редуктор и ведущее колесо – при движении оно вращается, заставляя перемещаться и корпус шарохода. Все эти агрегаты представляют собой комплекс, шарнирно закрепленный на оси в центре шара, выполняющий роль своего рода физического маятника. Словом, по своему принципу движения шароход весьма напоминает белку в колесе. Если все же возникнет опасность опрокидывания, автоматически срабатывают концевые выключатели, и электромотор выключается.

А вот дополнительный штрих к конструкции. Наружная обшивка ее только кажется гладкой, на самом же деле она состоит из множества шестиугольников. Они обеспечивают надежное сцепление с дорогой. На плаву же из-за смачивания скорость передвижения заметно уменьшается. Внутренность шаровидной станции разделена на ряд уютных, хорошо оборудованных помещений. Поверхность полусферы заканчивается палубой, с которой всегда возможен выход наружу.

От идеи к конструкции. Рассказав о своем проекте, изобретатель Александр Викторович Волков, к сожалению, не успел воплотить задуманное в жизнь. Между тем, как выясняется, он был не одинок в своих устремлениях – у изобретателя есть как предшественники, так и последователи.

Например, известный в 30-х годах изобретатель и конструктор Павел Игнатьевич Гроховский разработал и тогда же опубликовал описание конструкции подобного вида научно-исследовательского и транспортного средства для тяжелых условий Заполярья.

В своей статье он напоминал, что исследователи Арктики не раз совершали дрейфы на судах во льдах Полярного бассейна. И не всегда они оканчивались благополучно – многие суда были раздавлены льдами. Между тем для прохождения судов по Северному морскому пути и для организации трансарктических перелетов в Америку весьма важны данные о погоде. Стало быть, в Арктике необходима сеть постоянно действующих научно-исследовательских станций и метеопостов. Это доказала экспедиция Папанина.

«Но такие станции должны быть абсолютно безопасными, не боящимися никакого сжатия, которые могли бы дрейфовать во льдах в течение нескольких лет подряд, – писал Павел Игнатьевич. – Одна из форм, гарантирующих безопасность во время давления и сжатия льдов, – шар. Попробуем представить себе, как будет выглядеть такая шаровидная дрейфующая станция.

Шар может быть изготовлен из стали, из легких сплавов, наконец, из дерева. Для большей гарантии швы его заделываются заклепками или сваркой. Внутри шара для увеличения прочности пропускаются шпангоуты. По всей поверхности шара расположен ряд герметических люков, которые могут открываться и закрываться. Шар не должен погружаться в воду выше центра. Только при таких условиях он при сжатии льдов всегда будет вытесняться кверху»…

Далее Гроховский описал примерную компоновку и устройство шара-станции. Правда, в стороне остались многие насущные вопросы. Например, ничего не было сказано о том, как шар будет доставляться к месту зимовки полярников и эвакуироваться по ее окончании. Вероятно, Павел Игнатьевич предполагал, что к его разработке подключатся и другие энтузиасты и всеобщими усилиями проект будет доведен до практической реализации.

Увы, этого не случилось. В 1937 году П.И. Гроховский был снят с должности главного конструктора Экспериментального института Наркомата тяжелой промышленности по вооружениям РККА. Затем был арестован, расстрелян и реабилитирован лишь в годы хрущевской оттепели, спустя четверть века.

Между тем конструкторская мысль все же не дремала. Аналогичную конструкцию в 70-х годах разработали французские изобретатели. За основу они взяли всем известное перекати-поле. Это растение отличает шаровидная крона. По осени этот сорняк отрывается от своего корня и перекатывается ветром с места на место, разбрасывая повсюду свои семена.

Французы и предложили создать оболочку из тонкого металла или прочного пластика, внутри которой (или по бокам) на своеобразной «жердочке» могут быть подвешены контейнеры с научной аппаратурой или даже капсулы с экипажем. Подгоняемая ветром или вращаемая мотором, оболочка катится по ледовому полю или по разводьям примерно так же, как это предлагал А. Волков.

Еще одна шаровая конструкция предложена американскими исследователями из NASA. Опять-таки внутри полой оболочки из пластика подвешена на тягах капсула с научной аппаратурой или экипажем. Одна из тяг может укорачиваться с помощью лебедки. Центр тяжести конструкции при этом смещается, и шар катится даже при полном безветрии. Говорят, что такой «шарик» американцы намерены отправить с одним из автоматических зондов на Марс для более детального обследования поверхности Красной планеты.

Ушел в поход подземоход…

Этой истории скоро будет «в обед сто лет». Однако с каждым годом она обрастает все новыми удивительными подробностями и героями. И теперь уж очень трудно разобраться, где правда, а где вымысел. Но давайте мы все-таки попробуем отделить зерна истины от плевел неправды…

От фантазий к реальности. Вообще-то идея давно витала в воздухе. Она так и просилась на перо Жюля Верна, который вслед за «Наутилусом» мог отправить в путешествие уже не подводный, а подземный крейсер, расписать приключения его героев. Однако, увы, Жюль поверил современным ему ученым, которые утверждали, что в Земле есть обширные полости. Некоторые даже говорили, что наша планета вообще полая! И писатель отправил своих героев в путешествие пешком, без всякой подземной лодки.

Лишь когда теория полой Земли потерпела крах, а это случилось уже в XX веке, фантасты и ученые один за другим повели разговоры о том, что хорошо бы наряду с подводными лодками создать этакие субтеррины, которые бы могли столь же свободно бороздить не только водные, но и земные просторы.

Однако если вода в 800 раз плотнее воздуха, то твердь нашей планеты такова, что далеко не всюду ее берет лопата – приходится прибегать к помощи кирки и отбойного молотка. А буры, с помощью которых в недрах делают скважины, как известно, снабжают алмазными коронками. Алмаз же, между прочим, одно из самых твердых веществ на нашей планете.

Тем не менее желающие пофантазировать все-таки находились. Одним из таких фантазеров был наш соотечественник Петр Рассказов. Причем надо отметить, что он, несмотря на свою фамилию, был вовсе не литератором, а инженером и свою идею выразил не словами, а набросками чертежей.

За что, говорят, и был убит в смутные времена Первой мировой войны. А его чертежи таинственным образом исчезли. Всплыли они через некоторое время не где-нибудь, а в Германии. Но в дело так и не пошли, поскольку войну ту немцы вскоре проиграли, им пришлось заплатить победителям огромные контрибуции. Тут уж не до каких-то там подземных лодок.

Между тем мозги изобретателей продолжали работать. Аналогичную конструкцию в США попытался запатентовать Питер Чалми – сотрудник «фабрики изобретений», которую возглавлял не кто-нибудь, а сам знаменитый Томас Эдисон.

В списке изобретателей подземной лодки значится и Евгений Толкалинский, в 1918 году эмигрировавший из революционной России на Запад вместе со многими другими учеными, инженерами, изобретателями.

«Крот» под горой Благодать. Впрочем, и среди тех, кто остался в Советской России, нашлись светлые умы, взявшиеся за это дело. В 30-х годах XX века изобретатель А. Требелев, конструкторы А. Баскин и А. Кириллов создали проект некоего «подземохода», область применения которого обещала быть просто фантастичной. Например, подземная лодка доходит до нефтяного пласта и плывет от одного «озера» к другому, разрушая на своем пути горные перемычки. За собой она тянет трубопровод и, достигнув, наконец, нефтяного «моря», начинает оттуда качать черное золото.

В качестве прототипа для своей конструкции инженеры взяли… крота. Несколько месяцев они старательно изучали, как тот проделывает подземные ходы, и создали свой аппарат «по образу и подобию» этого животного. Только кое-что, конечно, пришлось переделать. Так, скажем, лапы с когтями пришлось заменить более привычными фрезами – примерно такими же, как у угледобывающих комбайнов.

Первые испытания лодки-крота прошли на Урале, в рудниках под горой Благодать. Аппарат вгрызался внутрь горы, своими фрезами крошил крепчайшие породы. Но конструкция лодки оказалась все же недостаточно надежной, ее механизмы часто отказывали, и дальнейшие разработки в данном направлении были признаны несвоевременными. Ведь на носу уже была Вторая мировая война.

Тем временем в Германии. Однако та же война, начавшаяся 1 сентября 1939 года, в Германии как раз послужила катализатором возрождения интереса к давней идее. До сих пор толком неизвестно, сам ли изобретатель В. фон Верн додумался до этой идеи, или ему кто-то помог отыскать старые документы в архивах немецкой разведки, однако в 1933 году он запатентовал свой вариант «подземохода».

Изобретение на всякий случай засекретили и отправили в архив. И неизвестно, сколько бы оно там пролежало, если бы на него в 1940 году случайно не наткнулся граф Клаус фон Штауфенберг. Несмотря на свой титул, он с восторгом принял идеи, изложенные в книге «Майн камф» Адольфом Гитлером. И когда новоявленный фюрер пришел к власти, среди его соратников был и фон Штауфенберг. Он быстро сделал карьеру при новом режиме, и когда ему на глаза попалось изобретение Верна, он понял его ценность.

Он довел суть дела до влиятельных чинов генштаба вермахта. Изобретателя вскоре разыскали и создали все условия, чтобы он мог реализовать свою идею на практике.

Дело в том, что в 1940 году генштаб разработал операцию «Морской лев», главной целью которой было вторжение нацистов на Британские острова. Вот тут бы подземная лодка и пригодилась бы. Пропахав землю под Ла-Маншем, такие лодки могли бы беспрепятственно доставлять в Великобританию отряды диверсантов, которые бы посеяли панику среди британцев.

Подземная лодка нацистов

Изобретатель пообещал сделать аппарат вместимостью до 5 человек, способный двигаться под землей со скоростью 7 км/ч, и нести боезаряд массой 300 кг. Согласитесь, этого вполне достаточно, чтобы провести внушительную диверсию.

Однако время шло, изобретатель продолжал возиться в своей лаборатории. Тут инициативу перехватил Герман Геринг, шеф люфтваффе. Он убедил фюрера, что не стоит заниматься «мышиной возней», когда доблестные асы Третьего рейха могут в считаные дни разбомбить Британию с воздуха.

По приказу Гитлера работы над подземной лодкой были свернуты. В небе Британии началась знаменитая воздушная война, которую, в конце концов, выиграли англичане. Солдатам вермахта так и не было суждено ступить на британскую землю.

Но это уже другая история.

Мечта Никиты Сергеевича. Ну а что же с подземной лодкой? Идея ее создания вовсе не канула в Лету. По крайней мере, в нашей стране.

Говорят, в 1945 году, когда после разгрома фашистской Германии вовсю рыскали трофейные команды бывших союзников, в руки спецагентов из ведомства Л.П. Берии попали чертежи и остатки странного механизма. Тут же были вызваны эксперты, которые и пришли к выводу, что перед ними аппарат, предназначенный для проделывания ходов под землей.

Проект отправили на доработку. Говорят, в 50-х годах ленинградский профессор Г. Бабат предлагал использовать для снабжения энергией «подземохода» сверхвысокочастотное излучение. А московский профессор Г. Покровский примерно в те же годы произвел расчеты, показывающие принципиальную возможность использования процессов кавитации не только в жидкой, но и в твердой среде. Пузырьки газа или пара, по его мнению, способны весьма эффективно разрушать горные породы.

Говорил о возможности создания «подземных торпед» и академик А.Д. Сахаров. По его мнению, можно создать условия, при которых подземный снаряд будет двигаться не в толще пород, а в облаке распыленных частиц, что обеспечит сказочную скорость продвижения – десятки, а то и сотни километров в час!

В общем, о разработке Требелева вспомнили снова. И с учетом трофейных добавок дело обещало выгореть. Тем более что проектом заинтересовался лично Н.С. Хрущев, сменивший у руля государства умершего И.В. Сталина.

Для серийного производства подземных лодок, испытания которых, по существу, еще и не начинались, в крымских степях срочно стали возводить огромный завод. А сам Никита Сергеевич публично пообещал в одной из своих речей достать империалистов не только из космоса, но и из-под земли!

Было создано несколько вариантов «подземохода», которые отправили для испытаний все туда же, на Урал. Первый цикл испытаний прошел удачно – подземная лодка со скоростью пешехода уверенно проделала ход с одного склона горы на другой. О чем, естественно, тут же было доложено правительству.

Возможно, именно эта весть и дала Никите Сергеевичу основания для его публичного заявления. Но он, как всегда, поторопился. Во время второй серии испытаний произошел загадочный взрыв, и подземная лодка погибла со всем своим экипажем, оказавшись замурованной глубоко в земной толще.

А тут и самого Никиту Сергеевича неожиданно попросили из Кремля. В одночасье из первого лица государства он превратился в обыкновенного пенсионера «по состоянию здоровья», на которое никогда не жаловался.

Пришедший на смену генсек Л.И. Брежнев стал закрывать все проекты, пользовавшиеся благосклонностью Хрущева. Так было прекращено строительство центра микроэлектроники в Зеленограде, постарались забыть и о подземной лодке. Тем более что никому не хотелось брать на себя ответственность за взрыв.

Глухой отзвук об этих работах остался лишь в романе Э. Тополя «Чужое лицо», где мастер детективного жанра описывает, как подземную лодку намеревались уж испытывать не где-нибудь, а у берегов США. Туда должна была отправиться ядерная субмарина, имея на борту новинку отечественного военно-промышленного комплекса. Там, по идее, подземную лодку должны были выгрузить, и она своим ходом собиралась добраться до самой Калифорнии, где, как известно, довольно часто случаются землетрясения. Лодка должна была оставить в заранее рассчитанном месте ядерный боезаряд, который мог быть взорван в нужный момент. А все его последствия затем бы списали на стихийное бедствие…

На счастье, ничего такого не случилось. Испытания подземной лодки, как уже говорилось, так и не были доведены до конца.

Недра штурмуют… ракеты?! Впрочем, даже многих энтузиастов создания «подземоходов» не устраивает идея дробления пород механическим способом. Как показывают современные проходческие щиты, при такой проходке тратится огромное количество энергии. И тем не менее щит движется со скоростью несколько метров в сутки. Это не «плавание», а скорее «ползание».

Ускорить процессы проходки пытались не раз. Так, в 1948 году инженер М. Циферов получил авторское свидетельство СССР на изобретение подземной торпеды – аппарата, способного самостоятельно двигаться в толще земли со скоростью 1 м/с. (Для сравнения: скорость агрегата Требелева – 12 м/ч.)

Циферов предложил способ бурения с помощью скрытого взрыва. Для этого им была сконструирована специальная головка бура, напоминающая гигантское сверло. Его режущими кромками служили две радиальные щели. Далее следовал пороховой отсек, в котором располагался заряд, взрывавшийся от электрического запала. В момент взрыва пороховые газы создавали в камере сгорания давление в 2000–3000 атмосфер! С огромной силой они вырывались из узких щелей головки, их реактивные потоки вращали бур. Как только отгорала одна шашка, из специального отсека через затвор, похожий по своему устройству на орудийный замок, подавалась новая.

С помощью подобного бура, как показали расчеты, можно пройти в глубь Земли на 12 км. Почему не больше? Штанга или трос, на которых висит бур, при больших глубинах погружения могут оборваться, не выдержав собственного веса.

Тогда, чтобы не связываться с тросом, Циферов предложил еще и подземную… ракету. Она была «перевернута вверх тормашками», чтобы выжигать и активно выталкивать грунт из проделываемой скважины. Со времени первой заявки прошло уже более полувека. Подземные ракеты ныне совершенствует сын изобретателя. Но в широкую практику они так и не внедрились. Почему?

Дело в том, что таким процессом очень трудно управлять. Запущенная ракета действительно в считаные секунды уходит вглубь на десятки метров. Но будет ли этот путь прямым? Ведь даже в воде торпеды, случается, уходят в сторону. Недра же куда более неоднородны, чем вода. Очень велик шанс, что при проходке снаряд «поведет» в сторону. А как говорит кавказская пословица, даже хромой, бредущий верной дорогой, обгонит всадника, скачущего не туда…

А вот и «ядерный крот». В конце XX века все больше энтузиастов, разрабатывавших идею создания подземного крейсера, склонялись к тому, что такой корабль должен быть атомным. Эту идею подхватили доктор технических наук Виктор Феодоров и его коллега, кандидат экономических наук Мухамед Кокоев, разработавшие проект «ядерного крота». Они подсчитали, что для проходки туннеля диаметром 1 м со скоростью 0,05 м/с нужно за секунду нагревать до температур 800—1000 оС 120–140 кг породы, что требует не менее 200–250 МВт тепловой мощности.

Это огромная мощность. Поэтому для экономии авторы предлагают не оставлять за проходческим комплексом свободный канал, а заполнять его разрушенной породой, перемещая ее с помощью специальных транспортеров. Тогда подвергать термообработке придется лишь относительно небольшую часть породы.

Устройство «ядерного крота» они видят примерно таким. Самоходный аппарат длиной в несколько десятков метров должен состоять из шарнирно-сочлененных блоков: ядерного реактора тепловой мощностью 4–5 МВт, парогазогенератора и турбогенератора мощностью 600–800 кВт. Кроме того, нужны секции навигации, связи, управления… Конечно, не обойдемся мы и без оборудования для разрыхления пород, транспортеров для их перемещения.

Интересная деталь проекта состоит в следующем. Верхняя часть земной коры состоит в основном из осадочных пород с относительно невысокой прочностью. И самое замечательное – в них всегда содержится много кристаллогидратной и адсорбированной воды, которая при нагреве породы до 300–500 °C интенсивно выделяется в виде паров.

Но это не все. Карбонаты и сульфаты, содержащиеся в породе, при нагреве до 900 °C и выше разлагаются с выделением не только воды, но и диоксида углерода и сернистых газов, которые тоже можно использовать для разрыхления недр.

Кроме того, из пород в результате термообработки получаются вяжущие материалы. Уплотняя их, «ядерный крот» создаст подземный канал длиной в сотни километров с укрепленными стенками.

Поддерживать связь с комплексом и управлять им дистанционно можно с помощью сверхдлинных радиоволн, подобно тому как ныне устанавливают связь с субмаринами, находящимися в подводном положении. А морская вода, между прочим, поглощает такие волны намного сильнее, чем обычные грунты.

Чтобы аппарат не сбивался с маршрута, на его борту должна быть предусмотрена навигационная система. Она же поможет обогнуть твердые породы, встретившиеся на пути.

Достигнув конечной цели, «крот» направится домой либо по ранее проложенному каналу, либо по новому маршруту.

Причем для экономичного и эффективного разрушения горных пород можно использовать результаты исследований, недавно проведенных, например, кандидатом технических наук В.М. Петровым. Он экспериментально показал целесообразность разрыхления горных пород с помощью микроволнового излучения.

Механика процесса такова. В горных породах практически всегда содержатся молекулы воды. Микроволновое же излучение, как известно на примере печей-микроволновок, весьма быстро и с малыми энергетическими потерями позволяет довести воду до кипения. Образующийся пар и произведет требуемые разрушения.

Такой способ не только досконально рассмотрен теоретически, но и проверен в ряде экспериментов, проведенных в Московском горном институте. Они показали, что при КПД современных магнетронов, доходящем до 85 %, такой способ вполне выгоден экономически, обладает рядом преимуществ перед механическими способами разрушения пород.

…Таким образом, получается, уже сегодня есть все предпосылки для создания подземной лодки. Надо только сообща взяться за дело и довести его до логического конца. И тогда, наконец, осуществится мечта фантастов прошлых столетий. А человечество получит возможность освоить еще один «океан» – подземный.

На поезде, как на самолете?

В мире ведутся разработки не только скоростных, но и сверхзвуковых поездов. Когда и как можно будет перемещаться по земле с той же скоростью, что и по небу?

Быстрее 1000 км/ч? Очередной бум, пожалуй, начался с того, что осенью 2010 года китайские инженеры объявили о начале разработки поезда, который сможет передвигаться со скоростью до 1000 км/ч. Причем, как рассказал один из участников работ, член Академии наук Китая Шень Чжиюнь, исследователи надеются воплотить проект в жизнь в течение 10 лет. Более того, такая скорость, по их мнению, не предел. Специалисты уверены: 4 и даже 6 тыс. км/ч – не фантастика, а дело не столь отдаленного будущего.

Чтобы достичь скоростей, свойственных скорее самолетам, чем поездам, китайские инженеры предлагают совершенно отказаться от колес и перейти к магнитной левитации, при которой поезда будут как бы парить над рельсами. Кроме того, двигаться они будут по трубам, закопанным под землю, почти как в туннеле метро. С той лишь разницей, что эти туннели будут вакуумными, то есть из них будет выкачан воздух, позволит уменьшить аэродинамическое сопротивление поезда.

В настоящее время в Юго-Западном Транспортном университете КНР полным ходом ведется разработка прототипа с рабочей скоростью в 500–600 км/ч. А через два-три года настанет черед более скоростного поезда, которому и предстоит побить рекордные 1000 км/ч.

Впрочем, не надо думать, что одни китайцы такие умные. Еще в начале 90-х годов XX века сотрудники японской строительной компании «Фудзита» замыслили построить геоплан – самолет, способный летать по подземному туннелю со скоростью 600 км/ч и более!

Подземная 400-километровая трасса между Токио и Осакой, двумя крупнейшими промышленными центрами Страны восходящего солнца, согласно проекту, будет иметь три яруса. На двух смогут летать геопланы, третий намечается использовать для движения поездов на магнитной подвеске. Ширина туннеля – 50–56 м – вполне достаточна, чтобы не только разместить задуманное, но и провести телекоммуникационные сети, трубопроводы. Закладка туннеля мыслится на глубине не менее 50 м, чтобы он был надежно защищен от сейсмических воздействий.

Геоплан станет разгоняться турбовинтовым двигателем. До скорости 300 км/ч воздушный лайнер будет скользить по специальной эстакаде, подобно современному железнодорожному суперэкспрессу. А превысив этот рубеж, оторвется от полотна и весь остальной путь совершит в полете.

По оценкам, строительство одного 400-местного геоплана обойдется в 15 млрд иен, а на сооружение трассы понадобится почти 30 трлн! Однако колоссальные расходы особо не пугают. Ведь быстрота, всего 50 минут, с которой можно преодолеть немалое расстояние между двумя городами, привлечет к новому виду транспорта множество пассажиров.

От идеи к реальности. Тут, видимо, стоит заметить, что о подобном транспорте мечтал еще в начале прошлого века петербургский доцент Борис Вейнберг. В 20-х годах он разработал проект поезда на электромагнитной подвеске, который должен был двигаться внутри специального трубопровода. Но в те годы стране нашей было не до скоростных подземных поездов.

Да и ныне, впрочем, железнодорожники бывшего СССР не могут похвастаться особыми успехами. Пока что поезда только в четырех странах мира – Китае, Японии, Германии и Франции – способны двигаться быстрее 500 км/ч. Да и то подобные скорости зафиксированы лишь во время испытаний.

Сверхзвуковой поезд на испытаниях

Тем не менее в этих странах ныне, похоже, всерьез нацелились на преодоление 1000-километрового барьера скорости. Для этого специалисты намерены использовать маглевы, то есть поезда, использующие магнитную левитацию. Принцип ее заключается в том, что при движении состав, в отличие от своих колесных аналогов, не касается поверхности рельса, а висит над ним на высоте 12–15 мм благодаря сильному электромагнитному полю.

В результате сила трения колес по рельсам не мешает развитию скорости, и поезда достигают 580 км/ч. Чисто теоретически состав можно разогнать и до первой космической скорости – 7,9 км/с. Однако для этого нужны и космические условия – прежде всего отсутствие аэродинамического сопротивления.

Причем если на дозвуковых скоростях движению мешает лишь трение о воздух, то на сверхзвуковых добавляется эффект скачка уплотнения. Например, перед летящим на сверхзвуковой скорости снарядом или самолетом виден полукруглый ободок, а внутри его нечто вроде линзы. Этот ободок и есть фронт скачка уплотнения, а эффект линзы создается более плотным воздухом, находящимся между этим фронтом и летящим телом. В результате потери энергии на преодоление сопротивления очень велики.

Чтобы избежать излишних потерь, конструкторы и собираются пускать сверхзвуковые поезда по вакуумным трубам. Белорусский дизайнер Павел Коняев даже разработал свой проект вакуумной дороги. Оболочка туннеля, внутри которого поедут поезда, должна будет представлять собой многослойную долговечную конструкцию из особо прочного железобетона с поперечными кольцами и продольными ребрами жесткости, а также компенсаторами для уменьшения продольных деформаций.

Внешне туннели будут выглядеть как серебристые трубы на бетонных опорах, полагает Коняев. И разместятся они на высоте около 6 м от поверхности грунта на особых опорах. При этом земли под дорогой можно осваивать как угодно – засевать, прокладывать обычные автодороги и т. д. Чтобы не огибать крупные водоемы или неровности рельефа местности, частично трубы можно будет проложить под водой или под землей.

Что же касается влияния на здоровье людей электромагнитных полей, наводимых при движении маглева, то, как показывают первые опыты, влияние выхлопных автомобильных газов намного вреднее. Между тем, по расчетам экологов, даже современные поезда на магнитной подушке выбрасывают в атмосферу в 112 раз меньше углекислого газа, оксидов натрия и прочих вредных веществ, чем автомобили, и в 29 раз меньше, чем обычные поезда.

Какие проблемы? Конечно, устройство такого пути намного сложнее, чем обычной стальной магистрали. В разрезе труба должна выглядеть так – обхватывающая оболочка вокруг шины с электромагнитами, подводящими кабелями и вспомогательным оборудованием. Оболочка трубы полностью закроет все внутренние коммуникации и предохранит их от природных осадков, ураганов, жары и холоды, от птиц, падения деревьев и т. д. Причем для каждого пути в целях безопасности должна использоваться отдельная оболочка-труба.

Однако закрытость может пойти и во вред. Что, если случится ЧП внутри туннеля, как это, например, произошло сравнительно недавно в железнодорожном туннеле, проложенном под Ла-Маншем? Чтобы люди при возникновении экстренных ситуаций (авария, пожар, теракт и т. д.) не оказались запертыми в безвоздушном пространстве, в трубе через каждые 3–4 км пути предусмотрены шлюзы, которые автоматически перекроют аварийный участок. В самом же поезде сработает автоматическая система торможения. И как только он остановится, начнет работать вентиляция. Вакуум в туннеле сменится обычной земной атмосферой.

Когда давление в трубе сравняется с внешним, откроются люки туннеля и поезда и люди смогут подняться на поверхность или выйти в эвакуационные подземные туннели. Шлюзы запланированы и на станциях. При въезде поезда в привокзальный шлюз туда подается воздух, давление выравнивается, и состав выезжает на перрон.

Единственное ограничение для прокладки вакуумных путей Павел Коняев видит в сейсмической опасности. Над этим думают и японские инженеры, для которых проблема землетрясений – одна из основных. Поэтому они предлагают прокладывать транспортные магистрали поглубже в недрах Земли. А это потребует огромных вложений. Так, по расчетам Павла Коняева, километр трубы, проложенной даже на поверхности, обойдется примерно в 60 млн долларов. Пока меценатов, готовых рискнуть огромными деньгами для строительства хотя бы опытного участка, в мире не нашлось.

Передвижные АЭС

Разговоры о них ведутся давно. В середине XX века, например, многие эксперты всерьез полагали, что именно атомные локомотивы, автомобили, корабли, самолеты и ракеты станут основой транспорта XXI века. Однако очередного «чуда техники» пока не получилось. Почему? Давайте попробуем разобраться.

Планов громадье. Как только в Обнинске в 1947 году заработала первая в мире стационарная АЭС, ученые и конструкторы стали мечтать о оснащении «ядерными котлами» транспортных средств. Определенная логика в том была. Заправил ядерную силовую установку один раз, и можно отправлять в кругосветное путешествие, не заботясь более о запасах топлива.

Первыми эту мечту начали осуществлять моряки. Атомные подлодки и ледоколы, как известно, верой и правдой служат вот уже многие десятилетия. Хотя и здесь, как стало известно относительно недавно, после снятия пелены секретности, реакторы на атомные подлодках несколько раз были на грани взрыва.

Да и ныне, когда многие атомоходы выработали свой ресурс, никто толком не знает, что с ними делать, как их утилизировать с наименьшим вредом для экологии? Вот и стоят они пока в затонах, подальше от людских глаз и постепенно ржавеют.

С атомолетами дела пошли и того хуже. Проект ядерной установки открытого типа, когда продукты радиоактивного распада выбрасывались в атмосферу, был забракован И.В. Курчатовым еще на стадии предварительного проекта. Он понимал, что такой, с позволения сказать, транспорт даже без всяких аварий за пару десятилетий превратит планету в радиоактивную пустыню.

Установки же закрытого типа, подобные тем, что стоят на атомных подлодках, требуют мощной свинцовой защиты для экипажа, что делает ее практически неподъемной. Кроме того, даже одетая в свинцовый кокон, такая установка все же несет немалую опасность для окружающей среды в случае аварии или катастрофы самолета.

Поэтому ядерные реакторы прижились лишь в космосе. Да и то их стараются применять как можно реже, памятуя, как однажды очередной советский «Космос» с ядерной установкой на борту свалился на территорию Канады и руководству СССР пришлось изрядно раскошелиться, а дипломатам немало потрудиться, чтобы замять скандал. А в США дело дошло даже до суда, когда общественность обнаружила изотопный реактор на борту межпланетного зонда, отправляющегося к окраинам Солнечной системы. Запустить его удалось, лишь клятвенно заверив судью, что никакой аварии на старте не будет. Дескать, все предусмотрено до мелочей…

Попытки поставить ядерные реакторы на атомные локомотивы и автомобили тоже, по существу, завершились провалом на самой ранней стадии. Уже первый образец мобильной АЭС «Памир», созданной сотрудниками Института ядерной энергетики Белорусской АН на базе двух тягачей МАЗ-5637, показал низкую надежность конструкции и был законсервирован.

Плавучий атомный энергоблок

Куда более пафосно выглядела идея мегапоездов на ядерной тяге. Как сообщала газета «Гудок» в 1956 году, они должны были состоять из могучего атомного локомотива и гигантских вагонов, поставленных на сверхширокую колею, которая в 2,5–3 раза превышала бы по ширине принятый в нашей стране стандарт – 1520 мм. При этом грузовместимость товарных вагонов этого класса могла бы быть сравнима с аналогичным показателем речного грузового судна, а двухэтажные пассажирские вагоны предложили бы путникам небывалый простор и комфорт. Однако до строительства сверхшироких магистралей дело не дошло и по сей день. А вместе с ними увяла и идея создания мегапоездов.

Возвращение к былому? Тем не менее ядерщики на том не успокоились. И лет десять тому назад исподволь начали кампанию по проталкиванию концепции строительства плавучих атомных теплоэлектростанций (ПАЭС). При этом концерн Росэнергоатом намеревался до 2015 года построить флотилию из 8 плавучих атомных теплоэлектростанций. Вот что рассказывал об этом тогда журналистам заместитель генерального директора концерна Сергей Крысов.

Еще в 70-х годах XX века в нашей стране были созданы плавучие электростанции «Северное сияние». Ток они вырабатывали с помощью авиационных турбин, отработавших свой ресурс в небе. Однако опыт эксплуатации таких станций показал: работают они крайне шумно и потребляют большое количество топлива, которое в условиях Крайнего Севера – немалый дефицит.

А потому энергетики задумались, как можно получать тепло и электричество и без особого шума и при малом расходе топлива. Необходимость же в подобных теплостанциях большая. По подсчетам статистиков, население двух третей территории России каждую зиму испытывает нехватку света и тепла, согреваясь с помощью мазутных и угольных котельных, топливо для которых приходится доставлять корабельными караванами, а в экстренных случаях – и самолетами. Плавучие атомные электростанции позволят покончить с такой практикой.

Весной 2007 года на стапелях завода «Севмаш» в Северодвинске, где раньше обычно строились подводные атомные лодки, должна была состояться закладка первого плавучего теплоэнергоблока с реактором КЛТ4 °C. Завершение строительства намечалось на 2010 год.

Было объявлено, что есть уже и первые потенциальные покупатели ПАЭС. Одними из первых высказали свою заинтересованность в новых источниках энергоснабжения представители Газпрома. Администрация Чукотского автономного округа тоже не прочь заполучить такую станцию и поставить ее в районе г. Певек. Здесь дополнительная энергия требуется для дальнейшего наращивания золотодобычи.

Обнаружились возможные покупатели и за рубежом, Например, в подобных электростанциях весьма нуждается Индия, которой нужны энергетические мощности для опреснения морской воды. Кроме Индии, в подобных установках заинтересованы Китай, Индонезия, страны Персидского залива и Африки.

И для севера, и для юга. В обоих вариантах, и в южном, и в северном, основу ПАЭС составляют один или два реактора, а точнее – энергетических блока с реакторными установками типа КЛТ4 °C, которыми обычно оснащают ледоколы и подводные лодки. Только в данном случае их монтируют на металлической или даже железобетонной барже. Причем в последнем варианте корпус получается дешевле и не так подвержен коррозии. Прочность же и мореходные качества его таковы, что это специфическое сооружение можно буксировать даже через океаны.

По соседству с энергетическими блоками расположится хранилище ядерного топлива, отсеки с подсобным оборудованием. На корме – помещения, где с удобствами будет находиться персонал станции, порядка 50 человек, работающих вахтовым методом.

В условиях энергетического кризиса, затрагивающего многие регионы страны и мира, плавучая АЭС может предоставить недорогую энергию, а мобильность позволяет относительно легко перемещать ее с места на место. Причем стоимость создания такой станции значительно ниже, чем стационарной АЭС, утверждают разработчики. Ведь ее можно построить прямо на заводе и доставить на место уже в готовом виде.

Далее мощные океанские буксиры в сопровождении конвоя ВМФ оттащат станцию в то место, где ей предстоит работать. Там ее пришвартуют к заранее подготовленному пирсу, подсоединят провода, включат реактор, и на 10–12 лет местные власти могут забыть о проблемах с теплом и электричеством. По истечении этого срока ПАЭС просто отбуксируют на завод для профилактики, а на ее место встанет новая «ядерная баржа».

Технические же параметры станции как раз хорошо подходят для небольших городов: ее реакторы способны выдавать порядка 70 МВт электроэнергии и около 140 Гкал/ч тепла. Этого хватит на то, чтобы осветить и обогреть город с населением примерно 200 тыс. человек или большое промышленное предприятие.

А если террористы? Таковы хозяйственные плюсы проекта. Но есть у него и минусы. Во-первых, не опасно ли иметь у себя под боком в том или ином городе, по существу, плавучую ядерную бомбу? А если авария? А если террористы?..

Специалисты рассеивают подобные опасения следующим образом. Ныне Финляндия, Франция и Япония усердно наращивают мощности атомной энергетики. По тому же пути идут Иран, Индия и Китай. Естественно, Россия, одна из основных ядерных держав, тоже не желает оставаться в стороне.

У российских проектировщиков ПАЭС энтузиазм, кроме всего прочего, вызывает и тот факт, что большинство стран, желающих получить атомную энергию и пресную воду, не входят в Договор о нераспространении ядерного оружия, а следовательно, им не «светит» получение «ядерной баржи» в собственность. Они могут попросить пригнать ее к своим берегам при условии, что обслуживать ПАЭС будут российские специалисты и все отработанное ядерное топливо будет возвращаться в Россию. Таким образом, в перспективе мы можем получить неплохой выход на международный рынок.

Впрочем, противников у проекта все равно немало. В первую очередь это экологические организации. Так, скажем, эксперты знаменитой норвежской «Белуны» утверждают, что защита ПАЭС от возможных аварий и от угрозы теракта проработана недостаточно. Ведь реакторы ледокольного типа, которые планируется поставить на плавучих станциях, никогда еще не эксплуатировались в течение 40 лет (а именно таков заявленный срок службы плавучей станции), и, значит, предусмотреть все варианты их «поведения» просто невозможно.

«Реакторная установка типа КЛТ4 °C работает на высокообогащенном уране, который без особой дальнейшей переработки можно использовать для создания ядерного взрывного устройства атомной бомбы, – сказано в заключении “Белуны”. – Для производства атомной бомбы нужно не менее 3 кг урана-235 с обогащением в 20 %. Только в одном реакторе ПАЭС содержится, таким образом, расщепляющийся материал, достаточный для создания многих десятков атомных бомб».

Однако у наших специалистов, связанных с проектированием станции, мнение прямо противоположное. Как сообщил журналистам Сергей Крысов, ПАЭС имеет 5 барьеров радиационной защиты – это даже больше, чем на атомных подлодках. Станция, по расчетам, способна выдержать землетрясение до 6 баллов, жесточайший шторм и имеет защиту реактора, способную выдержать даже падение на нее самолета.

Что же касается возможности создания атомной бомбы из украденного с ПАЭС урана, то давайте рассуждать логически, сказал он. Во-первых, до сих пор не было ни одного случая захвата террористами АЭС. Они все-таки не дураки и знают, что, во-первых, с охраной атомной станции лучше не связываться – службу там несут профессионалы высочайшей пробы. Во-вторых, надо быть самоубийцей, чтобы вскрыть работающий реактор. Да и при вскрытии все равно из полученного топлива атомную бомбу никогда не сделать, поскольку на АЭС используют уран все-таки малопригодный для оружейного применения.

Что касается кражи отработанного ядерного топлива, то его даже на «грязную» бомбу вряд ли хватит. Просчитано, что эффект от такого применения будет примерно такой, как от неисправной рентгеновской установки в поликлинике – облучиться можно, лишь оказавшись в непосредственной близости от очага радиации, подчеркнул Крысов.

Гладко было на бумаге… Казалось бы, все, инцидент исчерпан. Однако на исходе уже 2011 год, а первой ПАЭС, успевшей получить даже собственное имя «Михаил Ломоносов», как не было, так и нет. И похоже, уже и не будет. В чем дело?

Началось все с того, что по мере строительства ПАЭС стоимость ее росла «не по дням, а по часам». Если в декабре 2006 года проект оценивался в 2 млрд 609 млн рублей, то через несколько месяцев стоимость возросла до 5,5 млрд. В марте 2007 года она составляла уже 9 млрд. А в мае 2007 года «плавучка» потянула на 11,2 млрд рублей. Ныне цена водоплавающей АЭС зашкаливает уже за 27 млрд рублей.

В итоге «Севмаш» отказался от строительства станции. Заказ передали на Балтийский завод Санкт-Петербурга. Но и там, судя по всему, дела идут ни шатко ни валко. Во-первых, завод вроде бы собираются переводить за черту города, и ему пока не до новых заказов. Во-вторых, в немалой степени затягиванию работ, кроме чисто технических и финансовых трудностей, способствует и политическая обстановка как внутри страны, так и за рубежом. Сначала разразился скандал в Иране вокруг Бушерской АЭС. Не успел он толком затихнуть, как в Японии цунами, по существу, развалило два реактора АЭС «Фукусима-1», которую теперь частенько называют «вторым Чернобылем».

Далее, участившиеся выходки террористов вызывают справедливое опасение: «А что будет, если они выберут в качестве объекта атаки именно ПАЭС?» Охранять плавучую станцию, как говорят эксперты, все намного сложнее, чем наземный объект. И тут ничего не спрячешь под землю. Наконец, штормы на море происходят все же намного чаще, чем землетрясения на суше…

В таких условиях надо ждать, что многие потенциальные покупатели откажутся от своих первоначальных намерений. В общем, не случайно многие СМИ уже прозвали ПАЭС «ядерной погремушкой Росатома». Обидно, но справедливо. Хотя и жаль все-таки хорошей идеи, которая заложена в конструкцию. Хотели же как лучше…

Чудеса военной техники

Все знают, что драться – плохо. А воевать – тем более. Тем не менее всю свою историю люди только и делают, что воюют между собой, а самые лучшие идеи, изобретения применяют прежде всего в ратном деле.

Гиперболоиды XX века

В 1965 году на экраны СССР вышел фильм «Гиперболоид инженера Гарина» по одноименному роману Алексея Толстого, написанному в 20-х годах. Но, глядя, как злодей Гарин уничтожает целые заводы огненными лучами, мало кто из зрителей знал, что у него был свой прототип – инженер А.А. Цимлянский, который в начале XX века действительно пытался создать некую «тепловую пушку». Еще меньше народу ведало, что в середине 50-х годов советские ученые A.M. Прохоров и Н.Г. Басов изобрели оптический квантовый генератор, который, среди прочего, стал основой и для создания боевых лазеров – гиперболоидов XX века.

Детище холодной войны. Началась же эта научно-техническая эпопея в 1963 году, когда заместитель министра обороны СССР А.А. Гречко поручил ведущим советским физикам-лазерщикам приспособить квантовый генератор для военных целей. Не знаю, читал ли Гречко фантастический роман А.Толстого или почерпнул свои сведения из секретной разведсводки, в которой говорилось, что подобные работы ведутся в США, но приказ был совершенно четким: устройства должны реально работать. И точка.

Для этого перепрофилировали специальное конструкторское бюро «Вымпел» и концу 60-х годов создали ЦКБ «Луч» (позже переименованное в НПО «Астрофизика»). Работы по лазерной тематике велись также в НИИ и КБ с благородными названиями «Алмаз», «Альтаир», «Радуга» и т. д. Разработки курировал секретарь ЦК партии, в дальнейшем министр обороны Дмитрий Устинов.

Холодная война в те годы шла полным ходом. Назревала опасность ядерного апокалипсиса, а потому одной из основных задач было создание эффективной противоракетной и противовоздушной обороны. В итоге в 1964 году появилась «Терра» – программа разработки лазеров высокой мощности для уничтожения ракет. Испытания их проводили на расположенном в Казахстане секретном полигоне Сары-Шаган, близ озера Балхаш, где был выстроен экспериментальный комплекс.

Боевой лазер на самолете США

Бывший командующий Войсками противоракетной и противокосмической обороны Советского Союза генерал-полковник Юрий Вотинцев как-то вспоминал: «Десятого октября 1983 года во время тринадцатого полета американского космического корабля “Челленджер”, когда его витки на орбите проходили в районе государственного полигона войск ПВО страны у озера Балхаш, была включена наша лазерная установка в минимальном режиме. Высота орбиты составляла 365 км. Тем не менее, как сообщал экипаж “Челленджера”, на корабле внезапно отключилась связь, возникли сбои в работе аппаратуры, да и сами астронавты почувствовали недомогание»…

Подоплека же этого случая, по всей вероятности, такова. На первое место поначалу была выдвинута программа уничтожения ракет. Дело в том, что в США одной из ключевых позиций знаменитой программы «звездных войн» (или, официально, стратегической оборонной инициативы – СОИ) был проект создания лазерного оружия, способного поражать технику противника на огромном расстоянии не только на Земле, в атмосфере, но и в космическом пространстве, где обычное оружие малоэффективно.

Однако, как известно, программа СОИ была свернута даже раньше, чем ее вдохновитель – президент США Рональд Рейган – покинул свой пост. Одни полагают, это произошло потому, что бывший голливудский актер, потрафив военно-промышленному комплексу, дал команду на разработку заведомо непригодного оружия. Согласно другой версии, Рейган был вовсе не так глуп, как иногда показывал. И программа СОИ с самого начала была своего рода блефом; американцы хотели втянуть СССР в чрезмерные расходы, которые должны были окончательно подорвать экономику Страны Советов. И наконец, есть третья версия, утверждающая, что программу СОИ американцев заставил свернуть наш «ассиметричный ответ». На ней и остановимся подробнее как на наиболее любопытной.

Согласно ей получается, что в США с программой СОИ вовсе не блефовали, а работали всерьез. И кое-чего добились. Так, в октябре 1997 года информационные агентства дали короткую заметку об эксперименте американцев, заключавшемся во «взаимодействии наземного лазера и спутника на орбите». О подробностях особо не распространялись – эксперимент был строго засекречен. Но шила в мешке не утаишь… Вскоре стало известно, что инфракрасный химический лазер, базировавшийся на полигоне в штате Нью-Мексико, сделал два «выстрела» по спутнику ВВС США, находившемуся на орбите высотой 420 км, и повредил его.

МИД России тотчас выразил свое беспокойство, посчитав, что данный эксперимент является нарушением международных договоренностей. Впрочем, пока российские дипломаты делали свою работу, технические специалисты – свою. Что и дало возможность М.С. Горбачеву как-то обронить фразу об «асимметричном ответе». А чтобы американцы не думали, что первый (и последний) президент СССР просто болтает языком, членам Конгресса США вскоре было продемонстрировано «сверхсекретное русское чудо» – СО2-лазер мощностью 1 МВт, предназначенный для уничтожения неприятельской военной техники, в том числе и спутников, ракет и т. д.

Демонстрация, судя по всему, получилась впечатляющей, и конгрессмены намотали на ус вывод, который напрашивался сам собой. Зачем гробить кучу денег на космическую технику, которая довольно просто нейтрализуется с земли? Говорят, именно это соображение и привело, в конце концов, к свертыванию программы «звездных войн».

«Чудо» можно передвинуть. Создан же был чудо-лазер усилиями специалистов Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ), расположенного в Подмосковье. Когда же выяснилось, что он в качестве оружия, скорее всего, уже не понадобится, команда специалистов, в которую, помимо сотрудников ГНЦ РФ ТРИНИТИ, вошли представители НПО «Алмаз», а также НИИ электрофизической аппаратуры имени Д.В. Ефремова и Государственного внедренческого малого предприятия «Конверсия», разработала на его основе мобильный лазерный технологический комплекс МЛТК-50. Его излучение способно на расстоянии в десятки метров, сквозь пламя пожара, быстро и без особых хлопот срезать, например, нефтяную вышку, если в том будет необходимость.

При этом, как выяснилось из разговора с создателями этого комплекса, сложнее оказалось сделать не военный, а гражданский вариант комплекса. И вот почему. Военная техника чаще всего эксплуатируется в экстремальном режиме, на пределе. И конструкторов ее вообще-то не так уж заботят экономичность, долговечность, простота изготовления и обслуживания… Главное для них – выполнить поставленную боевую задачу. А вот на гражданке критерии несколько иные. Тут техника должна работать долго, не капризничать, не требовать для своего обслуживания особо высококлассных специалистов. И стоить как можно дешевле, поскольку денег в нашем народном хозяйстве вечно не хватает.

Имея в виду такие критерии, специалисты ТРИНИТИ и их коллеги создали комплекс, который, в отличие от многих стационарных, базируется на двух модулях-платформах – модифицированных серийных автоприцепах Челябинского завода.

На одной платформе размещается генератор лазерного излучения, включающий в себя блок оптического резонатора и газоразрядную камеру. Здесь же устанавливается система формирования и наведения луча. Рядом располагается кабина управления, откуда ведутся программное или ручное его наведение и фокусировка…

На другой платформе находятся элементы газодинамического тракта: авиационный турбореактивный двигатель Р29-300, выработавший свой летный ресурс, но еще способный послужить в качестве источника энергии; эжекторы, устройство выхлопа и шумоглушения, емкость для сжиженной углекислоты, топливный бак с авиационным керосином и т. д.

Таким образом, тягачи могут доставить комплекс практически повсюду, где способен пройти автотранспорт. По приезде же на место достаточно 2–3 часов, чтобы привести систему в рабочее состояние. Обслуживается комплекс всего тремя специалистами.

Как показали испытания, МЛТК-50 может быть весьма действен не только при ликвидации пожаров на газовых скважинах, но и при утилизации старых кораблей и подлодок (луч режет корабельную сталь толщиной до 120 мм с расстояния 30 м), разделке скального массива в каменоломнях, при дезактивации поверхности бетона на АЭС методом шелушения поверхностного слоя, выжигании пленки нефти, разлитой по поверхности акватории…

Причем для него не нужно создавать особую рабочую среду, тщательно следить за герметичностью и возможными утечками. Лазер работает по так называемой открытой схеме на обычном атмосферном воздухе. В него лишь добавляют немного углекислого газа. А для этого и одного баллона на все время работы хватает.

Еще одна задумка, которая уже понемногу начала претворяться в жизнь, – создание на основе МЛТК-50 целой гаммы подобных комплексов различной мощности. Например, МЛТК-5, то есть комплекс с мощностью в 10 раз меньшей, чем его старший собрат, вполне способен решать, скажем, такую производственную задачу. Представьте себе турбину большой гидроэлектростанции. Весит такая махина 150–200 т, а то и более, да и габариты соответствующие. Так что транспортировка ее всегда представляет собой задачу уникальной сложности. А тут выясняется, что турбина выработала свой ресурс. Точнее, она могла бы еще поработать, да вот поверхности особо интенсивного трения – там, где подшипники, – начали стираться. Что делать?.. И тогда прямо в машинный зал ГЭС доставляют МЛТК-5 и с его помощью проводят лазерное напыление, восстановление истертых поверхностей. И турбина после такого ремонта может проработать еще почти столько же…

Еще одна оригинальная идея: с помощью лазера сравнительной небольшой мощности можно эффективно бороться с вредителями сельского хозяйства – например, хлопковой или табачной совкой. Обычно с этими паразитами воюют с помощью ядохимикатов, дополнительно загаживая и так уж не очень экологически чистую почву. Наши специалисты предложили другой способ.

В вечерних сумерках к краю поля подъезжает «газель» с оборудованием. Сначала включается прожектор со специально подобранным светофильтром. На свет, как известно, очень любит собираться всякая мошкара, насекомые, даже птицы прилетают. Так вот светофильтры нужны для того, чтобы наилучшим образом привлекать именно совку. А когда та поднимется на крыло, тут же ударят по ней лучом лазера. Быстро, чисто и без особых затрат.

Говорят, аналогичный способ хотят использовать и против знаменитой саранчи, способной съесть весь урожай на корню.

И на военном поприще на основе мощных лазеров было разработано немало полезных устройств. Например, был создан мощный квантовый локатор, с помощью которого можно было за сотни километров определить расстояние до цели, ее размеры, форму и траекторию движения.

Судьба «Диксона». Следующая задача, которую пришлось решать лазерщикам, – создать эффективные квантовые генераторы, которые бы можно было размещать на борту судов, самолетов, а также на наземной бронетехнике.

Результаты тут получились такими. КБ «Альтаир» работало над созданием корабельной лазерной системы ПВО. В целях наибольшей секретности установку разместили на сухогрузе «Диксон».

Как водилось в ту пору, все работы получили гриф секретности и нейтральное название «Тема “Айдар”». Однако сами непосредственные участники этого проекта окрестили его «золотой рыбкой», поскольку стоил он бешеных денег – сотни миллионов тогдашних советских рублей.

Впрочем, хотя финансовые потоки лилось рекой, ход работ то и дело тормозился серьезными проблемами научно-технического плана. То силовую установку корабля пришлось модернизировать, то зеркало вручную дополировывать, то дополнительный компьютер ставить…

Тем не менее в конце 1979 года бывший сухогруз перевели на Черное море, в Феодосию. В Крыму на судоремонтном заводе имени Орджоникидзе был произведен окончательный монтаж пушки и систем управления. Там же на корабль пришел постоянный экипаж – моряки и шесть сотрудников НИИ. И корабль пошел в Севастополь.

Вопреки старой морской традиции, приход на новое место базирования прошел тихо – без традиционного оркестра и застолья. «Диксон» поставили особняком даже от боевых кораблей на 12-й причал Северной бухты. Несколькими днями раньше подходы к пирсу обнесли бетонным забором высотой 4 м, поверх которого натянули проволоку и пустили ток. На пирс, а тем более на корабль пускали только по спецпропускам.

Летом 1980 года. «Диксон» вышел на испытания и произвел запуск луча с дистанции в 4 км по специальной мишени, расположенной на берегу. Оттуда доложили по радио: «Есть попадание!» Однако ни самого луча, ни разрушений мишени никто из наблюдателей не увидел. Попадание вместе со скачком температуры зафиксировал лишь установленный на мишени тепловой датчик.

Анализ результатов испытания показал, что КПД луча составил всего лишь 5 %. Все остальное «съели» испарения влаги с поверхности моря, неоднородности атмосферы и т. д. Тем не менее «наверх» было доложено: результаты стрельб обнадеживают.

Правда, дальнейшие испытания охладили пыл тогдашнего главкома ВМФ адмирала С. Горшкова, который мечтал установить лазерные гиперболоиды чуть ли не на каждый корабль. Помимо низких боевых характеристик система оказалась громоздкой и сложной в эксплуатации. Хотя сам выстрел длился менее секунды, на подготовку к нему уходило более суток. Стало понятно, что установку надлежит основательно дорабатывать.

Над ней бились до 1985 года. В конце концов, лазерный луч стал прожигать обшивку самолета на дистанции 400 м. Однако для создания эффективной ПВО этого было очень мало. И с наступлением новых времен денежный поток у Министерства обороны стремительно обмелел. И об «Айдаре» забыли. Причем настолько, что при дележе Черноморского флота «Диксон» вместе со всем оборудованием достался Украине.

А в итоге в 1995 году министерство обороны США в качестве металлолома закупило у Украины несколько кораблей, которые нашим братьям-славянам оказались ни к чему. Среди них оказался и «Диксон» с лазерной боевой установкой. Американцы же, обнаружив 35-мегаваттные силовые генераторы, специальные поворотные механизмы, тут же установку засекретили. И что с ней сталось далее, неизвестно.

Лазерный Ил и его конкуренты. Параллельно с наземной и судовой лазерной установкой разрабатывался и авиационный боевой лазер. В середине 70-х годов Таганрогский машиностроительный завод получил секретное распоряжение: создать авиационный лазерный комплекс. И уже в августе 1981 года над советскими просторами воспарил первый лазерный самолет – А-60. Сделали его на базе Ил-76, внеся серьезные изменения в конструкцию. Так, в носовой части самолета был установлен обтекатель с системой лазерного наведения, под ним, по бокам фюзеляжа, расположились турбогенераторы, а наверху раскрывались створки люка, из которого выдвигалась лазерная пушка.

Официально этот комплекс якобы предназначался для того, чтобы исследовать распространение лазерных лучей в верхних слоях атмосферы. Но, по некоторым данным, на счету А-60 было множество сбитых лазером воздушных целей. Впрочем, это и не удивляет. Не так давно США объявили о том, что им удалось сбить баллистическую ракету при помощи установленного на самолете боевого лазера. Так что, возможно, СССР опередил в этом Америку лет на тридцать.

Тем не менее судьба самого А-60 довольно печальна. Вскоре после проведения цикла испытаний он сгорел при невыясненных обстоятельствах на стоянке аэродрома Чкаловский.

Впрочем, американцы же в этом отношении тоже оказались не очень удачливы. В 1996 году Пентагон заключил с дочерней фирмой «Боинга» – Boeing Defense and Space Group контракт на 1,1 млрд долларов, который предусматривал разработку боевого лазера, размещаемого на борту самолета. Причем такой мощности, что он был бы способен сбивать баллистические ракеты. Программа получила индекс YAL-1A. Сам проект назвали «Воздушный лазер» (Airborne Laser), сокращенно ABL.

Поскольку для высокоэнергетического лазерного луча требуется много энергии, а мощную электростанцию в небо не поднимешь, американские конструкторы применили химический лазер на основе жидкого кислорода и металлического йода. В американской прессе он называется Chemical Oxygen Iodine Laser (COIL). Такой квантовый генератор способен вырабатывать луч мощностью 1 МВт (мегаватт), мало затухающий в атмосфере. Дальность действия определялась в 400–460 км.

Первоначально предполагалось оснастить лазером самолет-заправщик КС-53А, но его грузоподъемность оказалась недостаточной. Поэтому был использован «Боинг-747-400Р» со стартовой массой 340 т, из которых 72 т отведены непосредственно под лазерное оборудование.

Проектировщики хотели разместить в самолете 14 модулей по 1 МВт, что в сумме давало 14 МВт. Но к 2003 году не удалось создать достаточно компактные агрегаты, а из тех, что сумели сделать, в «Боинг-747» уместилось только шесть. Уменьшение мощности до 6 МВт тут же сократило дальность действия лазера до 250 км. Запаса жидкого переохлажденного кислорода и мелкодисперсного порошкообразного йода на борту хватало для осуществления 20–40 лазерных «выстрелов».

В 2005 году конструкторы намеревались приступить к летным испытаниям лазерной пушки, а Пентагон собирался заказать 7 таких машин. Но тут обнаружилось, что при химической реакции кислорода с йодом на каждый ватт электроэнергии вырабатывается 4 Вт энергии тепловой. Алюминиевые конструкции фюзеляжа перегреваются, а это чревато катастрофой. Большие проблемы с безопасностью вызывают и емкости с жидким кислородом, утечка которого тоже грозит взрывом и катастрофой.

Тем не менее в начале 2009 года американцы начали испытательные полеты. Летом того же года представитель корпорации «Боинг» Гэри Фитцмайер заявил об успешных полетных испытаниях тактической лазерной пушки. Правда, пока пришлось ограничиться лазером меньшей мощности, установленным на борту самолета С-130Н, рассказал он. Далее разработчик поведал, что «стрельба квантовым лучом велась по наземным целям на полигоне в штате Нью-Мексико».

Казалось бы, первый успех достигнут. Однако Пентагон не торопится трубить об успехе. Более того, ныне поговаривают, программа «Воздушный лазер» может остаться без финансирования. Что же произошло? Оказывается, военные недовольны как недостаточной мощностью лазера, так и тем, что на его эффективность оказывает очень большое значение прозрачность атмосферы.

И на земле, и в космосе. Все же исследования в этой области не прошли даром, и в начале 80-х на вооружение Советской армии начала поступать секретная лазерная техника. Она оказалась относительно «мирной», то есть не жгла противника смертоносными лучами (их мощности все еще не хватало), а служила лишь для его ослепления.

Например, задачей лазерного танка было обнаружить цель, оснащенную оптико-электронными приборами, и ударить по ней мощной лазерной вспышкой. Как правило, такая атака полностью выводила из строя системы наведения вражеской техники и ослепляла наводчика, повреждая сетчатку глаз.

Первым в 1982 году занял место в армейском строю самоходный лазерный комплекс «Стилет». Разработкой его занималось все то же НПО «Астрофизика». Спустя год к «Стилету» присоединился более совершенный «Сангвин», способный атаковать не только наземные, но и воздушные цели. А в 1992 году был создан комплекс «Сжатие» – танк, оснащенный многоканальным лазером. Но он уже в войска не попал – помешал развал Советского Союза.

К сказанному можно добавить, что лазерные комплексы наши спецы намеревались использовать не только на земле, в воздухе, на море, но и непосредственно в космосе.

Дело в том, что в 80-х годах прошлого века американцы планировали выводить на орбиту спутники, которые из космоса смогут поражать как летящие ракеты, так и наземные и водные объекты. Чтобы противостоять им, советские инженеры и ученые представили руководству СССР проект, предполагавший создание лазерных спутников, способных прямо на орбите уничтожать американские космические объекты, а впоследствии – и наземные. Именно для этих целей была сконструирована космическая станция «Скиф».

Вслед за «Скифом» СССР намеревался запустить и «Скиф-Стилет», созданный на основе земного «Стилета» – того самого «ослепляющего» танка, о котором говорилось выше. Разрабатывались также более мощные лазеры космического базирования, способные уничтожать наземные и космические объекты.

И вот подошла пора отправиться в космос первому «Скифу». К ракете «Энергия» сбоку прицепили контейнер. Но, по-видимому, наших специалистов мучили какие-то сомнения. Во всяком случае, вместо настоящего лазера на орбиту сначала решили отправить макет. Старт состоялся в мае 1987 года и закончился аварией.

Ну а дальше началась перестройка, пошли мирные инициативы советского правительства в отношениях с США. Все это и поставило крест на дальнейшем развитии проекта.

«Глаза» войны

Эти устройства долгое время проходили в войсках под грифом «Совершенно секретно». И только недавно у нас появилась возможность рассказать о том, каким же образом воины получили возможность видеть в темноте.

Видеть ночью, словно днем… Когда мы вышли в коридор и главный конструктор Научно-производственного объединения «Геофизика» Юрий Кириллович Грузевич выключил свет, наступила тьма, хоть глаз выколи. Но не надолго. Стоило мне надвинуть на глаза прибор, во многом похожий на обычный бинокль, как я словно бы прозрел. В ночной тьме стали отчетливо видны силуэты людей, а их глаза почему-то засветились прямо-таки дьявольским светом.

Потом, в обычной обстановке, Юрий Кириллович рассказал мне, что к чему и каким образом работает подобная техника.

Люди, как известно, обладают цветным зрением, позволяющим им различать все цвета радуги и еще множество различных оттенков. Но за все надо платить. И в данном случае обилие колбочек в глазной сетчатке, отвечающих за восприятие цвета, привело к тому, что у нас мало палочек – тех самых крошечных элементов, которые позволяют кошке видеть ночью почти столь же хорошо, как и днем.

Прибор ночного видения

Недостатки природы нам приходится компенсировать техническими средствами. Еще в 1912 году конструкторы пытались крепить мощный фонарь к боевой винтовке. Однако светящий фонарь прекрасно демаскирует и самого стрелка. А потому в дальнейшем развитие ночных прицелов пошло совсем иными путями.

Первые приборы ночного видения, появившиеся еще в середине XX века, состояли из окулярной оптики, создававшей изображение наблюдаемого ландшафта на поверхности фотокатода. Затем выбиваемые светом электроны подхватывались и ускорялись электрическим полем и после фокусировки бомбардировали люминесцентный экран, создававший гораздо более яркое изображение. Оно либо просто наблюдалось глазом через окуляр, либо поступало на электровакуумный ЭОП (электронно-оптический преобразователь) – для еще большего усиления яркости.

Современные приборы ночного видения имеют еще более сложную конструкцию и позволяют обнаруживать человека, технику и зверей даже в совершенно безлунную ночь, поскольку общее усиление яркости может достигать сотен тысяч раз. Причем происходит оно в основном в микроканальном электронном умножителе, состоящем из множества тонких трубочек. Фотоэлектроны, сфокусированные и разогнанные в первичном ЭОП, попадают на вход такой трубочки и – далее, летя внутри микроканала, продолжают ускоряться и размножаться, выбивая все новые носители заряда. Раздельное усиление каждой точки существенно повышает контрастность изображения и исключает мощный ореол вокруг ярких объектов.

Понятно, что вся работа по усилению происходит в вакууме, так как только там электроны могут ускоряться и размножаться.

Кроме микроканальных умножителей в приборах ночного видения почти всегда используется сборка оптических волокон. Их функция чисто служебная – донести свет до поверхности фотокатода. Использование оптоволокна позволяет существенно улучшить качество изображения.

Пассивные и активные. Для обеспечения ночного видения часто используется инфракрасное (ИК) излучение с длинами волн от 0,7 до 3 мкм и от 3 до 5 мкм. Дело в том, что каждый человек, нагретый двигатель и т. д. являются мощным источником таких лучей, что позволяет разглядеть людей и технику даже при самой совершенной маскировке.

В основу конструкции большинства приборов опять-таки положен электронно-оптический преобразователь (ЭОП) не воспринимаемого глазом ИК-изображения в видимое. На переднем торце его трубки с внутренней стороны нанесен полупрозрачный фотокатод, на заднем, тоже изнутри, – люминесцентный экран.

Щелочное покрытие первого имеет наибольшую чувствительность именно в ИК-диапазоне длин волн. Падающие кванты света выбивают с его поверхности электроны, которые под действием электрического поля устремляются к экрану. Пучок фокусируют с помощью электростатического устройства, создающего эффект «линзы». Взаимодействие электронов с люминофором вызывает зеленоватое свечение экрана. Таким образом, ИК-изображение преобразуется в довольно четкое видимое.

Впрочем, на практике порой этого бывает недостаточно. И тогда, кроме пассивных систем наблюдения, применяют активные. Еще во Вторую мировую войну в американском «Снайперскопе» и немецком «прицеле ночного снайпера», наряду с ЭОП, использовался и ИК-прожектор, который подсвечивал невидимыми лучами объект и позволял разглядеть его получше. Для этого, правда, приходилось таскать на себе блок питания напряжением около 30 кВ. Кроме того, действовали такие приборы на дальности всего до 60 м, что для снайперов явно недостаточно. Поэтому устанавливались такие приборы в основном на автоматах штурмовых спецгрупп – «Гаранд» М1 (М2) и МР-44.

К подобным же приборам активного типа относились и советские «подсветочные» ночные прицелы типа стрелкового НСП-2, пулеметных ППН-1 и -2.

Впрочем, вскоре от таких приборов пришлось отказаться, поскольку противник научился обнаруживать и ИК-прожекторы столь же хорошо, как и обычные источники освещения. Кроме того, эффективность такой подсветки резко падала при пыли или тумане. Все это привело к тому, что ныне куда большей популярностью пользуются пассивные (бесподсветочные) устройства.

Один из образцов такой техники – отечественный ночной универсальный стрелковый прицел (НСПУ). Его ЭОП имеет два дополнительных каскада, причем экраны первого и второго являются фотокатодами соответственно для второго и третьего. В итоге на выходе получается достаточно отчетливое и яркое изображение.

Все элементы НСПУ собраны в одном корпусе. В его верхней цилиндрической части размещены ЭОП, сменные объектив и окуляр; в нижней, коробчатой, – преобразователь напряжения, высоковольтный блок, аккумуляторная батарея… Чтобы предохранить прицел от засветки при сильной освещенности, на него надета ирисовая (лепестковая) диафрагма. Для повышения контрастности изображения служит красный светофильтр.

Механизм, которым выверяют направление и высоту цели, сделан довольно хитроумно: изображение прицельной сетки проецируется в поле зрения прицела через подвижную зеркальную призму АР-90. С ее помощью можно достаточно точно смещать изображение сетки относительно оптической оси прицела. Предусмотрены две шкалы выверки – по направлению (насечена в угловых величинах) и, сменная, углов прицеливания (насечена в сотнях метров в зависимости от прицельной дальности оружия). В комплект НСПУ входят шкалы углов прицеливания для автоматов АКМН и АКН-74, ручных пулеметов РПКН и РПКН-74, пулемета ПКМН, снайперской винтовки СВДН, гранатомета РПГН-7.

В лунную ночь или при внешней подсветке дальность возрастает, при низкой облачности и задымлении – сокращается. При разрешающей способности 1,8 град., на расстоянии 400 м можно различить объект размером около 22 см.

В последние годы принят на вооружение и более совершенный отечественный ночной прицел НСПУ-3. У его трубки разные входной и выходной диаметры, подсвечиваемая прицельная сетка. Масса прибора – 2,1 кг, длина – 259 мм. При кратности увеличения 3,46 и поле зрения 9,5 град. он обеспечивает стрельбу на дальности 300–600 м.

Поколения меняются быстро. Ну а что же используют в армиях и спецслужбах за рубежом? К прицелам с трехкаскадным усилителем на ЭОП (1-е поколение) относится, в частности, американский AN/PVS-2 образца 1967 года. При массе 2,6 кг и длине 440 мм он обеспечивает дальность стрельбы 300–400 м, 4-кратное увеличение; поле зрения – 10,7 град., а 6,75-вольтовая батарея рассчитана на непрерывную работу до 100 ч.

Германский «Орион-80» того же типа имеет массу 1,8 кг, длину 290 мм, такое же увеличение, поле зрения 8 град. и обеспечивает стрельбу на дальности до 300 м. В итальянском М166 (масса – 2 кг, длина – 410 мм) увеличение уменьшено до 3, но поле зрения увеличено до 11,7 град. Так что им можно пользоваться и как прибором наблюдения на расстоянии до 500 м.

А к прицелам с МКП (2-е поколение) относится, скажем, американский AN/PVS-3A (США, образца 1974 года; увеличение в 4 раза, поле зрения – 10 град., масса 1,45 кг и длина 330 мм, дальность до 150–200 м). Английский М1500 (при увеличении в 3 раза, массе 1 кг и длине 265мм) действует на дальности до 500 м. Израильский же ORT-T-2 имеет массу – 1,9 кг, увеличение – 3,5, дальность действия 450–700 м.

Ведутся работы и над созданием интегрированных стрелковых приборов «день/ночь». Так, в прицеле французской фирмы «Сопием», где изображение проецируется на окуляр через зеркало и призму, дневная ветвь расположена над ночной, в роли которой может использоваться ночная трубка 2-го поколения.

Однако в нашу эпоху все быстро меняется. Высокоэффективные фотокатоды из арсенида галлия уже позволили создать пассивные приборы 3-го поколения на МКП. Их отличают не только лучшее разрешение и надежная работа при меньших уровнях освещенности, но и большая компактность.

Вместо ночного прицела, крепящегося на оружии, можно использовать ночные очки на ЭОП или МКП, типа AN/ PVS-7 (США), TN2—1 (Франция), BIG-2 (Швейцария). Сочетание их с лазером дает ряд преимуществ, в частности, при использовании пистолета в ближнем ночном бою. Скажем, выпущенный швейцарской фирмой «I.T.M. AG» («Золотурн») «осветитель», размером всего 80×85×50 мм и массой 255 г, легко крепится к пистолету за спусковую скобу. Две литиевые батарейки 3,4 и 5 В или пять по 1,2 В обеспечивают излучаемую мощность 8 мВт. Пятно хорошо просматривается в ночные очки на расстоянии до 500 м, причем оттеняется темная линия, помогающая определить дальность.

Бомба, которая не убивает?

Недавно английская газета «Дейли телеграф» сообщила, что в Великобритании завершается создание устройства, взрыв которого лишь временно выводит из строя людей, но губителен для электроники. Он порождает направленную электромагнитную волну высокой частоты и гигантской мощности…

Бомба взорвется в воздухе, над целью. В окрестности перегорят или, по крайней мере, прекратят работу все компьютеры, нарушится действие теле– и радиолиний, ЛЭП и других контуров электроснабжения. Если сбросить ее над аэродромом – с него не взлетит ни один самолет. На людей волна подействует примерно так же, как на аппаратуру, – прервет работу мозга, нарушит функционирование организма. Но, поскольку природа «спроектировала» нас с очень большим запасом прочности, пострадавшие потеряют сознание лишь на короткое время и очнутся, не ощущая серьезных последствий. Таковы прогнозы…

Электромагнитная бомба А.Д. Сахарова

Мы не располагаем точными сведениями, как именно устроена английская бомба, однако принципиальная схема – не секрет. Так, по мнению профессора МГТУ, доктора физико-математических наук Михаила Киселева, основной элемент – цилиндрический резонатор из материала с хорошей электропроводностью, обложенный обычной взрывчаткой. Специальный источник (весьма маломощный), установленный либо на самой бомбе, либо на ее доставщике, инициирует в резонаторе стоячую электромагнитную волну. Ее можно поддерживать длительно или создать за несколько мгновений до взрыва. Обычно при нем развивается мощность в несколько тысяч гигаватт, а давление – более сотни атмосфер. Оно сжимает резонатор в зависимости от конструкции бомбы либо равномерно по всей боковой поверхности, либо начиная с торца – один участок оболочки за другим. Обеспечить устойчивость резонатора при сжатии, то есть сохранить его осевую симметрию и гладкость поверхности, – пожалуй, главная техническая проблема для конструкторов.

Почти мгновенно диаметр цилиндра уменьшается в десятки раз. Электромагнитное поле, не способное выйти за пределы резонатора, резко сжимается, и, как следствие, повышается частота его колебаний. То есть часть энергии взрыва переходит в энергию электромагнитную. По сравнению с первоначальной она возрастает в тысячи раз. В этот момент бомба, можно сказать, выстреливает: один из торцов резонатора преднамеренно разрушается, стоячая волна превращается в бегущую (ее мощность около 1 ГВт – сравнимо с Днепрогэсом) и парализует встречающуюся на пути электроаппаратуру. (Думается все же – для людей такое воздействие не пройдет бесследно.) Кроме того, в разные модификации бомб могут входить химикаты, разрушающие покрышки колес, или микробы, превращающие жидкое горючее в желе.

Вообще неубивающая бомба – лишь часть программы по созданию «гуманного оружия». Правда, эпитет этот весьма спорный. Например, на ряде британских военных судов уже установлены лазеры, луч которых способен ослепить экипаж атакующего самолета. Зрение потом никогда полностью не восстановится, а если луч чересчур силен, человек и вовсе ослепнет.

Представители Международного Красного Креста, ссылаясь на Женевские конвенции, настаивают на запрете подобных излучателей. Однако электромагнитная бомба под положения конвенций не подпадает и, по сообщениям западной печати, вовсю разрабатывается в США, а также и в России.

Пентагон называет эти бомбы «магическими снарядами». Председатель сенатской комиссии по вооружению Сэм Нан в свое время предложил даже использовать их против сербов, чтобы прикрывать колонны с гуманитарной помощью для Боснии и Герцеговины. А министерство обороны Великобритании официально подтвердило такую возможность.

Более того, появились сведения, что во время операции «Буря в пустыне» опытными образцами «магических снарядов» вывели из строя некоторые системы энергоснабжения и радары ПВО Ирака.

Правда, в истории с электромагнитной бомбой есть одно темное пятно, о которой военные говорят неохотно. Хотя американский вариант этого оружия основан на самой передовой технологии, террористы могут достичь той же разрушительной силы без использования hi-tech и гораздо дешевле – всего долларов за четыреста.

Ведь генератор сжатия магнитного потока (ГСМП) – оружие на удивление простое. Оно, как уже говорилось, состоит из трубки, начиненной взрывчаткой и помещенной внутри медной обмотки. За мгновение до детонации химического заряда ток от конденсаторной батареи поступает в обмотку и создает магнитное поле. Детонация заряда распространяется от заднего конца трубки к переднему. Расширяющаяся трубка касается края обмотки и создает движущееся короткое замыкание. Движущееся замыкание сжимает магнитное поле и в то же время уменьшает индуктивность обмотки статора. В результате ГСМП создает быстрорастущий импульс тока, который обрывается до окончательного разрушения устройства.

Согласно опубликованным результатам, время роста составляет десятки или сотни микросекунд, а пиковое значение силы тока – десятки миллионов ампер. По сравнению с получающимся импульсом разряд молнии выглядит как фотовспышка.

Когда оружие – звук

Говорят, во времена Средневековья существовала такая жестокая, мучительная казнь: приговоренного привязывали под большим колоколом, и набат медленно, но верно убивал несчастного…

Ныне, как считается, мы живем во времена куда более гуманные. А потому, когда прошел слух, что из США в Ирак в самое ближайшее время доставят новое супероружие, было специально подчеркнуто, что его использование не может привести к летальному исходу. В худшем случае человек, против которого оно направлено, лишится слуха.

Звуки и муки. Началось все, как это часто бывает, с обычного случая. «Проигрыватель потому так и называется, что выигрывает один, а проигрывают все соседи», – съязвил как-то известный публицист Зиновий Паперный. Согласно популярной песенке, которую пела известная всем Алла Борисовна, которой музыка проигрывателя мешала спать, решила проблему просто: отправилась на вечеринку к соседям шуметь вместе с ними.

Однако по разным причинам такое решение проблемы возможно далеко не всегда. И тогда… «Хочешь, я убью соседей, что мешают спать», – от риторического вопроса Земфиры, конечно, попахивает экстремизмом. Но многие из тех, кому соседи своим гамом не дают спокойного житья, близки иной раз к тому, чтобы осуществить такое намерение на практике.

Акустический излучатель для полицейских

Однако лучше чтить уголовный кодекс и отомстить по-другому: врага надо бить его же оружием. Для этого, например, владельцы небольшой британской фирмы по продаже всяческих хитрых устройств всего за 14,99 фунта предлагают компакт-диск с двадцатью треками. Каждый из них призван поразить уши надоевших соседей-мучителей «нечеловеческой музыкой». Чего стоит, например, первая дорожка – звук дрели. Стоит поставить функцию replay – и горе соседям! Мало этого? Тогда перекройте шум соседских посиделок записью развеселой вечеринки персон на двести. А еще в вашем распоряжении на выбор – страстные звуки выдающегося оргазма, шум поезда, бой барабана (в исполнении ребенка), нечеловеческий визг, ходьба туда-сюда на высоких каблуках, домашний скандал, хлопанье дверью, игра в боулинг, вой и скулеж несчастной собаки. В довесок к этому прилагаются скрипичные гаммы в исполнении начинающего музыканта, звуки автомобильной пробки с сигналами клаксонов и криками разъяренных водителей, рев новорожденного младенца, непрекращающиеся телефонные звонки, игра в мяч… И в довершение всего, как напоминание о том, что хватит спать, – мощное кукареканье петуха.

Мегафон для Гулливера. И это – не единственное устройство подобного рода. Американец Элвуд Норис пошел дальше. Он не только изобрел, но и наладил производство особого устройства, с помощью которого можно воевать уже не только с соседями по дому.

«У большинства людей, даже если они заткнут уши, мое изобретение вызовет острую мигрень. Оно способно буквально поставить людей на колени», – говорит Элвуд Норрис, ныне глава фирмы-разработчика American Technology Corp.

Внешне новинка напоминает мегафон для Гулливера – его раструб размером с «тарелку» для приема передач спутникового телевидения. Гигантский громкоговоритель и ревет соответственно – он способен издавать звук мощностью до 145 децибел. Этого достаточно, чтобы все, кто находится на расстоянии 300 м от супермегафона, испытывали острую головную боль и даже глохли.

Впрочем, как утверждает разработчик и его коллеги, главная цепь оружия – «изменение поведения людей». А потому акустическое устройство способно транслировать не только пронзительный визг (столь жуткий, что толпа «добровольно» рассеется за несколько минут), но и записи, содержащие призывы к повиновению и сотрудничеству на разных языках.

Первоначально свою разработку специалисты из Сан-Диего, где расположена American Technology, собирались испытать в Афганистане – устанавливать его у входа в пещеры, где, по разведданным, скрывались талибы, и транслировать им приказы о сдаче. Ну а коль не послушаются, глушить их пронзительными воплями.

Почему этот план не сработал – неясно. Наверное, талибы сдались раньше, чем до них добралась спецтехника. Но испытать-то ее все-таки надо?.. И вот супермегафон собираются применить в Ираке, причем в городах, а значит, жертвами его могут стать и мирные жители.

Однако Норрис утверждает, что такой прибор можно использовать избирательно, например против террористов в самолетах. «Остронаправленный стержневой излучатель может быть вмонтирован в трубу из композиционного материала около метра в длину и четырех сантиметров в диаметре, – рассказывает он. – Внутри находится каскад пьезоэлектрических излучателей, каждый из которых действует как миниатюрный громкоговоритель. Устройство усиливает и выстреливает звуковой импульс, который по эффективности можно сравнить с пулей».

Ради эксперимента Норрис изготовил небольшой образец звукового ружья и выстрелил сам в себя. «Эта штука чуть не сшибла меня с ног. После этого я еще долго не мог очухаться, – говорит он. – С ее помощью можно свалить и быка!»

Еще бы, ведь уровень звукового давления превышает 140 децибел при длительности одну или две секунды. А болевые ощущения начинаются уже при уровне от 120 до 130 децибел…

От танцплощадки до поля боя. Еще одно аналогичное устройство создано в лаборатории знаменитого Массачусетского технологического института, сообщает журнал New Scientist.

Изобретение получило название Audio Spotlight – звуковой прожектор. Его создатель, 28-летний Джозеф Помпей, говорит о своем детище так: «Если обычные динамики напоминают электрическую лампочку, то наш звуковой прожектор – это своеобразный лазер».

Генерировать узкий звуковой луч с помощью обыкновенных динамиков невозможно, поэтому ученые пошли по другому пути. Не раскрывая полностью свое ноу-хау, Помпей и его коллеги утверждают лишь, что удалось добиться, чтобы из источника сантиметрового диаметра испускался узкий пучок ультразвука. Нелинейно взаимодействуя с воздухом, он затем увеличивают длину своих волн до звуковой.

Сочетая разные ультразвуковые лучи, можно генерировать абсолютно все слышимые человеческим ухом звуки – голоса, музыку, шаги и т. д. Длина луча аудиопрожектора может достигать 100 м, впрочем, сила звука в нем убывает, как обычно: звук силой 80–90 децибел слышен на расстоянии нескольких метров.

Не исключено и мирное применение новинки. Так, супермаркеты теперь получат возможность размешать звуковые пояснения о новых товарах прямо на полках рядом с ними, в салоне автобуса или самолета для каждого пассажира будет звучать своя мелодия, а ваш сосед перестанет стучать в стенку, утверждая, что музыка из вашего проигрывателя мешает ему спать.

Разработкой группы Помпея тут же заинтересовались и военные. Они полагают, что звуковой прожектор даст им возможность транслировать команды на поле боя лишь непосредственно своим войскам. А на противника можно будет обрушить этакие залпы из «звуковых ружей» – целенаправленную какофонию звуков, воздействуя на психику его солдат.

Акустическая атака. Впрочем, как утверждают эксперты британской военной лаборатории QinetiQ, эффект тут не только психологический. Основной эффект от применения «звукового ружья» – острая боль в барабанных перепонках. Это крайне неприятное ощущение. Скорее всего, человек на несколько часов лишится слуха.

Акустические импульсы могут также дезориентировать людей, нанося удар по вестибулярному аппарату во внутреннем ухе, – явление, известное как эффект Туллио. Однако у различных людей он проявляется по-разному, и поэтому на него нельзя полностью полагаться…

Тем не менее создатели акустического оружия обещают, что полномасштабный образец будет эффективно «вырубать» террористов на расстоянии более чем 90 м. Ну а если при этом случайно может пострадать слух у простых пассажиров, то это несмертельно, утверждают эксперты. Ведь новое оружие официально отнесено к категории нелетального.

И все же сами американцы долгое время вообще скрывали сам факт наличия такого оружия, пока информация о нем не попала в СМИ. Возможно, политики и военные опасались реакции на новинку со стороны международных правозащитных организаций. И это несмотря на то, что супермегафон все же лучше, чем резиновые пули и слезоточивый газ, чаще всего применяемые для разгона демонстрантов. И уж точно безопаснее, чем огнестрельное оружие.

Правда, пока непонятно, как будут защищены от акустической атаки те, кто будет применять данное оружие. Ведь им волей-неволей придется находиться рядом с источником адского шума…

Впрочем, ныне появились и другие возможности использования акустических волн. Еще большие разрушения, чем гром и грохот, могут нанести звуки… неслышимые.

Дело в том, что мы с вами собственными ушами слышим лишь часть акустических колебаний – примерно от 20 Гц до 20 кГц. Звуки ниже и выше этого диапазона наши барабанные перепонки не воспринимают, хотя они и существуют. Звуки ниже 20 Гц стали называть инфразвуками, а выше 20 тыс. Гц – ультразвуками.

В технике и медицине ныне чаще используют ультразвуки. Но это не значит, что и об инфразвуках ничего не известно.

Одним из первых на инфразвуки обратил внимание «чародей эксперимента» – знаменитый американский физик Роберт Вуд. В 1901 году он по просьбе своего приятеля, театрального режиссера создал трубу с очень низким голосом. Когда Вуд задействовал ее в одном лондонском театре, надеясь, как и режиссер, вызвать этими звуками у зрителей чувство тревоги, необходимое по ходу спектакля, людей обуял самый натуральный ужас. Многие в панике бежали со спектакля.

Театральный эксперимент пришлось прекратить. Но это вовсе не значит, что об опыте Вуда тут же забыли. И во время Первой, и во время Второй мировых войн изобретатели по обе стороны фронта пытались найти военное применение инфразвуку.

Так, скажем, в 1940 году агенты абвера затеяли довольно хитроумную операцию. Они намеревались контрабандно ввезти на территорию Великобритании множество граммофонных пластинок с записями популярных мелодий. Но с одной хитростью: кроме слышимого звука, пластинки должны были исторгать и инфразвуки, которые бы вселяли панику в окружающих.

Операция с треском провалилась. А знаете почему? Оказалось, что пластинки того времени не способны воспроизводить инфразвук.

Впрочем, изобретатели Третьего рейха на том не успокоились. Некий доктор Циппермейер пару лет спустя создал «ураганное орудие». Оно должно было производить акустические вихри за счет взрывов в камере сгорания. Затем ударные волны с помощью специальных наконечников направлялись на объект и должны были, по мысли автора, сбивать самолеты противника.

Испытания, проведенные с уменьшенным прототипом звукового орудия, говорят, разнесли в щепки толстые доски на расстоянии около 200 м. Однако дальнейшие работы застопорились, поскольку тот же эффект оказалось невозможно воспроизвести на большем расстоянии от установки – самолеты спокойно летели дальше.

Тем не менее, когда в апреле 1945 года установку чудовищных размеров обнаружили союзники на полигоне в Хиллерслебене, они тут же заинтересовались, что это такое. И акустические эксперименты решено было продолжить. Тем более что у союзников были и собственные мотивы для ведения дальнейших работ.

Например, от рабочих одного из заводов на юге Франции стали поступать жалобы на странные недомогание. Проработав несколько часов в цехе, многие чувствовали головную боль, тревогу, у кого-то даже шла кровь из носа… Выявить причину явления администрация завода поручила профессору В. Гавро.

Тот провел серию исследований и понял, что причиной всему – вентилятор, с помощью которого проветривался цех. Оказалось, что лопасти его при вращении, кроме всего прочего, производили акустические колебания частотой около 7 Гц. Эти инфразвуковые волны и стали причиной недомогания рабочих.

Обнаружив необычное явление, ученые принялись и дальше исследовать его. Для этого понадобилось воспроизвести инфразвук в лаборатории. В качестве генератора звуковых колебаний использовали либо мембрану, либо пистонфон – подвижный поршень в цилиндре. Поршень соединялся с кривошипом и рукояткой. Вращая ее с различной скоростью, и получали всевозможные инфразвуки сравнительно большой мощности.

Можно генерировать звуки так же, как и во флейте, то есть направляя струю воздуха на язычок. Тогда труба будет работать как органная. Одна из таких труб протянулась аж на 24 м.

В лаборатории Гавро был построен и гигантский свисток, напоминающий многократно увеличенный полицейский. Энергия, развиваемая полисменом, дующим в свой свисток, довольно значительна: 2 л воздуха, выдуваемые за 1 секунду, – это 4 Вт. Считая КПД равным 25 %, получим, что акустическая мощность свистка – 1 Вт. В закрытом помещении такой свист выдерживается с трудом. Что же касается лабораторного инфразвукового свистка аналогичной мощности, то на расстоянии 1,5 м излучаемые им колебания были бы убийственными.

Сам профессор Гавро признавался, что не решается включить свою установку на полную мощность в 2 кВт из опасений разрушить здание лаборатории. Уже при излучаемой мощности в 100 Вт люди стремглав бежали вон, а стены и потолок покрывались трещинами.

Позднейшие опыты французского ученого подтвердили печальную славу сверхнизких колебаний. Люди, облучаемые инфразвуком, впадают в панику, страдают от сильной головной боли, теряют рассудок. При частоте 7 Гц наступает резонанс всего организма: «в пляс» пускаются желудок, сердце, легкие. Бывает, что мощные звуки разрывают даже кровеносные сосуды. И 2 кВт ведь не предел…

Невидимки в океане

Недавно по зарубежным СМИ прошла волна публикаций о новых, совершенно необычных военно-морских судах. В том числе и кораблях-невидимках. Как может стать невидимкой, например, огромный авианосец или крейсер?

Как спрятать авианосец? Вспоминаю нечаянно услышанный разговор двух летчиков на базе воздушных разведчиков в 70-х годах прошлого века. «Командир приказал вылетать немедленно, – сказал один другому, – а то приткнется этот крейсер где-нибудь к берегу и исчезнет…»

Ларчик открывался просто: оказывается, воздушные разведчики опасались, что корабль на стоянке прикроют маскировочной сетью и тогда его сверху не разглядишь. Ныне же есть и куда более хитрые способы превращения кораблей в невидимки.

Шведский военный корабль-невидимка

Лет пятнадцать тому назад издания многих стран мира обошли сообщения о том, что американские специалисты, не успокоившись на создании самолетов-невидимок типа «стеллс», предлагают строить по той же технологии еще и морские суда.

Одно такое плавсредство было построено и прошло серию испытаний в обстановке строжайшей секретности. Достаточно сказать, что из крытого дока, где прятали новинку, ее выводили лишь темной ночью, предусмотрительно сверившись с графиком полета спутников-шпионов над данным регионом.

Однако шила в мешке не утаишь. «Невидимое» судно засекли в океане, и волей-неволей пришлось дать кое-какие разъяснения. Похоже, впрочем, что, несмотря на все уверения в успешном ходе испытаний, их результат не очень вдохновил Конгресс и ВМФ США на строительство боевого корабля по той же технологии. Во всяком случае, дальше нанесения специальных покрытий на обычные корабли, делавших их менее заметными в радиодиапазоне, дело, казалось, не пошло.

Но вот в начале 2000 года немецкий журнал «P.M.» опубликовал рисунок и короткое описание авианосца нового поколения. На британской судоверфи «Воспер Торнкрафт» предлагают к 2015 году построить новый авианосец, который будет значительно менее заметен на экранах радаров, нежели нынешние.

Главное отличие состоит прежде всего в том, что новый авианосец будет представлять собой тримаран с большим центральным поплавком-корпусом и двумя боковыми поменьше и покороче. Посадочная полоса размещается по диагонали, а взлетать самолеты будут с носовой части авианосца, где разместят мощные катапульты и своеобразный трамплин для облегчения взлета.

Все управление движением корабля сосредоточено в носовой рубке. Надстройку же планируют использовать в основном как диспетчерскую для управления воздушным движением. Благодаря своим странным ребристым формам такая надстройка будет эффективно рассеивать и поглощать радарное излучение, подобно тому как это происходит на острых углах современных самолетов, построенных по технологии «стеллс». Длина нового авианосца около 300 м, ширина – 100 м (вместо обычных пятидесяти). Он сможет развивать скорость до 40 узлов (70 км/ч).

Корвет почти не виден. Но пока малозаметный авианосец – всего лишь мечта, в Швеции прошел ходовые испытания корвет «Висбю» – первый в мире военный корабль, построенный по технологии «стеллс». Подобно самолетам, он будет невидимым для радаров. Корвет почти целиком состоит из углеродного волокна – того самого материала, из которого делают шасси болидов «Формулы-1» и корпуса гоночных яхт. В этом, да еще в необычной форме корабля, и состоит секрет «невидимости». Главное – избегать в конструкции вертикальных поверхностей и прямых углов.

«Нам удалось сократить отражающую поверхность на 99 %», – с гордостью отметил конструктор Джон Нильсен. Даже 57-миллиметровая пушка на борту корабля в походном положении уходит в корпус. В результате корвет может быть обнаружен вражескими радарами на расстоянии не превышающем 30 км, тогда как соответствующая дистанция для обычных кораблей того же класса – 100 км.

Шведы на сегодняшний день вырвались вперед, но американские и британские кораблестроители, разумеется, не сидят сложа руки. Консорциум фирм во главе с компанией Northrop Grumman Ship Systems получил 2,8-миллиардный контракт на создание для ВМФ США эсминца-«невидимки» под условным названием DD (X), который должен вступить в строй к 2012 году. «DD (X) произведет такую же революцию в военно-морском деле, как в конце XIX века – первый британский дредноут», – сказал пресс-секретарь Northrop Grumman Брайан Каллин.

«Во время войны в Ираке наш флот использовал ракеты “Томагавк” дальнего радиуса действия ценой в миллион долларов каждая, – отметил также Каллин. – DD (X) сможет подойти к неприятельскому берегу гораздо ближе и использовать более простые и дешевые ракеты. Это обеспечит экономию денежных средств при большей плотности и эффективности огня»…

И наконец, экипаж нового корабля будет на целых 200 человек меньше, чем у нынешних американских эсминцев серии «Арли Берк».

В Британии создают свою «невидимку». Это многоцелевой эсминец «Дэринг». Кораблям этой серии предстоит стать основной силой Королевского флота. В отличие от своего шведского собрата он стальной, поскольку в британском Министерстве обороны сомневаются в живучести кораблей из углеродного волокна и их способности выдержать океанские штормы. Ведь не случайно «Висбю» предназначен только для плавания в прибрежных водах.

Как бы то ни было, коммодор Стивен Сондерс, редактор раздела «Боевые корабли» справочника Jane\'s, видит за кораблями-«невидимками» огромный потенциал. «Впрочем, надводные корабли никогда не удастся сделать полностью невидимыми, – считает он. – Спрятать их под водой куда проще».

Корабль для диверсантов. « Французы придумали боевую надводно-подводную лодку, – пишут сегодня СМИ. – Если проект удастся воплотить в жизнь, то на свет появится практически идеальное оружие»…

Что стоит за этим громогласным заявлением? Речь идет и в самом деле об удивительном симбиозе надводного корабля и подводной лодки, которому авторы идеи дали пока лишь условное обозначение SMX-25 и продемонстрировали проект на военно-морской выставке «Евронаваль-2010».

Интересно, что разработчик концепции – государственная компания военного кораблестроения DCNS – также известна как создатель уникального вертолетоносца Mistral с максимальной скоростью 19 узлов, водоизмещением 21 тыс. т и длиной корпуса 210 м, который способен принять 16 вертолетов, более 40 танков или 70 автомашин, нести 450 человек десанта.

В общем, корабль показался нашим военным настолько перспективным, что около года шел яростный торг с французами. И вот наконец, похоже, достигнуто соглашение. Россия покупает в французов 4 корабля, причем половина будет построена на французских верфях, половина – на наших.

А французы тем временем замахнулись на еще более амбициозный проект. Главная особенность SMX-25 заключается в том, что он сможет преодолевать значительные расстояния, как обычный надводный корабль, не вызывая особых подозрений своим обликом. Приблизившись же к заданному району, он способен погрузиться под воду и начать действовать как подводная лодка. По водной глади корабль будет двигаться со скоростью 38 узлов, а под водой —10 узлов.

Надо сказать, что французы намереваются оснастить свое детище 16 ракетами и четырьмя торпедными аппаратами. Помимо экипажа из 27 человек в SMX-25 может взять на борт еще и диверсионную группу из 10 десантников для проведения секретных антитеррористических операций.

По замыслу французских конструкторов корабль получит вытянутую веретенообразную форму, причем переходить в подводный режим лодка будет буквально ныряя на глубину. За счет этого ожидается, что SMX-25 приобретет дополнительную маневренность в боевых условиях. Кроме того, разработчики пообещали наградить этот своеобразный гибрид новейшей системой скрытности.

Исследования невидимой субмарины ведутся сейчас и в Университете Дьюка, Северная Каролина. Задача исследователей – сделать субмарину невидимой для гидролокаторов. Такая лодка сможет действовать практически безнаказанно: для ее обнаружения придется разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы, либо глубоко модернизировать существующие сонары. Говоря иначе, материал, которым будет покрыт корпус лодки, должен обладать отрицательным коэффициентом преломления.

Впервые идею такого материала высказал в 1968 году советский физик Виктор Веселаго. Он пришел к заключению, что с таким материалом почти все известные оптические явления распространения волн существенно изменяются, хотя в то время материалы с отрицательным коэффициентом преломления еще не были известны. Веселаго предсказал, что определенные оптические явления будут совершенно другими. Возможно, самым поразительным из них является рефракция – отклонение электромагнитной волны при прохождении границы раздела двух сред. В нормальных условиях волна появляется на противоположной стороне линии, проходящей перпендикулярно этой границе (нормаль к поверхности).

Однако если один материал (например, воздух или вода) имеет положительный коэффициент преломления, а другой – отрицательный, волна будет появляться на той же стороне нормали к поверхности, что приходящая волна. Такая особенность и создает возможность для направления падающего излучения в обход объекта. У природных материалов коэффициент преломления больше единицы. Любопытно, что скорость распространения волн в таких материалах также должна быть отрицательной. Это свойство делает метаматериалы идеальными для маскировки объектов, так как их невозможно обнаружить средствами радио– и акустической разведки в определенном диапазоне частот.

Самая большая «акула»

Летом 2002 года на судостроительной верфи в Северодвинске, где строятся практически все российские субмарины, флоту была передана очередная атомная подводная лодка (АПЛ) класса «Акула» (по классификации НАТО – «Тайфун»).

Подводный крейсер стратегического назначения «Дмитрий Донской» отличается не имеющей аналогов в мире конструкцией – внутри легкого корпуса под противогидроакустическим покрытием находятся пять прочных титановых обитаемых корпусов, два из которых, главные, расположены параллельно друг другу в форме катамарана.

Ее прототип – сконструированная С.Н. Ковалевым подлодка ТК-208 – был заложен на предприятии «Севмаш» 3 марта 1977 года и спущен на воду 23 сентября 1980 года. Однако испытания показали наличие многих недоработок. В итоге лодку приняли на вооружение лишь в 1984 году, а заступила на боевое дежурство первая из «Акул» в конце 1985 года.

Лодки этого класса предназначались для слежения за американскими морскими авиационно-ударными соединениями и противодействия атомным ракетным субмаринам США стратегического назначения Ohio с твердотопливной ракетой Trident, а потому и получили у американцев прозвище – «убийцы авианосцев».

ТК-208 занесен в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой подводный корабль в мире. Его длина – 172 м, ширина – 23,3 м, водоизмещение – 23 200 т (надводное) и 48 000 т (подводное), осадка – 11 м, надводная скорость – 12 узлов, подводная – 25 узлов, предельная глубина погружения – 500 м.

Эта АПЛ проекта 941 разрабатывалась известным Санкт-Петербургским ЦКБ «Рубин» под началом академика Игоря Спасского. Специально под этот проект на «Севмаше» соорудили новый цех – самый большой эллинг в мире.

Схема в виде катамарана позволила повысить «живучесть» субмарины, ее взрыво– и пожаробезопасность, расширить возможности по ремонту и модернизации. В передней и задней частях лодки размещены два прочных модуля для перехода из одного корпуса в другой. Всего в лодке 19 отсеков.

Атомная подводная лодка класса «Акула» – самая большая в мире

В каждом из параллельных прочных корпусов находится по водяному реактору на тепловых нейтронах ОК-650 мощностью по 50 тыс. лошадиных сил каждый, четыре турбогенератора по 3200 кВт и два дизель-генератора ДГ-750. В качестве резервных средств движения могут использоваться два электродвигателя постоянного тока по 190 кВт.

Рубка подводного крейсера имеет ледовые укрепления и крышу округлой формы для всплытия из-подо льда толщиной до 2,5 м. АПЛ оснащена навигационным комплексом «Симфония», боевой информационно-управляющей системой, гидроакустической станцией миноискания «Арфа», эхоледомером «Север», радиолокационным и телевизионным комплексами. С борта «Дмитрия Донского» можно осуществлять радио– и спутниковую связь. Цифровой гидроакустический комплекс «Скат-3», включающий четыре гидролокационные станции, способен одновременно следить за 10–12 подводными целями.

Между главными корпусами в два ряда расположены 20 шахт с твердотопливными трехступенчатыми баллистическими ракетами РСМ-52. Каждая из них имеет 10 боевых блоков индивидуального наведения. Дальность полета – около 10 тыс. км (для сравнения: дальность американского «Трайдента» – около 12 тыс. км). Одним залпом «Дмитрий Донской» способен уничтожить 200 крупных наземных целей на площади в 9 тыс. кв. км. Пуски ракет можно производить с глубины до 50 м.

Последнее время с подлодки «Дмитрий Донской», а также с борта АПЛ «Юрий Долгорукий» производились испытательные пуски межконтинентальной баллистической ракеты морского базирования Р30 3М30 «Булава-30» (она же – РСМ-56 в международных договорах, SS-NX-30 – по классификации НАТО).

Эта новейшая российская трехступенчатая твердотопливная ракета может нести от шести до десяти гиперзвуковых маневрирующих ядерных блоков индивидуального наведения по 100–150 килотонн, способных менять траекторию полета по высоте и курсу. Разработана в Московском институте теплотехники, максимальная дальность полета 8 тыс. км, стартовая масса 36,8 т, система управления – инерциальная. Полезная нагрузка – 1150 кг, длина в пусковом контейнере – 12,1 м, длина без головной части – 11,5 м.

Кроме ракет, боекомплект АПЛ типа «Акула» включает 22 торпеды и торпедо-ракеты типа «Вьюга», «Шквал» и «Водопад». Дальность полета последней составляет 60 км. Этот комплекс был принят на вооружение в 1981 году, но до сих пор не имеет аналогов в мире.

Схема действия торпедо-ракеты «Водопад» такова. С подлодки она выпускается в подводном положении как торпеда. Добравшись до поверхности, она взлетает ракетой, преодолевая таким образом до 20 км. После этого ракета снова уходит под воду, превращаясь в торпеду с самонаводящейся головкой, которая и атакует цель с самой неожиданной стороны.

Шесть 533-мм и 650-мм торпедных аппаратов АЛЛ способны применять практически все стоящие на вооружении торпеды и ракето-торпеды данного калибра. Торпедные аппараты имеют устройство быстрого заряжания, они могут применяться также и для постановки мин.

Для защиты субмарины в надводном положении от атак с воздуха используются 8 переносных зенитно-ракетных комплексов «Игла».

Пожалуй, к недостаткам «Акулы» следует отнести ее громадное водоизмещение. По этому параметру «Дмитрий Донской» превосходит даже авианосец «Адмирал Горшков». Причем ровно половину веса составляет балластная вода, из-за чего лодку окрестили «водовозом».

Этот конструктивный недостаток объясняется следующим: при переводе ракет с жидкого топлива на твердое они резко увеличили свои размеры. Кроме того, твердотопливная Р-39 получилась крайне тяжелой – 96 т.

Еще один недостаток: система охлаждения реактора забортной водой спроектирована так, что корабль постоянно должен находиться в холодных водах северных морей.

Поэтому одновременно с проектом 941 было развернуто строительство береговой базы на побережье Северного Ледовитого океана, а также специального плавучего тылового обеспечения.

Думали конструкторы и о том, что делать с этими громадинами после окончания срока их службы, ведь стоит снять с «Тайфуна» вооружение, и можно заполнить это пространство, например, рудой массой до 40 тыс. т. Причем кормовая часть, включая энергетическую установку, не требует изменений. И скорость движения такого «рудовоза» будет в 2–3 раза больше, чем у надводного ледокольного транспорта. Сегодня существует еще несколько патентов по созданию подводных танкеров и сухогрузов. Однако ни одно предложение пока не претворено в жизнь из-за отсутствия необходимых финансовых средств.

Летающие подлодки, ныряющие самолеты

Работа над этим полуфантастическим проектом ведется уже около 100 лет. За это время предлагались различные конструкции, но сама идея оставалась неизменной – инженеры хотели создать техническое чудо – аппарат, который бы одинаково хорошо чувствовал себя как в воздухе, так и под водой.

Давняя история. Еще Жюль Верн в своем «Робуре-завоевателе» описал комбинированное транспортное средство, которое могло с одинаковым успехом передвигаться по суше, воздуху, воде и под водой. С той поры прошло немало времени, но мечта эта так и не осуществлена в полной мере. Но это вовсе не значит, что таких попыток вовсе не предпринималось. Кое-чего, хотя бы частично, инженерам добиться все же удалось.

Так, еще в 1916 году известный немецкий авиаконструктор Э. Хейнкель спроектировал и построил маленький биплан W-200 с мотором в 80 лошадиных сил, который мог быстро разбираться и укрываться в специальном ангаре на борту подводной лодки.

Испытания показали, что это была еще далеко не та машина, о которой мечтали морские и воздушные асы. Скорость самолета составляла всего лишь 120 км/ч, радиус полета – не более 40 км. Кроме того, вскоре Германии, потерпевшей поражение в Первой мировой войне, было запрещено иметь совершенную военную технику.

Тогда на сцену выступили американцы. Они заказали оказавшемуся не у дел Хейнкелю два небольших самолета V-1, весившие всего 525 кг каждый. Они были настолько компактны, что их при желании можно было хранить даже внутри подлодки.

Интерес к подобным машинам стали проявлять также в Англии, Италии, Франции, Японии… Весть об оригинальных работах дошла и до нас.

Инженеры хотят создать техническое чудо – аппарат, который бы одинаково хорошо чувствовал себя как в воздухе, так и под водой

В начале 30-х годов XX века известный конструктор «летающих лодок» И. Четвериков предложил свой вариант самолета для подводных лодок. Конструкция понравилась морякам, и в 1933 году они приступили к постройке сразу двух машин нового типа. Год спустя одна из них была отправлена в Севастополь для испытаний. Летчик А. Кржижевский совершил несколько полетов, показавших, что машина хорошо держится и в воздухе, и на воде. Пилот даже установил на этой машине рекорд мира на дистанции 100 км. В 1937 году он развил скорость 170,2 км/ч. Однако специалисты все-таки посчитали машину непригодной для использования в военно-морских силах СССР. Возможно, потому, что в обстановке строжайшей секретности в стране велись работы по созданию «летающей подлодки».

Проект Ушакова. Дело в том, что еще в 1934 году курсант Высшего морского инженерного училища имени Ф.Э. Дзержинского Борис Петрович Ушаков представил проект такого аппарата в качестве курсового задания. Идея заинтересовала руководство училища, и Ушакову было рекомендовано доработать схему подлодки. В 1935 году он получил три авторских свидетельства на различные узлы своей конструкции, а в апреле 1936 года проект, получивший гриф «секретно», был отправлен на рассмотрение Научно-исследовательского военного комитета (НИВК, позже – ЦНИИВК) и одновременно в Военно-морскую академию вместе с положительным отзывом о работе, подготовленным капитаном 1-го ранга А.П. Суриным.

В 1937 году проект был завизирован профессором НИВК, начальником кафедры тактики боевых средств Л.Е. Гончаровым: «Разработку проекта желательно продолжить, чтобы выявить реальность его осуществления», – написал профессор. С ним был солидарен и начальник НИВКа военным инженером 1-го ранга К.Л. Григайтис.

Самолет-подлодка, над проектом которого продолжал работу уже сотрудник отдела «В» НИВКа, воентехник 1-го ранга Б. Ушаков, постепенно приобрел окончательный вид. Внешне аппарат больше напоминал самолет, чем субмарину. Цельнометаллическая машина весом в 15 т с экипажем из 3 человек теоретически должна была летать со скоростью до 200 км/ч и иметь дальность полета в 800 км. Скорость под водой – 3–4 узла, глубина погружения – 45 м, дальность плавания под водой – 5–6 км.

В движение самолет должен был приводиться тремя 1000-сильными моторами АМ-34 конструкции Александра Микулина. Нагнетатели позволяли двигателям осуществлять кратковременное форсирование с увеличением мощности до 1200 лошадиных сил.

Внутри самолет, подобно настоящей подлодке, имел 6 герметичных отсеков: три для двигателей, один жилой, один для аккумуляторной батареи и один – для гребного электродвигателя мощностью 10 лошадиных сил. Жилой отсек не являлся кабиной пилота, а использовался только для подводного плавания. Кабину пилота во время погружения затапливало, как и еще целый ряд негерметичных отсеков. Это позволяло сделать часть фюзеляжа из легких материалов, не рассчитанных на высокое давление. Крылья тоже полностью заполнялись водой для выравнивания внутреннего и наружного давления.

Системы подачи топлива и масла отключались незадолго до погружения. При этом трубопроводы герметизировались. Погружение происходило в четыре этапа: сначала задраивались отсеки двигателей, потом отсеки радиатора и аккумуляторной батареи, затем управление переключалось на подводное, наконец, экипаж переходил в герметичный отсек. Самолет был вооружен двумя 18-дюймовыми торпедами и двумя пулеметами.

Обнаружив в полете корабль противника и определив его курс, летающая подлодка должна была скрытно сесть на воду за горизонтом и уйти в глубину. При появлении корабля на расчетной дистанции производился торпедный залп. Если же противник менял курс, «ныряющий самолет» всплывал, вновь отыскивал цель в полете, и маневр продолжался. Для большей эффективности боевой работы предполагалось использовать звено из 3 подобных машин, чтобы можно было обложить противника, до минимума снижая возможность его маневра.

Работы над проектом продолжались до начала 1938 года, после чего он был сдан в секретный архив. Громоздкость конструкции, малая скорость под водой, сложная и длительная процедура погружения – все это делало проект малореальным. Между тем надвигавшаяся война требовала сосредоточения сил и средств на других, более актуальных разработках…

«Аэрошип» Рэйда. Впрочем, идея не была забыта окончательно. Уже после Второй мировой войны, в середине 60-х годов, американский инженер-электрик Дональд Рэйд обнародовал свой проект, над которым он трудился в течение 20 лет.

Вначале изобретатель построил опытный образец «Коммандер» – 7-метровый аппарат с дельтавидным крылом. В воздух машину поднимал двигатель внутреннего сгорания мощностью 65 лошадиных сил, под водой – электродвигатель мощностью 736 Вт. Пилот-аквалангист сидел в открытой кабине. «Коммандер» развивал в воздухе скорость 100 км/ч, а на глубине – 4 узла.

Получив необходимый опыт, Рэйд затем разработал проект более совершенного, реактивного аппарата «Аэрошип». По идее, выпустив лыжи-поплавки, двухместная машина садилась на воду. С пульта управления пилот закрывал воздухозаборники и выхлопное отверстие турбореактивного двигателя задвижками; при этом открывались водозаборники и выхлопное сопло водомета. Включался насос, заполнявший балластные цистерны, заполняющий балластные цистерны, и «Аэрошип» погружался. Оставалось убрать поплавки, пустить электромотор, поднять перископ, и самолет превращался в подлодку.

Чтобы всплыть и взлететь, все операции повторялись в обратном порядке. Однако эксперты ВМФ указали, что дальность полета машины всего 300 км, скорости под водой и в воздухе тоже невелики – 8 узлов и 230 км/ч соответственно.

Рэйд грустно улыбнулся: «Хорошо еще, что не надо скрещивать атомную субмарину со сверхзвуковым истребителем». И обещал подумать еще. Однако проект так и не был доведен до логического завершения, хотя до самой своей смерти, последовавшей в 1991 году, Дональд Рэйд продолжал свою работу.

В 2004 году его сын Брюс издал книгу, в которой подробно описал приключения отца и его машины, вошедшей в историю под индексом RFS-1. Ныне это уникальный аппарат находится в Пенсильванском музее авиации.

На очереди – «Баклан». Однако история летающих подлодок на том не закончилась. Недавно появились данные о том, что сотрудники конструкторского бюро Skunk Works вернулись к этой идее на новом уровне. Среди разработок, которые реализует это подразделение компании известной фирмы Lockheed Martin, немалый интерес представляет беспилотный летательный аппарат (БПЛА) Cormorant, что в переводе на русский означает «баклан».

Бакланы, как известно, могут пикировать и глубоко нырять, охотясь за рыбой, а потом снова взмывать в воздух. Аппарат Cormorant, как предполагается, должен уметь делать то же самое – выныривать и взлетать, а потом снова нырять.

Создается этот БПЛА для нужд военно-морского флота США. Он должен уметь стартовать с подводных лодок, находящихся на глубине до 45 м. Роль пусковой установки для него будет играть одна из шахт, ранее предназначавшихся для запуска баллистических ракет Trident, которыми вооружены американские субмарины проекта «Огайо». В связи с сокращением ядерного вооружения и общим изменением характера современных войн эти пусковые установки сегодня нередко пустуют. Заполнить образовавшиеся вакансии и смогут аппараты Cormorant.

Главная сложность – создать конструкцию, способную стартовать из ракетной шахты диаметром чуть больше 2 м. Понятное дело, такая пусковая установка совершенно не подходит для самолета традиционной конструкции. Кроме того, аппарат должен быть достаточно прочен, чтобы выдерживать давление воды, которое может достигать 50 атмосфер. Поэтому конструкторы Skunk Works предложили для 4-тонного аппарата складные крылья, которые затем будут расправляться в начале полета.

Чтобы конструкция могла противостоять давлению воды, ее, скорее всего, изготовят из титана. А пустоты в самолете для большей прочности заполнят пластиковой пеной. Кроме того, некоторые пустоты при движении под водой будут «наддуваться» сжатым газом, а сопла двигателей и другие компоненты – закрываться сдвижными герметичными крышками.

Из шахты Cormorant будет не «выстреливаться» подобно ракете, а скорее просто всплывать. Но как только БПЛА окажется на поверхности воды, включатся его реактивные двигатели – и он взлетит.

Выполнив свою задачу, беспилотник вернется в точку встречи с подлодкой, опустится на морскую поверхность и выбросит буксирный трос. Конец этого троса подцепит подводный робот и доставит конец на борт субмарины. Там включат лебедку и утянут самолет обратно в пусковую шахту, где он и будет ждать следующего пуска.

Чудеса маскировки, или как надуть противника

Надуть, то есть обмануть противника, у военных во все времена считалось хорошим тоном. Но только, пожалуй, в XX веке это надувательство приняло особые масштабы, стало особо изощренным.

Агроном на войне. Искусству маскировки военные так называемых цивилизованных армий учились у буров и американских индейцев. Учителя оказались хорошими, и в XIX веке армии перестали щеголять в пестрых мундирах, маршировать по полю боя плотными колоннами, а потом и вообще закопались в землю.

Во время Первой мировой войны зрение разведки обострилось чрезвычайно, когда она получила в свое распоряжение сначала подзорные трубы и бинокли, а впоследствии фото– и киноаппараты, смогла взирать на поле боя с высоты птичьего полета, то есть с борта аэростатов и аэропланов.

Однако не дремали и маскировщики: в ход шли все новые методы и средства. Например, чтобы скрыть от вражеских глаз артиллерийские позиции, севастопольские моряки еще в Крымскую войну впервые применили рыбачьи сети с навешанной на них растительностью. С их легкой руки маскировочные сети разошлись по всем армиям всего мира, на переднем крае стали вырастать искусственные леса, фальшивые холмы и сугробы…

Маскировали не только боевые позиции, но и целые города. Так, чтобы ввести в заблуждение немецких летчиков-наблюдателей, французы в Первую мировую войну проделали титаническую работу. На местности, сходной с расположением французской столицы, был coоружен еще один, фальшивый Париж, в котором были скопированы изгибы, создано точное подобие версальских каналов, проложена железная дорога и «выстроены» городские кварталы.

По ночам светом имитировалось движение городского транспорта и поездов. Конец этой на редкость обширной, дорогостоящей мистификации положило лишь заключение мира.

Впрочем, хороший результат в маскировке можно получить и при небольших затратах. Например, Николай Степанович Конюшков никакого отношения к авиации до 1932 года не имел. Работа у него была самая что ни на есть земная – заведующий отделом лугов и пастбищ Института кормов имени В.Р. Вильямса.

Впервые он полетел на самолете в 1932 году с самим Петром Ионовичем Барановым, начальником Главного управления авиационной промышленности. Они летели осматривать предполагаемые новые аэродромы для «ястребков». И если Баранова интересовали тактико– технические данные будущей взлетной площадки, то Конюшков оценивал состояние луга. Летчики просили обеспечить им такой «газон», чтоб и лохмат был в меру, и в меру пружинист, и чтоб не истирался под колесами как можно дольше. Они надеялись, что агроному удастся совместить два взаимоисключающих требования: довести грунт взлетного поля до плотности застывшего бетона, а затем вырастить на нем ровный травяной ковер.

Николай Степанович перепробовал почти все травы, высевал смесь из семян шести – восьми сортов. И в конце концов вырастил ковер достаточно плотный и прочный; сто раз на дню могли взлетать и садиться «ястребки», а дерн выдерживал. Причем самой «авиационной» травой оказался обыкновенный мятлик, который исправно произрастал под любыми колесами…

Однако если до Второй мировой войны Н.С. Конюшков занимался авиационными «газонами» периодически, по личной просьбе П.И. Баранова, то уже в июле 1941 года в план работы института была уже официально внесена тема «Устройство дернового покрова на летных полях».

А чуть позднее он получил и еще одно спецзадание от ВВС СССР. Конюшкова попросили сделать так, чтобы выращенные им «газоны» было трудно заметить с воздуха. Сами самолеты отгоняли на опушку леса, маскировали сетями и растительностью. Но как замаскировать летное поле?

Конюшков разработал весьма дешевый, но эффективный способ маскировки. Теперь он летал по фронтовым аэродромам, возя с собой мешок-другой азотных удобрений. Прибыв на место, собирал солдат из батальона аэродромного обслуживания и ставил перед ними боевую задачу – разбросать удобрения в указанных им местах.

Максимум сутки тратил ученый на каждый аэродром. И улетал на другой. А там, где он приказал разбросать удобрения, уже на следующий день после его отъезда трава меняла свой цвет, становилась темно-зеленой. И сверху казалось, что на ровном поле появились некие овраги и ямы.

Качество агромаскировки подтвердили фашисты: они старательно бомбили соседние поляны, оставив летное поле в неприкосновенности.

О чем не писали газеты. Вторая мировая война вообще интенсифицировала противостояние наблюдения и маскировки. Стены и крыши особенно ценных зданий, разрисованные так, чтобы сбить с толку воздушных разведчиков и штурманов авиации противника, фальшивые надстройки и трубы на кораблях, камуфлирующая окраска техники, маскировочное обмундирование бойцов – все это широко применялось во время ведения военных действий.

Порой дело доходило и до использования совсем уж необычных методов. Вот лишь один пример. Осенью 1942 года на обширных лесных массивах западных штатов США стали возникать таинственные взрывы, сопровождавшиеся пожарами. Стараниями контрразведки через некоторое время удалось установить причину возгораний. Японцы додумались прикреплять авиационные зажигательные бомбы к воздушным шарам и с попутным ветром отправлять их на территорию США. Конечно, точность подобной бомбардировки была весьма приблизительна, но японцы логично рассчитали, что Соединенные Штаты – страна большая и промахнуться мимо нее довольно затруднительно. Спустя несколько часов после запуска на воздушном шаре срабатывал таймер, бомба летела вниз и поджигала лес.

Как бороться с подобными бомбардировками? Выходом из положения оказалось… газетное молчание. Американцы «замаскировали» следы бомбардировок, засекретив информацию об их результатах. В итоге сами японцы усомнились в действенности своей затеи, и налеты воздушных шаров прекратились.

Бои без выстрелов. Война заставила на многое взглянуть по-иному. Еще вчера людей радовало чистое голубое небо, а сегодня они поглядывали на него с опаской: в любую минуту из-за горизонта могли нагрянуть вражеские бомбардировщики. До войны Адмиралтейская игла в Ленинграде радовала взор блеском своей позолоты. А с началом артобстрелов города этот блеск пришлось притушить – игла не должна обозначать центр города, служить ориентиром для фашистских артиллеристов и пилотов.

Но как накрыть чехлом громаду, взметнувшуюся на десятки метров ввысь? На помощь призвали альпинистов. Команда аэростата накинула на верхушку иглы петлю троса. По тросу поднялись ленинградские альпинисты с чехлом. И игла перестала сверкать на солнце, стала неразличимо серой. Накрыли чехлом и шпиль Петропавловки, закрасили купол Исаакия. Замаскировали железные дороги. Раскинули пеструю сеть над Смольным: дворец сверху выглядел городским сквером. Создали ложные аэродромы: на пустынных окраинах автомобили наездили колесами «взлетные дорожки».

Что спрятать не удалось – огромные заводы, судоверфи, – старались защитить зенитным огнем, прикрыть воздушными баррикадами. Каждый вечер в небо поднимались аэростаты воздушного заграждения. Один баллон с водородом мог подняться на высоту 4 км, два, соединенные вместе, поднимали прицепленный к ним трос на 6 км. Этот тонкий, совершенно невидимый ночью трос и представлял собой главную опасность для вражеской авиации. К верхней части троса подвешивали мину и устройство, которое при ударе самолета о стальную нить, автоматически перерезало ее. Освободившийся конец с миной подтягивала к себе обреченная машина; взрыв – и на землю сыпались обломки…

На аэростате в это время срабатывал разрывной клапан. Газ выходил из оболочки, и она плавно опускалась в город, где ее подбирали, чинили, если это было необходимо, и вечером снова поднимали в небо.

Резиновые ракеты и танки. Со временем надувные монстры начали свою службу не только в небе, но и на земле. Нынешний этап «надувательства» начался в 1993 году. Гендиректору «Русбала» Александру Таланову пришла в голову мысль о возможности сотрудничества с оборонкой. До этого руководимая им организация выпускала лишь спортивные аэростаты да детские надувные аттракционы.

Таланову сначала удалось заключить договор с военными о совместных научно-исследовательских работах. Потом последовали заказы на имитацию конкретного вооружения: зенитно-ракетного комплекса С-300, танков и самолетов… И лишь после этого – коммерческое сотрудничество. Пройдя через все бюрократические преграды, «Русбал» стал поставщиком надувной техники для нужд Российской армии.

Надувная ракетная позиция

Ныне пневматический макет – это не просто визуальная имитация. Изнутри он снабжен металлизированной пленкой, которая делает резину более заметной в радиолокационном диапазоне. Для обмана тепловизоров в макет ставят своеобразные печки – генераторы тепла в местах, где танк должен иметь повышенную температуру, в районе моторного отделения и выхлопных дюз.

Впрочем, создавать совершенно точную копию от «резинщиков» никто и не требует. Ведь макет, как правило, прикрывается еще маскировочной сеткой, и с расстояния метров в триста заметить разницу уже вряд ли кому удастся.

Тем не менее, прежде чем приступить к созданию новой модели, специалисты тщательно обмеривают образец. Затем думают, как сделать надувную копию. Изнутри макет представляет собой сложную систему соединений и нервюр; если просто сделать танк полым, то он раздуется почти как шар. Заполнение воздухом происходит через одно отверстие, поэтому в нервюрах предусмотрены каналы для пропуска воздуха из одного отсека танка в другой.

Главное ноу-хау «Русбала» – постоянная подкачка воздуха. Дело в том, что макеты делают из полиэфирных тканей типа «Оксфорд-210» и «Оксфорд-420» с полиуретановым покрытием. Эти ткани широко используются при изготовлении палаток, тентов, павильонов, шатров, а также походной одежды и сумок. Они дешевы, легки, достаточно прочны, но не обладают стопроцентной герметичностью. Кроме того, детали макетов сшиваются с помощью обычной швейной машинки, а значит, швы тоже пропускают воздух. Вот и приходится постоянно восполнять его утечку с помощью вентилятора.

Но, может, это даже и к лучшему. Макету не страшны пулевые попадания и мелкие проколы. Даже если в ткани образуется полуметровая дыра, ее можно быстренько заштопать, и макет еще послужит до капремонта.

Интересно, что башни танков можно вращать, стволы – поднимать и опускать, люки – открывать и закрывать, некоторые элементы – например, навесные топливные баки – снимать для имитации различных модификаций боевой машины.

Ныне «Русбал» выпускает копии самолетов МиГ-31 и Су-27, танки СТ-72 и Т-80, зенитную ракетную система С-300, комплекс 9К79-1 «Точка-У» и т. д. Какой поступит заказ, то и сделают. И будут надувать противника до тех пор, пока маскировщики не придумают что-либо еще.

Например, начнут заменять резиновые макеты голографическими копиями боевой техники. Или используют иные средства…

Сухопутные броненосцы XXI века

Сравнительно недавние военные действия на Кавказе, в Афганистане и Ираке в очередной раз показали, насколько важны для успеха сухопутной операции действия бронетанковых сил. Получается, что «сухопутные броненосцы» отнюдь не утратили своего значения и в наступившем столетии. Ну а какими видят себе танки XXI века ведущие специалисты нашей страны и мира?

«Черный орел» пролетел? Разговоры о танке «Черный орел» – новой разработке Омского конструкторского бюро транспортного машиностроения, поначалу известной как объект 640, – начались еще в 1997 году. Даже сквозь маскировочную сетку специалисты во время краткой демонстрации разглядели в необыкновенной приземистости броневой машины и ее приплюснутой башне черты сухопутного броненосца XXI века, открывающего новое направление в мировом танкостроении.

Эксперты Евразийского патентного ведомства отметили высокие тактико-технические характеристики танка, исключительную степень защиты экипажа. Люди размещены в корпусе, ниже башни, изолированы от боекомплекта, пороховых газов, выделяющихся при выстрелах. Отличительной особенностью новой боевой машины также является бронированная защита топливных баков – именно по ним зачастую бьют противотанковые средства противника.

Но главное, как считают специалисты, еще никто в мире не смог добиться размещения боекомплекта и автомата заряжания пушки в съемном бронированном модуле, который установлен в кормовой части башни и снабжен приспособлением для направленного отвода ударной волны. Патентом отмечена и малозаметность боевой машины для радаров противника.

Танк «Черный орел»

Однако в сентябре 2009 года представители Министерства обороны несколько сконфуженно объявили, что омичи просто пытались выдать желаемое за действительное. И на самом деле работы над новым танком, по существу, еще не начинались. И то, что было продемонстрировано, – не более чем пустышка. «Внутри башни ничего нет», – объяснил представитель министерства. А стало быть, у нас есть возможность пофантазировать, представить вместе со специалистами, каким должен быть идеальный чудо-танк нынешнего столетия.

Лучшая защита – нападение. Как ни странно, но ныне на поле боя, а особенно в городских условиях, современный танк уязвимее, чем, скажем, во времена Второй мировой войны. Потому что за прошедшие полвека с лишним у пехоты в распоряжении появилось огромное количество противотанковых средств.

Да и вообще, за «сухопутными броненосцами» кто ныне только не охотится: и пехотинцы с гранатометами, и противотанковые пушки, и вертолеты с ракетами… И сами танки уже давно не предназначены для уничтожения пехоты – они охотятся в основном на себе подобных, на ракетные установки и т. д.

И простое наращивание брони, так называемая «пассивная защита», не спасает – мощность оружия растет быстрее. Выход – в защите активной.

Идея такой защиты танка была впервые предложена в одном из тульских КБ еще полвека тому назад. Ее смысл состоит в том, чтобы уничтожать подлетающие боеприпасы еще до соприкосновения с броней.

В декабре 1983 года из заводских ворот вышел Т-55АД – первый в мире танк, оснащенный подобным комплексом. Восемь 9-килограммовых ракет секретного комплекса «Дрозд» обеспечивали уничтожение цели на расстоянии до 8 м.

Говорят, танки Т-55, оснащенные системой «Дрозд», принимали участие в афганской войне. Комплекс активной защиты позволял снизить вероятность поражения танка выстрелом из популярного у душманов гранатомета РПГ на 80 %.

Предпринимались попытки изготовить систему активной защиты и на Западе. Однако ни одна из них так и не была доведена до промышленного образца. Наиболее удачной считается разработка 80-х годов XX века английской компании Marconi Defense Systems. Основу танковой противоракетной системы TAMS составляли две скорострельные пушки фирмы Hughes, автоматически наводимые на цель двумя радиолокационными станциями. TAMS была способна обстреливать подлетающие со всех направлений ракеты на расстояниях менее километра.

Однако куда более совершенная система активной защиты разработана в КБ машиностроения г. Коломны. Созданный здесь комплекс «Арена» представляет собой своеобразную автоматическую систему ПВО танка. Время ее реакции – 0,07 секунды. Тут глазом моргнуть не успеешь, а система уже отреагировала на опасность, отразила ее.

Для этого на башне танка размещается всепогодная радиолокационная станция, способная обнаруживать цели на дальности до 50 м. После анализа траектории цели бортовым баллистическим вычислителем выдается команда на отстрел защитных боеприпасов, размещенных в 26 специальных шахтах по периметру танковой башни. На высоте около 4 м происходит подрыв направленного заряда, и цель поражается потоком шрапнели.

Диапазон скоростей поражаемых целей лежит в пределах 70—700 м/с, что позволяет успешно бороться с любыми типами гранат, выстреливаемых из гранатометов, а также с противотанковыеми управляемыми ракетами.

Любовь к электричеству. Тем не менее и «Арена» не панацея от всех бед. И дело не только в том, что танки в современной войне не могут действовать в отрыве от пехоты. (Печальным примером неправильной тактики является хотя новогодний штурм Грозного в первую чеченскую войну.) Если же танки следуют вместе с пехотой, то при срабатывании комплекса активной защиты помимо цели поражаются и свои стрелки.

Вторая проблема – высокоскоростные бронебойные подкалиберные снаряды, напоминающие длинные оперенные стержни-стрелы. Немецкая танковая пушка Rheinmetall RM 120, которой вооружено большинство танков стран NATO, разгоняет такой снаряд до 1650 м/с, что почти втрое выше максимальной скорости целей, перехватываемых современными комплексами активной защиты.

Так что тут еще есть над чем подумать. Одна из идей – оснастить танк электромагнитным «коконом» – силовым полем, которое будет отбрасывать гранаты, снаряды и ракеты, направляемые в танк.

Однако такое решение прежде всего требует чрезвычайно мощного источника электроснабжения. Кроме того, энергия нужна и бортовой электронике, которой на сухопутных броненосцах становится все больше. Есть даже предложение вообще отказаться от экипажа, превратив танки в боевые роботы, могущие действовать самостоятельно. И работы по созданию компьютеров, которые могли бы заменить водителя-механика и наводчика-стрелка в экипаже танка, ведутся во многих КБ мира.

Электрическими хотят сделать также и орудия. Первые прототипы электромагнитных пушек, выбрасывающих снаряды из ствола-соленоида силой электромагнитного поля, уже созданы, ведутся их испытания.

А в итоге получается, что танк должен превратиться в этакую самодвижущуюся электростанцию. Так, например, американские специалисты из Army’s Tank-Automotive Command and Electronics Technology and Devices Laboratory работают над созданием первого прототипа электротанка, который соединит в себе последние достижения механики и электроники.

Мощный газотурбинный генератор будет запитывать высокоэнергетические батареи или конденсаторы. В случае необходимости импульсы энергии подаются либо на электрические пушки, либо на электромагнитную систему активного противодействия, которая будут отшвыривать от себя вражеские снаряды. Кроме того, мощные микроволновые передатчики будут прицельно выбрасывать импульсы энергии, призванные парализовать систему наведения противотанковых ракет, а также блоки управления танков-роботов противника.

По некоторым данным, просочившимся в открытую печать, подобные разработки ведутся и нашими специалистами.

В общем, война XXI века, кроме всего прочего, становится еще и электронной.

Чудо-броня для танка-невидимки. Еще одна новость: английские ученые и инженеры собираются создать танк-невидимку.

Британские специалисты из компании ВАЕ Systems недавно пообещали, что через пять лет совершенно изменят внешность наземной военной бронетехники. Каждую бронированную машину оденут в новый камуфляж, способный изменять свой внешний вид в зависимости от окружающей среды. Танк, словно хамелеон, на снегу будет белым, в пустыне – желтым, а в лесу – зеленым…

Впрочем, тут надо отметить, что подобное заявление далеко не первое. Создание маскирующих поверхностей, обладающих мимикрией – способностью менять свой цвет и свойства в зависимости от окружающей среды, издавна является мечтой военных разных стран. В частности, Министерство обороны США выделило 6 млн долларов на четыре года ученым, которые изучают умение маскировки таких животных, как осьминог, кальмар и каракатица. Исследователи хотят скопировать их умение и при этом возлагают основные надежды на наноструктуры и метаматериалы.

Что касается британских исследователей из ВАЕ Systems, то они в своем проекте под названием E-camouflage решили базироваться на разработках, связанные с электронными чернилами. Напомним, что сама по себе эта технология разрабатывалась для электронных книг. Суть ее такова. Жидкокристаллический экран имеет в своей структуре множество крошечных шариков-капсул, один бок которых темный, а другой белый. В зависимости от знака электрического заряда, капсула поворачивается к поверхности дисплея темным или светлым боком, образуя черную или белую точку. Из этих точек и формируется четкое изображение черных букв на белом фоне.

Система удобна тем, что достаточно надежна и экономична. Однако до недавнего времени экраны оставались черно-белыми. А для маскировки ведь нужны цветные покрытия. И вот недавно ридер с цветной электронной бумагой был продемонстрирован китайской компанией Hanvon Technology. Здесь уже точки не черно-белые, а трех основных цветов – красного, синего и желтого. Их сочетание способно дать все семицветье радуги.

Интересная разработка сделана недавно и в США. Электронная бумага, превосходящая предшественниц по контрастности, разрешению и быстродействию, создана группой ученых под руководством профессора Джейсона Хейкенфельда из Университета Цинциннати. Авторы разработки фактически придумали новый принцип работы электронной бумаги.

Каждый ее пиксель теперь представляет собой пустотелую герметичную гексагональную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластинка, отражающая свет. А в центре ячейки – крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами в черно-белом варианте. Сверху же конструкцию прикрывает тонкопленочный прозрачный электрод из оксида индия-олова.

Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5 % от обшей видимой площади, в «свернутом» состоянии чернила почти не видны.

Для получения цветных пикселей разработчики решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек. Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 мкм, а разрешение экрана – 300 точек на дюйм. Это, по словам Хейкенфельда, больше, чем у большинства моделей электронных книг, имеющихся на рынке.

Второе колоссальное преимущество новинки – время переключения пикселей между черным и белым состоянием. Оно составляет всего одну миллисекунду, что даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов, и намного лучше, чем у традиционных электронных книг (там – десятки и сотни миллисекунд). Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео.

Наконец, разработка американских ученых очень тонка и способна гнуться. А потому нет ничего удивительного в том, что ею заинтересовались и оборонщики. Они хотят на подобном же принципе показывать на броне танка ту или иную маскировочную «картинку». Причем появление экспериментального прототипа E-camouflage для армии Великобритании ожидается уже к 2013 году.

Каждый танк будет оборудован датчиками для анализа окружающей местности. Сенсоры, смотрящие во все стороны, позволят определять и передавать данные о внешней среде на матрицу с электронными чернилами, покрывающую броню танка. Та будет воспроизводить внешнюю среду на поверхности машины, и танк как бы сольется с окружающим ландшафтом.

Далее просматривается еще одна возможность построения танка-невидимки – использование метаматериалов, способных нарушать законы отражения электромагнитных волн вообще и света в частности. Ученые ныне создают материалы, которые не отражают свет, как обычно, а заставляют их как бы обтекать предмет, что и делает его если не совсем невидимым, то весьма мало заметным.

Так вот, британские специалисты уже воспользовались этой разработкой, модифицировали ее на свой лад и теперь утверждают, что создали некое силиконовое покрытие, которое, будучи нанесенным на танковую броню, сделает боевую машину практически невидимой. Что и обещают продемонстрировать публично к 2012 году, когда танк с таким покрытием будет готов.

Впрочем, уже сегодня есть немало скептиков, которые утверждают, что сделать невидимкой огромную рычащую, дымящую и пылящую машину вряд ли удастся. Разве что покрытие будет выполнять роль некоей маскировочной сети, способной на то время, пока танк будет готовиться к атаке, сделать так, чтобы боевую машину было труднее рассмотреть, например, с воздуха. Ну и соответственно – разбомбить или расстрелять ракетами.

Снаряды для защиты

Снаряд, как правило, привычнее относить к атрибутам оружия нападения. Однако заслуженный изобретатель России В.А. Одинцов придумал снаряды, которые можно отнести к оружию самообороны.

Член научно-экспертного совета Комитета Государственной Думы по обороне, доцент МГТУ имени Баумана Владимир Алексеевич Одинцов известен среди специалистов прежде всего как автор осколочно-пучкового снаряда. Но это далеко не единственное его изобретение. Недавно его друзья и коллеги отметили своеобразный юбилей – получение изобретателем сотого патента России.

И все же сам он считает своим ключевым изобретением именно осколочно-пучковый снаряд – боеприпас, создающий два поля поражения – круговое поле осколков корпуса и осевое поле (сноп) поражающих элементов.

Идею такого снаряда Одинцов выдвинул в 1972 году, когда заметил, что танки в современном бою слабо защищены от действий пехоты и вертолетов, вооруженные гранатометами, ПТУРСами и ракетами.

Это стало очевидно уже во вьетнамской войне, но в наиболее остро проявилось в октябрьской войне 1973 года (война «Судного дня») Израиля против Египта. К этой войне арабские страны подготовили огромные запасы РПГ и ПТУР «Малютка». Каждый третий египетский солдат нес на себе противотанковое оружие. И хотя война в конечном счете была довольно быстро выиграна Израилем, но потери им танков были ужасающими – более 800 машин.

Осколочно-пучковый снаряд для танка XXI века

Стало ясно, что эффективные средства борьбы с танкоопасной пехотой у танка отсутствуют. Единственный вид танковых снарядов, предназначенный для этой борьбы, – осколочно-фугасный снаряд с ударным взрывателем – остановился в своем развитии на уровне 30-х годов прошлого столетия. Нужны были новые идеи танковых снарядов самообороны, и они были найдены в лице осколочно-пучкового и кассетного снарядов.

Оба они являются снарядами самообороны танка, поскольку разбрасывают град осколков еще в полете.

Интересная идея не осталась замеченной и за рубежом. Танковый кассетный снаряд начала разрабатывать израильская фирма Israel Military Industries (IMI). Ее специалистами разработано два образца снарядов с общим индексом АРАМ (Antipersonnel-Antimateriel (противопехотный-противопреградный): 105-мм снаряд Ml 17 Rakafet (для нарезной пушки старых танков «Меркава» и «Меркава-МК2») и 120-мм снаряд М329 Calanit (для гладкоствольной пушки новых танков «Меркава МКЗ» и МК4). Конструкции защищены европейским патентом ЕР 0961098А2.

Новинка вызвала большой интерес и у американцев. Было заключено соглашение о совместном производстве этих снарядов между IMI и американской фирмой Primax Technology. 105-мм снаряды вошли в боекомплект новой боевой машины пехоты Stryker. Сообщается, что эти снаряды войдут в состав боекомплекта 105-мм пушки перспективной боевой машины FCS (Future Combat System), призванной в перспективе заменить танки в армии США. 120-мм кассетный снаряд войдет в боекомплект танка М1А2 «Абрамс».

Поступают сообщения об успешном использовании армией Израиля 120-мм снаряда «Каланит» в операции «Литой свинец» в секторе Газа, а также коалиционными силами в Афганистане.

Таким образом, похоже, у нас из-под носа уводят очередную отечественную разработку. Дело в том, что МГТУ не имеет особых финансовых возможностей для зарубежного патентования снарядов. А государственные чиновники из Федерального агентства по правовой защите результатов интеллектуальной деятельности военного, специального и двойного назначения (ФГУ ФАПРИД), как обычно, не очень торопятся. В итоге Одинцову удалось получить лишь патент № 2363923 РФ на кассетный снаряд «Лихославль». Но кто за рубежом слыхивал о небольшом городке в Тверской области – малой родине изобретателя? И уж конечно, никто не жаждет и признавать его первенство на мировом рынке оружия, дающего баснословные прибыли.

Стрельба без шума

В кинофильме «Брат» показано, как главный герой, которого играет Сергей Бодров, мастерит глушитель для нагана из обыкновенной пластиковой бутылки. А в телесериале «Слепой» так и вообще глушитель на пистолете Игоря Северова едва ли не больше самого пистолета.

Почему это вдруг пошла мода на глушители? Действительно ли такое устройство может быть самодельным? Какова физика процесса глушения?

Глуши машину!.. Глушителем ныне оборудуют практически всякую шумящую машину, аппарат, двигатель, агрегат, устройство… Человечество объявило войну шуму, убедившись, например, что «гром среди ясного неба», раздающийся после пролетевшего самолета, изрядно мешает людям жить, вредно отражается на их здоровье.

И тогда на пути распространения шума стали ставить разного рода барьеры. Скажем, глушитель мотоциклетного двигателя оборудован множеством перегородок, заставляющих выхлопные газы из цилиндров перед тем, как вырваться на волю, пройти через довольно-таки длинный лабиринт и по пути значительно утихомирить свой рев.

Аналогично же устроены глушители в автомобильных и авиационных двигателях. Что же касается оружейных глушителей, то их создание – пожалуй, наиболее сложная техническая задача. Прежде всего, потому, что грохот тут создается воздухом, выталкиваемым из ствола пулей и пороховыми газами. Вырвавшись на волю из ствола, эти газы попутно еще и создают ударную баллистическую волну, распространяющуюся по округе со сверхзвуковой скоростью. Ведь давление газов в стволе – порядка 200 атмосфер, а температура – около 1000°.

Сами понимаете, укротить подобный источник шума не так-то просто. Тем более что глушитель должен быть достаточно компактным и надежным. Попытки создания таких устройств предпринимались неоднократно и с переменным успехом.

Идеи иностранцев. Пионером в этом деле считают полковника французской армии И. Гумберта, который в 1898 году сконструировал первый «прибор для бесшумной стрельбы».

Надо отдать должное хитроумию полковника. Глушитель Гумберта представлял собой насадку, которая навинчивалась на конец ствола. Внутри имелся шарик, обычно покоившийся в специальной выемке ниже канала ствола. При выстреле двигавшиеся за пулей пороховые газы подхватывали шарик, и он, словно пробка, затыкал изнутри отверстие глушителя. Газы оказывались запертыми в канале ствола и медленно просачивались через тончайшие отверстия в задней стенке глушителя.

Теоретически конструкция выглядела почти идеально. Однако на практике оказалось, что камера в полевых условиях быстро засоряется, и шарик уже не прилегает так плотно, как хотелось бы, и глушитель перестает выполнять свои функции.

Но это еще полбеды. Беда же состояла в том, что вся хитрая конструкция работала лишь при горизонтальном положении ствола. А стоило наклонить оружие, шарик мог еще до выстрела закупорить дуло, что иной раз приводило к разрыву ствола.

В общем, от конструкции Гумберта пришлось отказаться. Взамен его датские оружейники Борренсен и Сигбьерсен предложили устройство совсем другого типа. А воплотить их идею в металле взялся сын знаменитого изобретателя пулемета. Глушитель Максима представлял собой надульную насадку цилиндрической формы без всяких шариков. После выстрела пороховые газы, выходя из дула, сразу расширялись и охлаждались. При этом они теряли часть кинетической энергии, а потому выходили наружу более или менее тихо.

Интересно, что первыми оценили глушители… охотники. «Бесшумные» выстрелы, на самом деле напоминавшие по звуку хлопки в ладоши, не распугивали дичь.

Заодно с оружием. Однако однокамерный глушитель слабо глушил звук. И конструкторы вскоре догадались, что эффект можно усилить, посадив на ствол несколько глушителей последовательно. Или, что куда проще, разделить корпус глушителя внутренними перегородками-диафрагмами.

Но и такая конструкция далека от идеала. Пуля, проходя через диафрагмы, тратит часть своей энергии, поэтому страдают точность и кучность стрельбы. Кроме того, служат подобные глушители недолго. Диафрагмы быстро изнашиваются, и после нескольких выстрелов оружие вновь становится шумным.

Тем не менее из-за простоты конструкции одноразовые глушители используют и по сей день. Например, насадка на автомат Калашникова поначалу снижает уровень шума в 20 раз и позволяет произвести до 200 выстрелов. А если накрутить аналогичный глушитель на ствол пистолета, то звук выстрела можно пригасить и в 500 раз. Пробка от шампанского и то иной раз хлопает громче.

Современный пистолет с глушителем

И все же конструкторы недовольны глушителями расширительного типа. Они хотели бы, чтобы такие устройства служили в идеале столько же, сколько и само оружие, могли составлять с ним единое целое. В итоге раздумий и экспериментов появились так называемые интегрированные глушители, составляющие с оружием единое целое.

Главная изюминка тут заключается в предварительном отводе части пороховых газов из ствола. Для этого в стволе высверлены небольшие отверстия. Через них газы, толкающие пулю, выходят в заднюю расширительную камеру глушителя. Передняя же его часть, как обычно, разделена диафрагмами.

Данная конструкция позволяет уменьшить общую длину оружия, поскольку глушитель устройство располагается вокруг ствола и лишь незначительно выступает за его пределы. Но есть и недостаток: отвод части пороховых газов снижает дальнобойность и меткость такого оружия.

«Русский шепот». Впрочем, в последние годы выяснилось, что можно заглушать звук выстрела и более действенным способом. Идея заключается в том, чтобы после выстрела вообще не выпускать пороховые газы из ствола, а наглухо запирать их, как то делалось в глушителе Гумберта.

Делается это с помощью специального патрона, идею конструкции которого тульский оружейник Гуревич предложил еще в середине прошлого века. Внутри патронной гильзы, впереди порохового заряда, он поставил специальный поршень. А пространство между поршнем и пулей предложил заполнить водой. При выстреле пороховые газы толкали поршень, тот давил на воду, а она – на пулю. Дойдя до конца гильзы, поршень останавливался, упираясь в уступ, и запирал выход газам. Пуля же продолжала двигаться под напором воды, вылетела из ствола к цели. Шума при этом действительно не было почти никакого, но большое облако брызг демаскировало стрелявшего.

Пришлось от воды отказаться. Но сама идея производить отсечку пороховых газов в гильзе патрона осталась. После вылета пули особый поршень плотно закрывает выход газам из гильзы. И стрелок уже ничем не выдает себя.

Создание в нашей стране патронов с отсечкой газов вызвало на Западе настоящий переполох, а сами комплексы (оружие – патрон) получили у специалистов многозначительное название «русский шепот».

И все же, несмотря на эти и другие технические достижения, глушители пока очень дороги, громоздки, недолговечны. А потому работа над их усовершенствованием продолжается.

Так, скажем, некоторые изобретатели предлагают решить проблему радикально, вообще отказавшись от источника шума – порохового взрыва. Необходимую кинетическую энергию пуле или стреле должны сообщать сжатый воздух или натянутая тетива. Но о пневматическом оружии и современных арбалетах мы поговорим как-нибудь в другой раз.

Здесь же к сказанному остается добавить, что официально использовать глушители могут лишь бойцы спецназа. Всем остальным это запрещено. Если даже у данного человека есть лицензия на огнестрельное оружие, оснащение его глушителем все равно считается уголовно наказуемым преступлением. Ведь именно эти устройства очень часто используются киллерами при заказных убийствах.

Гипервинтовки для суперснайперов

Недавно в лексиконе спецслужб появилось обозначение новой военной профессии – охотники за снайперами. Новая специализация потребовала и нового оснащения, в частности – оружия суперкласса. Что оно собой представляет?

Кто такой снайпер? Начнем несколько издалека. Слово «снайпер» впервые появилось в английской армии во время Первой мировой войны. Происходит оно от английского snipe – «бекас». Эта небольшая птица летает очень быстро, по непредсказуемой траектории; охота на нее сложна и тем, что обычно ведется на утренней и вечерней заре, то есть в условиях плохой освещенности. В общем, чтобы попасть в бекаса, нужно быть очень хорошим стрелком, снайпером.

Ну а вообще, что фраза нашего знаменитого генералиссимуса А.В. Суворова, будто «пуля – дура, а штык – молодец», потеряла свою актуальность, убедительно доказали буры во время Англо-бурской войны 1899–1902 годов. Английская армия понесла очень большие потери, была вынуждена напрочь отказаться от красных мундиров, манеры атаковать сомкнутым строем и закопаться в землю. А все из-за того, что буры из укрытий выцеливали в первую очередь офицеров и срывали запланированные атаки тем, что дистанцию до штыковой атаку могла одолеть едва ли половина атакующих – остальные гибли от ружейного огня еще раньше.

Стрельба из снайперской винтовки Лобаева

В Первую мировую войну, отличавшуюся тем, что противоборствующие стороны подолгу вели позиционные военные действия (это хорошо описано, например, в романе Э.М. Ремарка «На Западном фронте без перемен») снайперов уже начали специально готовить и снабжать их особым оружием – снайперскими винтовками с оптическими прицелами.

В СССР снайперское дело получило развитие в 30-х годах XX века. В 1929 году на высших курсах «Выстрел» было специально создано отделение снайперов. Позднее подготовкой снайперов занимались специальные курсы Осоавиахима и непосредственно воинские части. В 1931 году была принята на вооружение снайперская винтовка образца 1891/1930 года, представлявшая собой усовершенствованную трехлинейку Мосина. Это была первая отечественная винтовка, специально предназначенная для меткой стрельбы. Потом многие снайперы пользовались и СВД – снайперской винтовкой Дегтярева.

Правильность курса на подготовку особо метких стрелков показала советско-финская война 1939 года. Финские «кукушки» – снайперы, прятавшиеся на деревьях в лесу, весьма досаждали Красной армии, для борьбы с ними пришлось организовать специальные команды.

К началу Великой Отечественной войны Красная армия располагала уже собственными кадрами снайперов; на счету лучших из них – сотни вражеских солдат и офицеров. Чувствительный урон, наносимый советскими снайперами, побудил и немцев приступить к производству в больших количествах оптических прицелов, спецвинтовок и обучению снайперов.

Бывшие «бронебойки». После Второй мировой войны, с появлением ядерного оружия массового поражения, ракет многим стало казаться, что снайперы уж больше не нужны. Однако практика вьетнамской войны, Афганистана, Чечни и другие локальные конфликты показали, что это далеко не так.

Разница лишь в том, что ныне в войсках появилось большое количество бронежилетов, которые не пробиваются пулями из обычных винтовок, особенно при стрельбе с больших расстояний. Пришлось вспомнить, что во время Великой Отечественной войны довольно широко применялись «бронебойки» – винтовки большого калибра, специально предназначенные для стрельбы по бронированным целям. На их основе и было разработано новое поколение снайперских винтовок, специально предназначенных для стрельбы на большие расстояния (порядка 1,5–2 км) и поражения защищенных целей.

Появился также новый вид спортивной стрельбы на дальние расстояния – бенчрест, для которого тоже необходимо специальное оружие.

Что это за оружие, каковы его возможности и как его делают, давайте посмотрим на примере уникальной компании «Царь-пушка», которая до недавнего времени базировалась в г. Тарусе, неподалеку от Москвы.

Организовал эту фирму Владислав Лобаев – человек широко известный в узких кругах. Поначалу он сам был классным стрелком, не раз участвовал в мировых первенствах по стрельбе на дальние расстояния, судил такие соревнования. И на своем опыте вскоре понял, как важно для победы иметь хорошую винтовку. А такие делали только в США.

Тогда он поехал в Америку, сумел пройти стажировку у Спиди Гонсалеса и Клэя Спенсера – мировых корифеев-оружейников, специализирующихся именно на таком оружии. Потом вернулся в Россию, назанимал денег у своих друзей-стрелков, купил за рубежом станки, инструмент для производства высокоточного оружия и основал компанию «Царь-пушка». Он даже сумел получить в Федеральном агентстве по промышленности соответствующую лицензию – случай небывалый в отечественной практике.

В немалой степени тому способствовали его знакомые из службы охраны президента и Национальной ассоциации стрелков. Один из них рассказывал, что еще во время Второй мировой войны появилась новая специальность – охотники на снайперов. Эти асы, суперснайперы, и потребовали создания для них специализированного снаряжения.

Отличие работы охотника за снайперами от действий самих снайперов заключается вот в чем. Снайперы обычно работают парами – один находит цель, определяет расстояние до нее и выдает координаты напарнику, который стреляет. При этом напарники, как правило, вольны в выборе жертв для своей «охоты», могут выждать соответствующий момент – вот пролетел вертолет, и в грохоте его мотора выстрела и не слышно. Причем, выстрелив один раз, снайпер тут же меняет позицию. Таким образом, чтобы поразить его, охотник за снайпером должен в считаные мгновения выяснить, откуда произведен выстрел, выстрелить самому и в то же время уберечься от огня с противоположной стороны – там ведь тоже не дураки сидят…

Все это требует отменной выучки – умения отлично маскироваться, вести наблюдение за местностью, определять присутствие огневой точки противника по малейшим признакам – например, зимой снайпера может выдать пар от дыхания, поэтому опытные стрелки, выдвигаясь на огневую позицию, задерживают дыхание и держат снег во рту.

Охотник за снайперами должен уметь обращаться с приборами наблюдения, в том числе и ночного видения, вести минирование и разминирование, обладать стальными нервами, железным здоровьем и несокрушимым терпением – ведь появления потенциального противника порой приходится ожидать сутками. И уж конечно, он должен уметь стрелять, что называется, навскидку, поражая цель с первого выстрела на расстоянии как минимум 500 м и далее.

Вообще же стрелок такого класса уверенно – при любой погоде и освещенности – способен попасть на расстоянии 1000 м первым выстрелом в мишень диаметром с суповую тарелку. А замаскированную цель таких размеров на столь большом расстоянии, между прочим, и не во всякий бинокль разглядишь…

Производство «Царь-пушки». Что же касается оружия для стрельбы на дальние расстояния, то ныне многие стрелки подразделяют его на два класса – ОВЛ (охотничья, или опытная, винтовка Лобаева) и СВЛ (снайперская, или специальная, винтовка Лобаева). Впрочем, сам Владислав аббревиатуры понимает так. Если на стволе обозначено «ОВЛ», значит, заказчик частное лицо, если «СВЛ» – спецструктуры.

И вообще такое подразделение достаточно условно, поскольку подобные винтовки – товар штучный. А под индивидуальный заказ можно оговорить все: длину ствола, калибр, тип затвора, ложе, шаг нарезов, компенсатор, дульный тормоз и т. д.

Стволы делают из нержавеющей стали марки 4—16R или 416Т. А это высоколегированная сталь, она тверже традиционных ствольных сталей и требует более износостойкого инструмента.

Сталь поступает с сталелитейного завода в виде шестиметровых прутков нужного диаметра, которые нарезают на куски необходимой длины. Поскольку изначально заготовки довольно неровные, их заказывают с припуском и на токарном станке обтачивают до идеального цилиндра нужного диаметра.

После этого начинается самое сложное – высверливание дула. Это целая наука, требующая специальных знаний, особого оборудования и инструмента – прежде всего сверл глубокого сверления. В «Царь-пушке» работали со всеми калибрами: 22, 25, 270, 234 (6 мм), 7 мм, 6,5 мм, 30 (7,62 мм), 338 (8,6 мм) и даже 408 (10,3 мм). Раньше с ружьями такого калибра на слонов ходили, ныне используют для снайперской стрельбы на 2–3 км.

Основная проблема в данной операции – увод инструмента от оси сверления. Чтобы избежать этого, нужно правильно подобрать скорость подачи и число оборотов сверла, а самое главное – оптимально его заточить. Одно сверло без перезаточки, в зависимости от марки стали, выдерживает от 10 до 50 сверлений. Комплект из пары сверл стоит 1500–2000 долларов.

Вслед за тем делают развертку. Это как бы повторное прецизионное досверливание ствола. Следующая операция – хонингование. Под каждый ствол делается абразивный хон, который протягивается через канал, выполняя грубую полировку.

Процесс нанесения нарезов в стволе – именно они обеспечивают вращение пули, а значит, и устойчивость ее полета, – называется дорнованием. Станок, плавно вращая, протягивает через канал ствола твердосплавный дорн очень высокой твердости (70–80 единиц по шкале твердости Роквелла) с выступающими нарезами. Это однократная операция, которая буквально за 10 секунд образует нарезы методом давления. Перед этим на внутренний канал ствола наносится специальная смазка, состав которой является профессиональной тайной каждого производителя.

И это еще не все. Следующий операция – притирание ствола. Для нее выплавляется свинцовый притир, имеющий форму соответствующего дорна, на него наносится специальный абразивный состав, который мастера готовят сами, и каждый ствол полируется вручную. При этом мастера могут обеспечить разную геометрию внутренней поверхности ствола, а стало быть, и личные характеристики того или иного оружия, которые окончательно выявятся лишь при его пристрелке.

Готовый ствол маркируется. Например, 338 – калибр, далее 323 – диаметр сверла, 330 – диаметр развертки, 3415 – дорн, 12 – шаг и 75 – технологический номер партии. По маркировке потом можно сделать ствол-близнец, если вдруг выяснится, что данная винтовка, скажем, замечательно стреляет в ветреную погоду.

После этого к стволу крепятся затвор и ложа. Дерево для этого давно уж не используется – оно слишком капризно к перемене погоды. Теперь чаще ложа изготовляют из стеклопластика, углепластика и кевлар-карбона. Самый прочный – кевлар-карбон, но с ним, кроме Лобаева и его компаньонов, никто связываться не хочет – материал плохо режется и фрезеруется. Но итог стоит возни: ныне Лобаеву есть чем гордится – на его ложах был выигран чемпионат Европы, его винтовки знают во всем мире.

Винтовки от Лобаева – удовольствие хоть недешевое (350–550 тыс. рублей), но и безальтернативное, считают многие наши стрелки. «Если в соревнованиях по бенчресту участвует мастер с винтовкой Лобаева, остальные будут бороться лишь за второе место», – утверждают они.

Были наши, стали – ваши… Почему мы столь подробно рассказали о подобном производстве? Не нарушили ли мы тем самым государственную тайну? Нет. Во-первых, мало знать, как делается что-то теоретически, нужно еще и уметь делать это практически. Во-вторых, Лобаев – не единственный мастер такого класса в мире; есть и другие. И в-третьих, самое обидное, фирмы «Царь-пушка» в России больше не существует.

Когда около пяти лет тому назад Лобаев с друзьями наладили свое производство и заказы к ним, что называется, повалили, тут уж зашевелились наши госструктуры – как же так, частник у них хлеб отбирает? Лобаеву было предложено войти в состав одной из госструктур. Но когда Владислав узнал, что начальников при этом у него становится больше, чем рабочих на его фирме, а доходы соответственно уменьшатся, он отказался. В ответ у него отобрали лицензию – дескать, никуда теперь не денешься, пойдешь на поклон. Он же взял, упаковал свое оборудование и вместе с лучшими специалистами уехал в Объединенные Арабские Эмираты, где его приняли с распростертыми объятиями.

А вот сумеют ли теперь наши госчиновники, как обещали, наладить аналогичное производство без Лобаева, это еще большой вопрос…

Между тем спрос на хорошие снайперские винтовки год от года все растет. Количество горячих точек на планете, к сожалению, не уменьшается – стреляют то там, то тут. Стреляют и в так называемых мирных городах. То один открывает беспорядочную стрельбу в школе, то другой берет в заложники покупателей в супермаркете…

Тогда на позиции выдвигаются полицейские снайперы. Стрелять им приходится с довольно близкого расстояния – порядка 200 м, но зато и мишени у них не ахти какие крупные. Например, был случай, когда снайперу, чтобы упредить расстрел заложников, пришлось отстрелить грабителю указательный палец, уже тянувшийся к спусковому крючку…

И это лишь один пример. Вернемся к охране первых лиц государства. Ныне лидеры во всем мире стали такие активные, мотаются то по территории своего государства, то совершают бесконечные вояжи за границу. А где гарантия, что их где-то уже не выцеливают нанятые кем-то снайперы? Гарантию, что им не удастся выполнить задуманное, могут дать только охотники за снайперами. Стрелки суперкласса способны не только обнаружить позицию снайпера, как бы ловко тот ни замаскировался, но и в считаные мгновения нанести по нему точный удар.

Вот только, пока снайпер не обнаружит себя, сделать ничего нельзя. Так что против первого выстрела никто дать гарантию и во всем мире не может… Остается надеяться лишь на чудо.

«Жидкая» броня

«Вода мягка, пока об нее не ударишься». Эта истина, отраженная в старинной поговорке, оказалась нитью Ариадны для создателей нового вида броневой защиты.

Похвальное слово кевлару. Еще во времена Средневековья удару меча, копья или стрелы тогдашние рыцари противопоставляли щиты, кольчуги да доспехи, созданные из материала, способного противостоять выпаду противника. Поначалу то были кожа да дерево, а потом – бронза и сталь.

Однако появление на поле боя огнестрельного оружия, казалось, положило конец доспехам, поскольку пуля пробивала любой панцирь. Уже знаменитые мушкетеры с неохотой пользовались доспехами, которые были тяжелы, сковывали движения, а толку от них было немного.

Солдат в жилете из жидкой брони

Свое второе рождение броня отпраздновала лишь в начале XX века. Сначала на поле боя появились первые бронемашины, а затем – уже во второй половине прошлого столетия – все шире стали распространяться бронежилеты.

В зависимости от назначения и степени защиты, они подразделяются на классы. Более легкие и, стало быть, менее надежные бронежилеты используют лишь синтетические материалы, в частности кевлар. А более тяжелые бронежилеты еще имеют специальные карманы, в которые дополнительно вставляются броневые пластинки из титана, специальной керамики и иных материалов. Именно они и принимают на себя удар винтовочной или автоматной пули, в то время как жилеты без вставок спасают в основном от пуль пистолетных.

Впрочем, не надо думать, что под ударами скоростных и тяжелых пуль кевлар рвется. Нет, это синтетическое волокно, имеющее химическое название «полипарафениленфталамид», по своим межмолекулярным связям в 4 раз прочнее стали. Так что скажем за него спасибо группе химиков во главе со Стефани Кволек, синтезировавшей этот материал в 60-х годах прошлого века.

В наши дни в современных бронежилетах используют и более современный материал Zylon, созданный в Японии. Он еще легче и прочнее кевлара.

Тем не менее стали учащаться случаи, когда легкие бронежилеты перестали выручать полицейских и бойцов спецназа. И дело тут не только в возросшей огневой мощи современного оружия, даже тех же пистолетов, но еще и в том, что иной раз пуля углубляется в тело, даже не прорывая нитей синтетического волокна. Оно ведь гибкое, а стало быть, под ударом пули проседает…

Именно в таких случаях и принимает удар на себя броневая пластинка. Она также распределяет приложенную силу на большую площадь, а то ведь от пуль иной раз остаются еще и синяки на теле.

Однако такие жилеты, как уже говорилось, тяжелы – до 12–15 кг весом; неудобны в носке, стесняют движения бойцов. А стало быть, неплохо бы их улучшить.

А что в активе? Ныне все в большей моде броня активная, способная не просто принимать удар на себя, а отвечать на удар ударом. Основу ее составляют кумулятивные заряды, которые отличаются одной особенностью. Вся их взрывная мощь направлена обычно в одну сторону, а то и в одну точку.

В итоге снаряд, попавший в танк или бронетранспортер, имеющий активную защиту, попросту отбрасывается направленным взрывом, не проникает внутрь корпуса. Таким образом, сохраняются и жизни экипажа, и живучесть самой машины.

И все было бы замечательно, если бы активная броня опять-таки не была довольно громоздкой. Все жизненно важные органы бронемашины приходится обвешивать сетками с довольно-таки объемистыми и массивными шашками кумулятивной защиты. Кроме того, при любом взрыве имеет место и отдача. И если в случае активной защиты танка, это не имеет большого значения, поскольку многотонную махину с места отдачей не сдвинешь, то попробуйте представить себе, что станет с бойцом, если по его телу развесить пакеты с кумулятивными зарядами активной защиты.

Да и сможет ли он вообще двигаться?

Тут нужно было искать иной выход из положения. И он был найден.

Текучая защита. Совсем недавно в арсенале разработчиков защитного снаряжения появился еще один способ, объединяющий достоинства предыдущих двух.

Впрочем, если разобраться, и у этой новинки есть исторические корни. Еще лет двадцать тому назад ученые и изобретатели начали эксперименты с так называемыми электро– и магнитореологическими жидкостями. В самом простом виде такая жидкость представляет собой взвесь металлического порошка в машинном масле.

В обычном состоянии такую жидкость запросто можно перемешать, например, обычной столовой ложкой. Но вот стоит поместить ее в магнитное поле, и происходит своеобразное чудо. В зависимости от интенсивности магнитного поля смесь начинает как бы «загустевать» и может достичь твердости монолита.

Поначалу такие жидкости использовали, например, для создания бесступенчатых коробок передач. Но лет десять тому назад американским исследователям пришла в голову мысль: а нельзя подобные жидкости переменной вязкости использовать и для создания бронежилетов нового типа?

Мысль сама по себе как будто неплохая. Только вот загвоздка: для наведения магнитного поля каждый солдат должен будет таскать с собой достаточно мощные, а значит, и массивные источники электропитания. А кроме того, как он узнает, в какой именно момент нужно включать защиту?

«А пусть защита сама себя включает, автоматически, – расправились с первой трудности исследователи. – Ведь не секрет, что существуют, например, пьезоэлементы, способные механическое давление или перемещение преобразовывать в электромагнитные импульсы»…

В общем, суть такой защиты в первом варианте мыслилась такой. Пусть бронежилет состоит из карманов, сшитых из кевлара. Внутрь каждого такого кармашка заливается электрореологическая жидкость, а сверху нашивается пластина пьезоэлемента. При попадании, скажем, пули или осколка в пьезоэлемент тот вырабатывает электрический импульс, жидкость тут же затвердевает, и пуля дальше не пройдет.

Идея как будто неплохая, но, когда прикинули общую массу такого сооружения, оказалось, что подобная защита подойдет разве что слону, способному таскать тяжести в сотни килограммов весом. Да и скорость срабатывания жидкости – то есть время ее перехода из жидкого в твердое состояние – измеряется десятыми долями секунды. А тут нужны миллисекунды…

Все течет, все изменяется… И тогда специалисты из Делавэрского университета (США), а также их коллеги из России и Израиля пошли кружным путем. Ими были созданы новые материалы на основе неорганических наноструктур, подобных фуллеренам.

Тут, видимо, надо пояснить, что фуллеренами называют крошечные, состоящие примерно из 60 атомов углерода, полые шарики, а затем и нанотрубки, обладающие рядом уникальных свойств.

В частности, созданные на основе фуллеренов материалы обладают изумительной прочностью. Во время испытаний композитная наноброня на основе углерода и титана показала способность останавливать пули со стальным сердечником, летящие со скоростью 1,5 км/с и создающие в точке удара давление около 250 т/см2!

Таким образом, появилась принципиальная возможность защитить бойцов даже от пули тяжелой снайперской винтовки. Однако первые образцы новых наножилетов тоже оказались не очень удобны, тяжелы и громоздки. Вот тогда-то специалисты и задумались над идей создания «жидкой» брони.

Суть идеи такова. Нынешние нанотехнологии позволяют создать материалы из смеси атомов металла и некоей жидкости, которые в обычном состоянии не имеют четко выраженной кристаллической структуры. Отдаленно они напоминают переохлажденную воду, которая еще сохраняет внешние признаки жидкости. Но достаточно малейшего механического воздействия, крошечного толчка – и такая структура у вас на глазах тут же превращается в твердый лед.

Нечто подобное происходит и в жидкой нанообороне при комнатной температуре. Пуля, входящая в контакт с наноструктурой, приводит к мгновенному образованию неких ансамблей – кластеров; и жидкий раствор в мгновение ока, а точнее в миллисекунду, превращается в монолит. Да такой прочный, что пуля попросту в нем застревает.

Но как только механическая нагрузка снимается, структура снова становится жидкой. И боец в наножилете снова имеет возможность свободно нагибаться, совершать любые движения.

Впрочем, и такая конструкция – еще не идеал, считают специалисты. В самом деле, пока конструкция наножилета при первом приближении выглядит так. В кармашки из кевлара разливается чудодейственная жидкость, а кармашки затем запаиваются.

Но что будет, если боец повредит такой кармашек, продираясь сквозь колючий кустарник или иным каким способом? Вся защитная жидкость попросту выльется.

Хорошо бы, наверное, и сами кармашки сделать подлежащими саморемонту. Взять, например, нас с вами. Стоит кому-то порезаться, кровь из раны течет не так уж долго. А потом свертывается, образуя своеобразный тампон, затыкающий ранку. Нечто подобное, наверное, надо придумать и в данном случае…

В общем, наножилеты участники спецопераций наденут еще не завтра. Но сами исследования уже вышли за пределы лабораторий. На специализированных полигонах, в обстановке строгой секретности ученые и военные эксперты продолжают отработку спецснаряжения для рыцарей XXI века.

Экипировка для штурма

Сегодня довольно часто можно услышать сообщение, что бойцы спецназа взяли штурмом очередной дом или квартиру, где засели боевики или террористы. Ну а как, интересно, бойцы умудряются остаться в живых под градом пуль? В том помогает им современная экипировка, созданная отечественными специалистами. В ряде случае она не имеет аналогов за рубежом.

«Начнем с того, что главное для бойца – уберечь свою умную голову от пули-дуры, – начал свой рассказ представитель Центра высокопрочных материалов “Армоком” Центрального НИИ спецмашиностроения Роман Самофалов. – А значит, прежде всего ему нужны каска или шлем».

Первые бронзовые шлемы появились еще во времена Античности. Однако они худо-бедно защищали голову лишь от удара мечом. Против огнестрельного оружия такие шлемы были бесполезны. Пришлось заменять их стальными касками. Однако даже бронированная каска времен Первой и даже Второй мировых войн могла уберечь голову бойца от вражеского свинца и прочих смертоносных металлов далеко не всегда. Лишь на излете пуля или осколок небольшого размера рикошетировали от каски, оставляя на ней лишь вмятины. При прямом попадании каска пробивалась насквозь.

Современная бронезащита бойцов напоминает доспехи средневековых рыцарей

Для того чтобы стальная каска на 100 % защищала голову бойца, необходимо было увеличить ее толщину. Однако при этом каска становилась столь тяжелой, что носить ее было практически невозможно. И так каски бойцы надевали лишь при самой острой необходимости – уж больно тяжелы и неудобны они были. С полупудовым грузом на голове много не навоюешь даже при проведении спецоперации, которая длится считаные минуты.

Наши специалисты нашли выход из положения, использовав для нынешних шлемов дискретно-тканевую броню. Не вдаваясь особо в подробности, которые являются военной тайной, скажем, что в основу такой брони положены современные особо прочные и в то же время прочные материалы на основе углепластиков, кевлара и других синтетических волокон.

В итоге появился шлем ЛШЗ-2ДТ второго класса защиты, который способен защитить от прямого попадания пистолетных пуль на расстоянии 5 м. Шлем прошел испытания и был принят на вооружение.

Впрочем, противник может быть вооружен не только пистолетом. С учетом этого «Армоком» в 2006 году по заказу одного из силовых ведомств России начал разработку шлема, способного уберечь бойца от выстрелов и из автоматического оружия, в том числе из автомата Калашникова с пулями повышенной пробиваемости, то есть имеющими стальной упрочненный сердечник.

И сотрудники «Армокома» такую задачу решили, создав шлем из органо-керамической брони, аналогов которой нет нигде в мире. По словам начальника лаборатории Центра высокопрочных материалов ЦНИИ специального машиностроения Ильи Гаврикова, такой шлем – многослойный. Снаружи – высокотвердый керамический экран, внутри – энергоемкая композитная подложка, состоящая из арамидной ткани, пропитанной эластичным связующим веществом.

Механизм защиты тут таков. Керамический экран, принимая на себя удар пули, разрушает сердечник, дробя его на части. А подложка из дискретно-тканевой композитной брони окончательно останавливает осколки.

Конечно, как говорит генеральный директор Центра «Армоком», лауреат Государственной премии, доктор технических наук Евгений Харченко, прямое попадание пули не проходит для бойца бесследно. Эффект такой, словно бы человека ударили по голове дубиной, он может даже потерять сознание. Однако боец останется жив, а это, согласитесь, совсем неплохо. При этом общая масса бронешлема – всего 1,2 кг, а не восемь, как это было бы, если сделать такую каску из стальной брони.

Кстати, на испытаниях в шлем стреляли с нескольких метров из автоматического огнестрельного оружия. В шлеме было обнаружено 8 повреждений, но – ни одной сквозной пробоины!

Впрочем, наши ученые и инженеры не собираются останавливаться на достигнутом. Кроме шлемов, древние рыцари обязательно использовали и щиты. Не забыта эта традиция и в наши дни. Спецназ тоже применяют щиты, причем опять-таки различного устройства и назначения. Наиболее простые металлические и пластиковые щиты предохраняют от камней, бутылок и всего того, что попадется под руку разбушевавшейся толпе. Ну а в наиболее серьезных операциях используются пуленепробиваемые щиты.

Например, бронещит ВЕЕР разработки Центра «Армоком» опять-таки многослойный. Внешняя сторона из высокотвердой керамики, изнутри – арамидная ткань. В щите есть смотровая щель для наблюдения, которая при необходимости может быть прикрыта дополнительной накладкой. Кроме того, щит имеет пулестойкий фартук, прикрывающий ноги и специальной крепление, позволяющее держать щит как левой, так и правой рукой – кому как удобно. Правда, весит пока такой щит многовато – около 19 кг, но конструкторы вскоре обещают представить и облегченные варианты.

Наконец, в кино и на телеэкране довольно часто можно увидеть, как бойцы спецподразделений врываются в здание прямо сквозь застекленные окна. Прикрываться щитом им при этом нет никакой возможности, а ранения и порезы от осколков стекла могут быть весьма серьезные. «Для таких случаев, – пояснил мне Роман Самофалов, – мы предлагаем противопорезный костюм, не имеющий отечественных аналогов. А также кольчужные спецперчатки, позволяющие без порезов выхватить нож из руки преступника».

Опять-таки в основе костюма – комбинированная металлоарамидная нить. Созданная из нее ткань не только защищает от порезов, но и позволяет в буквальном смысле проскочить сквозь огонь, поскольку обладает еще и высокотемпературной стойкостью. Этот костюм уже выпускается серийно и поставляется в силовые структуры России.

По заданию Министерства обороны специалистами «Армокома» разработан и маскировочный костюм с оптико-визуальной и радиолокационной защитой. Снайперы прозвали его «Лешим», или «Кикиморой», а на предприятии назвали «Шишок».

«В одном костюме нам удалось разрешить сразу несколько проблем, – пояснила заместитель генерального директора Центра «Армоком» Елена Кормакова. – Боец имеет сразу оптико-визуальную, оптико-электронную и радиолокационную защиту».

Непосредственное наблюдение противнику затрудняет маскировочная раскраска костюма с нашитыми на него пучками псевдотравы. Причем в краситель добавлен специальный состав, который рассеивает и инфракрасное излучение, делая бесполезными приборы ночного видения. А защита от радиолокационных средств обнаружения обеспечивается за счет применения радиорассеивающего материала.

На испытаниях человека, одетого в этот костюм, пытались обнаружить с помощью специальных приборов и на фоне леса, и в чистом поле. Не нашли…

Униформа XXI века

Премьера Валентина Юдашкина в роли костюмера Российской армии прошла не очень удачно. Но это вовсе не значит, что в XXI веке нашим солдатам придется вернуться к кирзовым сапогам, портянкам и извечной «хэбэшке». Как показали специальные исследования, боеспособность солдата во многом зависит и от того, во что и как он одет.

Как приодеть солдата? Армия США привлекла ведущие технические таланты страны к созданию суперсовременного обмундирования для своих солдат. Об этом недавно официально объявил представитель Массачусетского технологического института Нэд Томас. «На осуществление данного проекта с институтом заключен пятилетний контракт общей стоимостью в 50 млн долларов», – сообщил он.

За такие деньги специалисты из лаборатории Н. Томаса обещают сотворить немало чудес. Особая ставка делается на так называемые нанотехнологии, управляющие процессами на молекулярном уровне. В частности, идеальную маскировку обеспечат новейшие светоотражающие материалы. В проекте значатся даже «чудо-ботинки», придающие при прыжке солдату такой импульс, что ему под силу будет преодолеть семиметровую стену.

Солдат также должен быть готов к отражению химической, бактериологической и ядерной атак. Кроме того, его следует защитить и от более традиционных неприятностей типа пуль и шрапнели. Он обязан быть незаметным не только в обычном свете, но также в инфракрасном и радиоволновом диапазоне, чтобы спрятаться от радаров и приборов ночного видения. Солдату должно быть прохладно в самом жарком бою и тепло на холодной ночевке. Желательно, чтобы одежда была удобной, прочной и – чуть не забыл – хорошо стираться. Как бы справились с таким набором требований гражданские модельеры?

Эксперты английского военного дома моделей в Эссексе полагают, что лучше всего для подобных целей использовать структуру луковицы – сто одежек, причем каждый слой выполняет сразу несколько задач. К примеру, на нижнее белье возлагаются функции сохранения тепла и хорошего поглощения влаги (как не вспомнить о пресловутых памперсах!). А самый верхний слой куртки или маскхалата покрывают углеродом, который способен поглощать вещества, образуемые химическим, ядерным и бактериологическим оружием. Комбинируя различные слои одежды, солдаты смогут сражаться и во влажной жаре джунглей, и в сухом холоде Антарктики.

Боевая униформа XXI века

Еще один способ создания «волшебной» ткани, которая не пропускает влагу и держит тепло, придумали специалисты ЮАР. Необычные свойства новому материалу обеспечивает покрытие со свойствами мембраны, которая не дает влаге проникать внутрь, но позволяет человеческому поту выходить наружу под воздействием температуры тела человека, испаряясь через миллиарды микроскопических дырочек.

Белье в роли санитара. «Впредь американские солдаты станут облачаться в особое белье, плотно облегающее их тело, – сообщает иностранная пресса. – Эта часть одежды способна будет спасти многие жизни. В его ткань, укрепленную стекловолокном, внедрены крохотные – с булавочную головку – микрофоны. Как только вражеский снайпер подстрелит солдата, микрофоны сразу это зафиксируют»…

По шуму, произведенному пулей, можно тут же понять, какую кость она задела и задела ли вообще кость. Электроника отметит также, есть ли внутренние кровотечения, ведь в таком случае пострадавшая часть тела опухает и, значит, сильнее давит на ткань одежды. Все эти данные поступают в процессор, и тот радирует врачу, сообщая, где лежит раненый и что у него прострелено. Таким образом, врач, еще не видя пациента, уже располагает точным диагнозом и немедля решает, какие меры надо принять, чтобы спасти ему жизнь.

Тем временем первую помощь солдату оказывает его же собственное целительное белье. В ткань загодя вкраплены кое-какие крохотные облатки. Когда пуля пробивает тело солдата, она, естественно, разрывает и его одежду. Из этих лопнувших облаток начинают сочиться болеутоляющие и антисептические средства.

Это белье сумеет даже «перевязать» раненого. Допустим, нога солдата сильно кровоточит. Кровь хлещет струей, и нога теряет в весе – становится тоньше. Белье чуть-чуть обвисает – этого достаточно, чтобы раздался сигнал: «Раненому грозит большая потеря крови!» Тут же компьютер активизирует надувную подушку, вшитую в униформу. Раздувшись словно жгут, она перетягивает поврежденную часть тела.

Жилет для спецназа. Последний писк австралийской военной моды: жилет, отводящий тепло от тела. Личная система охлаждения (ЛСО) представляет собой жилет, внутри которого проложены трубки таким образом, чтобы был обеспечен максимальный контакт с поверхностью тела. По трубкам течет специальная жидкость, состав которой держится в секрете. Однако она работает по тому же принципу, что и жидкость, используемая в холодильниках. Кроме того, в жилете есть испаритель, превращающий жидкость в пар, после чего лишняя тепловая энергия уходит в атмосферу. Жидкость затем конденсируется и снова входит в трубки. Маленький насос и фен помогают циркуляции жидкости и ее испарению. Батарейки и запас жидкости необходимы для того, чтобы охладитель работал. Жилет надевается под форму или химзащитный костюм.

Современным военнослужащим такой жилет важен, поскольку им часто приходится выполнять задачи в пустынных или тропических условиях. Скажем, в Ираке и Афганистане летом жара и в 50° – не редкость.

В условиях тропического климата невозможно выдержать более 30 минут в изолированном защитном костюме, сделанном из резины и пластмассы. Мощные кондиционеры в автомобилях несколько облегчают ситуацию, но пехота не может весь день проводить в машинах. В то же время жилеты ЛСО позволят им чувствовать относительную прохладу во время выполнения своих функций.

В течение следующих 3–4 лет жилет будет совершенствоваться. Полагают, например, что он вскоре будет снабжен приспособлением для переработки выделяемого солдатом пота в воду, пригодную для питья и заправки системы охлаждения.

Солдат-хамелеон. Воин 2025 года будет менять окраску, как знаменитая своим искусством маскировки ящерица, полагают военные эксперты США. Доведется ему залечь там, где волнуется желтеющая нива, – пожелтеет и он. Если на его пути встретится кустарник, его одежда позеленеет, растворяя его среди мелкой листвы. Ну а подойдя к стене кирпичного дома, он станет буро-красноватым.

Все дело в особой одежде. Она оплетена тонкими полыми волокнами. В них пульсирует свет, порождая любую возможную расцветку. Солдат носит с собой миниатюрный компьютер. Его сканер моментально считывает цвет, на фоне которого оказался боец, а процессор тут же «подкрашивает» молодого героя, делая его неразличимым для врагов.

Еще проще добиться того же эффекта, используя полимеры с добавками, отводящими электрический заряд. Энергии солнечных лучей достаточно, чтобы изменить ориентацию молекул примеси, а значит, и их спектр поглощения, то есть цвет материала, скажем, с зеленого на голубой. В армии США уже проводятся эксперименты с камуфляжными костюмами из таких тканей.

Камуфляжную форму можно заодно превратить в своего рода «противогаз», облегающий все тело. Для этого надо заполнить полые волокна углеродом, который будет всасывать вредные химические или биологические вещества.

Создан также материал, который за доли секунды меняет свой цвет с защитного на белый, наилучшим образом отражая импульсное излучение. Весь «фокус» в специальной термочувствительной краске, структура которой включает в себя несколько бензольных колец, и цвет ее зависит от двойных связей в кольцах. При резком повышении температуры эти самые двойные связи разрушаются, и молекулы теряют свой цвет. Правда, пока непонятно, удастся ли подобными свойствами наделить также коричневый и черный красители, тоже используемые в камуфляжной форме. Тем не менее работы развернуты широким фронтом.

Чудеса сельского хозяйства

Не надо думать, что технические чудеса нужны только в городе. На селе они тоже пригодятся. Специалисты это прекрасно понимают, придумав немало интересного и для сельского хозяйства.

Какой заряд у дождика?

Казалось бы, какая растению разница, поливает его дождь или человек с помощью лейки или дождевальной установки? Но оказалось, все не так просто….

В свое время доктор биологических наук, заслуженный деятель науки России З.И. Журбицкий и изобретатель И.А. Остряков поставили перед собой задачу: выяснить, как влияет электричество на один из главных процессов в жизни растений – фотосинтез.

С этой целью они, например, ставили такие опыты. Заряжали воздух электричеством и пропускали воздушный поток под стеклянным колпаком, где стояли растения. Оказалось, что в таком воздухе в 2–3 раза ускоряются процессы поглощения углекислого газа. Подвергались электролизации и сами растения. Растения, побывавшие под отрицательным электрическим полем, растут быстрее обычного. За месяц они обгоняют своих собратьев на несколько сантиметров. Причем ускоренное развитие продолжается и после снятия потенциала.

Накопленные факты дают возможность сделать некоторые выводы. Создавая положительное поле вокруг надземной части растения, мы улучшаем фотосинтез, растение будет интенсивнее накапливать зеленую массу. Отрицательные же ионы благотворно влияют на развитие корневой системы. Таким образом, кроме всего прочего, появляется возможность избирательного влияния на растение в зависимости от того, что именно, «вершки» или «корешки», нам нужны.

Ученые утверждают, что вовремя прошедший дождь намного эффективней своевременной поливки…

«Как специалиста, который некогда работал в производственном объединении “Союзводпроект”, – рассказал Игорь Алексеевич Остряков, – электрические поля интересуют меня еще и вот с какой точки зрения. Питательные вещества из почвы могут проникнуть в растения только в виде водных растворов. Казалось бы, растению все равно, откуда получать воду – из дождевого облака или из дождевальной установки. Ан нет, опыты неопровержимо доказывают: вовремя прошедший дождь намного эффективней своевременной поливки»…

Стали ученые разбираться, чем дождевая капля отличается от водопроводной. И выяснили: в грозовом облаке капельки при трении о воздух приобретают электрический заряд. В большинстве случаев положительный, иногда отрицательный. Вот этот-то заряд капли и служит дополнительным стимулятором роста растений. Вода в водопроводе такого заряда не имеет.

Более того, чтобы водяной пар в облаке превратился в каплю, ему нужно ядро конденсации – какая-нибудь ничтожная пылинка, поднятая ветром с поверхности земли. Вокруг нее и начинают скапливаться молекулы воды, превращаясь из пара в жидкость. Исследования показали, что такие пылинки очень часто содержат в своем составе мельчайшие крупинки меди, молибдена, золота и других микроэлементов, благотворно влияющих на растения.

Ну а раз все это так, почему бы и искусственный дождик не сделать подобием естественного? Конечно, сказать легче, чем выполнить, но определенные достижения в этой области уже есть. В конце прошлого века И.А. Остряков получил авторское свидетельство на электрогидроаэроионизатор – прибор, который создает электрический заряд на капельках воды. По существу, это устройство представляет собой электрический индуктор, который устанавливается на трубе разбрызгивателя дождевальной установки с таким расчетом, чтобы сквозь его рамку пролетела уже не струя воды, а рой отдельных капель.

Сконструирован и дозатор, позволяющий добавлять в водный поток микроэлементы. Устроен он так. В рукав, подающий воду в дождевальную установку, врезается кусок трубы и электроизоляционного материала. A в трубе располагаются молибденовые, медные, цинковые электроды… Словом, из того материала, какой микроэлемент нужен для подкормки. При подаче тока ионы начинают переходить с одного электрода на другой. При этом часть их смывается водой и попадает в почву. Количество ионов можно регулировать, меняя напряжение на электродах.

Если же нужно насытить почву микроэлементами бора, йода и других веществ, не проводящих электрического тока, в действие вступает дозатор другого типа. В трубу с проточной водой опускают кубик из бетона, разделенный внутри на отсеки, в которых и помещаются нужные микроэлементы. Крышки отсеков служат электродами. Когда на них подается напряжение, микроэлектроды проходят сквозь поры в бетоне и уносятся водою в почву.

Аэродинамика… плуга

На одном из слетов научных обществ учащихся устроили ребята защиту фантастических проектов. Ну и повеселились же! Например, мальчишки из Краснодара предложили пахать с помощью… самолетов! Прицепить-де к крылатому трактору плуг – и полный вперед! Только успевай поднимать плуг над городами, чтобы за трубы не зацепиться…

Но в каждой хорошей шутке, как известно, есть доля истины. «Конечно, плуг и самолет движутся каждый в своей среде: плуг – в почве, самолет – в воздухе, – рассудил сотрудник НИИ кукурузы, кандидат технических наук С.С. Тищенко. – Но это вовсе не значит, что между ними нет никакого сходства»…

Присмотримся, при движении плуг, стремясь сдвинуть почву перед собой, прежде всего сжимает, а потом разрушает ее. Но ведь и самолет в полете тоже разрушает структуру воздуха! Взвихривает его и как бы разбрасывает в стороны. При этом впереди самолета тоже образуется уплотнение – ударная волна. И эта волна, как ни странно на первый взгляд, имеет ту же физическую сущность, что и уплотнение в почве – расстояние между молекулами уменьшается.

Плуг XXI века учитывает и законы аэродинамики

«Отсюда первый вывод: часть энергии любого движущегося тела затрачивается на разрушение среды и предшествующее этому сжатие, – продолжает Тищенко. – Запомним и пойдем дальше»…

Под действием плуга разрушенная почва движется по отвалу, сползая сплошным потоком. Так она приобретает кинетическую энергию, за счет которой и происходят оборот пласта, отбрасывание почвы в соседнюю борозду… Воздушный поток, обтекающий самолет, тоже приобретает кинетическую энергию. При этом поток закручивается в турбулентные вихри, которые еще долго вращаются и после того, как самолет пролетел.

На очереди вывод второй: часть энергии движущегося тела обязательно затрачивается и на сообщение кинетической энергии частицам, соприкасающимся с ним.

Наконец, третий вывод: и при движении плуга в почве, и при полете самолета обязательно трение, на преодоление которого расходуется часть энергии.

В итоге мы с вами, вслед за замечательным ученым, большим специалистом в области механизации сельского хозяйства академиком В.П. Горячкиным, придем к такому закону: «Любое тело, движущееся в среде, затрачивает энергию как на ее разрушение, раздвигание в стороны, так и на трение…»

А теперь посмотрим, какие затраты энергии полезны, а какие вредны.

Разрушение почвы лемехом, конечно, полезно – это и есть основная задача пахоты: взрыхлить землю, чтобы растениям было удобнее развиваться. А вот расходы на сжатие и трение вредны, они препятствуют выполнению основной задачи.

Раздвигание воздуха самолетом тоже полезно – иначе летательному аппарату просто негде было бы разместиться. А вот закручивать воздух вихрями, нагревать его трением о фюзеляж конструкторам не хотелось бы. Чтобы уменьшить нежелательные потери энергии, они стараются придать летательным аппаратам обтекаемую форму, подобрать такие материалы, когда бы обтекание было не турбулентным, вихревым, а ламинарным, т, е. спокойным, без завихрений.

Ну а что могут предложить конструкторы сельхозтехники? Тоже немало. В последние годы они провели целый ряд исследований по совершенствованию динамики плуга. Углы заточки лемехов, кривые лемешных отвалов подбираются так, чтобы почва разрушалась с наименьшими затратами энергии. А то порой даже могучие «Кировцы» оказываются не в силах тащить за собой многолемешные, широкозахватные плуги.

Одно из последних достижений аэродинамики – сотовое крыло. Кто о нем еще не слышал – два слова пояснения. Сотовым называется крыло, поверхность которого испещрена миллионами крошечных отверстий, прожигаемых лазером. Через них с поверхности крыла отсасывается турбулентный поток, и обтекание становится ламинарным, спокойным. Нечто подобное применили и в конструкции плугов: сплошные отвалы в некоторых случаях заменяют полосовыми, то есть испещренными щелями. И пожалуйста – сопротивление таких плугов, особенно на влажных глинистых почвах, сокращается на четверть, а то и на треть.

Еще одна аналогия с самолетостроением – использование специальных покрытий. Полимерные пленки позволяют уменьшить сопротивление самолета воздушному потоку на 10–15 %. На ту же величину снижается трение в почве, если на поверхность отвалов нанести скользкое пластиковое покрытие. А это, сами понимаете, экономит горючее, оборачиваясь сотнями тысяч рублей прибыли.

Правда, при трении о почву пластики довольно быстро истираются. Тогда стали использовать еще одну новинку «высокой технологии»– металлизированную пластмассу, у которой коэффициент трения пластика, а прочность – металла.

Но все это лишь одна сторона медали. Сторона другая: самолет за 100 лет из полотняной «этажерки» превратился в могучую машину. Плуг же за последние 200 лет принципиально не изменился. Почему? В немалой степени совершенствованию авиации способствовали усилия не только аэродинамики, но и двигателистов, создавших реактивные турбины. На полях же до сих пор урчат двигатели внутреннего сгорания…

Нет, реактивного трактора пока еще никто не придумал (разве что мальчишки из Краснодара). А вот реактивные плуги есть. Одна из разновидностей такого агрегата, разработанная в НПО «Целинсельхозмеханизация», используется для углубленного рыхления почвы.

«Исследования показали: нынешние “Кировцы” и им подобные «мастодонты», увы, уплотняют почву на глубину 70–90 см, – рассказывает заведующий лабораторией механизации обработки почвы и посева кандидат технических наук Г.З. Гайфуллин. – Так уплотняют, что даже бурьян не растет. Использовать для рыхления такой почвы обычные плуги – мало толку. Чтобы произвести вспашку на подобную глубину, на поле впору загонять спарку тяжелых тракторов. А они дополнительно прикатают землю»…

Что же придумали? Конструкция нового плуга-рыхлителя выглядит так. Острый и узкий лемех с тщательно подобранными углами резания позволяет с меньшими затратами энергии углубляться на нужные десятки сантиметров. А чтобы затем плугу было легче передвигаться в почве, вместо обычного отвала поставлен своеобразный винт-«пропеллер», или почвенная фреза. Она-то и является реактивным если не двигателем, то движителем.

Когда лемех продвигается в земле, взрыхленная им почва проворачивает лопасти фрезы. При этом происходит не только разрыхление уплотнений, но и подталкивание лемеха вперед и не как-нибудь, а за счет реактивной отдачи. Чтобы получить такой эффект, изобретателям пришлось немало потрудиться, призвав в союзники законы динамики сплошных сред.

И это лишь одна из новинок, которая роднит сельское хозяйство с авиацией. А слышали ли вы о плуге на воздушной подушке? Такую конструкцию придумал еще в 70-х годах XX века советский изобретатель А.А. Кузнецов. Отработанные газы тракторного двигателя он предложил подводить к специальным соплам, сделанным на поверхности лемеха. В итоге струйки сжатого воздуха дробят почву, а вдобавок как бы обволакивают поверхность стали, препятствуя налипанию почвы на лемеха и отвалы. При глубине вспашки до 35 см тяговое усилие снижается на 9—20 %.

А вот что предлагает московский профессор А.А. Дубровский. Вместо стальных корпусов на плуге устанавливаются вертикальные пластины с обтекаемыми утолщениями. Казалось бы, после прохода такого плуга в почве должна оставаться лишь узкая щель. Образуется же широкая полоса, тщательно взрыхленная на метровую глубину. Догадались почему? Правильно, в роли трудяги-крота выступает сжатый воздух. Вырываясь из трубок утолщений под давлением в несколько атмосфер, он не только подталкивает плуг за счет реактивной тяги, но и дробит почву, превращая ее в мягкую перину для семян. Прорастающие растения смогут быстрее развиваться, давая добрый урожай.

…Вот, оказывается, сколь много общего у сельского хозяйства и авиации. И это сходство, вероятно, специалисты используют еще не раз.

Зачем трактору «тапочки»?

Колесо или гусеница? Такая альтернатива уже давно стоит перед специалистами сельскохозяйственного тракторостроения. Дело в том, что нынешние тяжелые трактора изрядно калечат почву своими гусеницами, прикатывают ее, будто дорогу. И порою даже удивительно, как на множество раз «проутюженном» поле еще что-то растет?

Понятное дело, все это не устраивает как фермеров и других тружеников сельского хозяйства, так и разработчиков сельскохозяйственной техники. И кое-что для исправления положения они уже придумали.

Трактор в «галошах». Он резко выделялся в ряду других на выставке сельскохозяйственных машин, прошедшей в Москве на Красной Пресне. Прежде всего необычной формой гусениц. Они были… треугольными.

Сидевший в кабине сотрудник Научного автотракторного института (НАТИ) В.М. Пономаренко рассказывал об особенностях выставленной машины.

«Идея подобного трактора, что называется, витала в воздухе. Конструкторы – и наши, и за рубежом – давно пытались переместить центр тяжести гусеничной машины таким образом, чтобы получить оптимальное распределение весовой нагрузки по осям. Как правило, он смещен назад, в итоге задние катки получаются перегруженными, а удельное давление их на почву 1–1,5 кг/см2 вместо оптимальных 0,45—0,5. Правда, у колесного “Кировца” дела обстоят еще хуже: при удельном давлении 2,5–3 кг/см2 он уплотняет почву до метровой глубины».

Положение усугубляется еще и тем, что большинство сельскохозяйственных орудий, прежде всего плуги, цепляют к трактору опять-таки сзади. Потому для противовеса на сравнительно легкие машины типа «Беларусь» и приходится навешивать перед капотом дополнительный груз, чтобы трактор не вставал на дыбы, словно норовистый конь. На Алтайском тракторном заводе попытались было перемещать двигатель по раме, чтобы его массой уравнивать нагрузку. Однако кардинально это не решило проблему.

В начале 90-х годов XX века американцы предложили расположить ведущий каток гусеницы выше ведомых – этаким треугольником. Вариант был апробирован на тракторах Д-10 и Д-9L и оправдал себя. Распределение массы по осям стало более равномерным.

Двойные шины не дают трактору увязнуть на поле

Следующий шаг сделали специалисты НАТИ, создав сельскохозяйственный трактор общего назначения. Его двигателю мощностью 250 лошадиных сил оказалось вполне по силам тащить орудия, которые ныне выпускаются для супермощного «Кировца», а среднее удельное давление машины на почву удалось довести до 0,38 кг/см2.

У детища НАТИ немало новшеств: трансмиссия с переключением передач на ходу, бесступенчатый механизм поворота, комфортабельная шумо– и виброзащищенная кабина… Но изюминка все-таки – гусеница. Она не только необычной формы, но и выполнена из весьма своеобразного материала.

«Нашим институтом разработано их два варианта: стальные с резинометаллическими шарнирами и целиком резиновые», – пояснил Пономаренко. Взаимодействия с почвой у резино-армированных гусениц почти такое же, что и у резиновых шин, а давление на грунт еще меньше из-за большей, чем у колеса, площади опоры. Такой трактор не вязнет в грунте даже в весеннюю распутицу. Стало быть, сельхозработы можно начинать на пару недель раньше.

Не причиняют «мягкие» гусеницы вреда и асфальтовому покрытию. Это особенно важно для Подмосковья, где на пути в поле сельхозтехника то и дело выезжает на магистральные автотрассы.

Резиновые гусеницы оказались столь же долговечными, что и стальные. Их ни разу не пришлось менять за 2,5 года испытания нового трактора в АО «Теряевское» Волоколамского района.

Пока, правда, используется японская резина, однако наши специалисты обещают в ближайшее время создать отечественный аналог подобной резины с теми же характеристиками.

«Так что приезжайте к нам в НАТИ, – пригласил Пономаренко. – Немало интересного увидите!»

Колесо с «копытами». У входа в корпус НАТИ стоят древний, начала века, трактор с огромными металлическими шипами на стальных колесах и современный, на резиновом ходу. Так сказать, наглядное напоминание о пройденном пути.

А в кабинете академика М.С. Сагова – генерального директора Научно-производственного объединения «БИОНИТ» при НАТИ, мне показали еще одну новинку – пластиковое колесо.

– Точнее, это адаптированный колесный движитель АКД, – пояснил Магомет Салиханович. – Подсказала нам его конструкцию сама природа… Вы обращали внимание, на пастбищах выпасают многочисленные стада крупного рогатого скота, табуны лошадей. Казалось бы, жесткие копыта животных должны истребить всю растительность. Так нет же, пастбища не гибнут, трава отрастает заново. Тогда почему раны, нанесенные живой природе гусеницами машин, не заживают десятилетиями?

Ответ вроде бы нам уже ясен – все дело в давлении, оказываемом машинами на почву. Но все не так просто. Ведь есть машины, у которых удельное давление значительно меньше, чем у животных.

Вывод? Разгадка не столько в силе, сколько в характере этого давления. Под ногами животных почва не переуплотняется, а, напротив, даже разрыхляется, чем улучшаются ее механические свойства. А коли так, не попытаться ли создать движители для машин, которые бы при соприкосновении с землей оказывали подобное же воздействие.

Однако реализовать идею оказалось непросто. Вот уже несколько десятилетий идут работы над разными модификациями шагоходов. Пока машины еще и не вышли за стены лабораторий и испытательных полигонов. Так как же они выглядят?

«Мы взяли за основу естественный принцип взаимодействия ноги и почвы, – продолжил свой рассказ академик Сагов. – Его механизм у животных отнюдь не одинаков. Скажем, у лошадей копыта цельные, у крупного рогатого скота – раздвоенные. А у верблюдов вообще нет твердых копыт, а этакие мозоли на подошвах. Нечто подобное и у северного оленя. Не кажется ли странным такое сходство у обитателей столь разных регионов – знойных пустынь и вечной мерзлоты?»

Но вспомним: сухой, сыпучий снег Заполярья сильно напоминает пески барханов. Это подтверждают и наблюдения – глубина погружения в почву ног этих животных при ходьбе и там, и здесь оказалась сходной.

Отсутствие же у оленя грубых копыт стало спасением тундры. Слой почвы здесь очень тонок, растительность весьма ранима, и «мягкая обувка» оленей не наносит вреда природе.

«Изучив эти премудрости, мы и попробовали использовать результаты наблюдений при создании новых движителей, – продолжал Магомет Салиханович. – Разработали несколько вариантов колес применительно к тем или иным видам почвы. Они не только не калечат землю, но и даже разрыхляют ее при переуплотнении».

На первый взгляд в новом колесе нет ничего хитрого. Лишь несколько видоизмененный протектор – с грунтозацепами различной формы для разного типа почв. Но в этом-то и все дело. Подобные грунтозацепы разрыхляют почву, словно папы роторного культиватора. Сделаны они из полиуретана, поскольку резина, изнашиваясь, засоряет почву вредными веществами.

Испытания показали и еще одно достоинство нового колеса. Оно меньше вязнет в рыхлой и размокшей почве. И это позволяет примерно на треть снизить энергозатраты при сельхозработах.

Пластиковые колеса куда долговечнее резиновых. За тракторный век те приходится менять 3–5 раз, затрачивая столько же средств, что и на саму машину. Срок же службы адаптированного колесного движителя равен агрегатному.

Наконец, тяговые свойства новых движителей за счет лучшего сцепления превосходят обычные колесные в 1,5–2 раза. Значит, трактора будут меньше буксовать, что опять-таки благотворно скажется на почве.

Словом, как видите, соревнование колеса и гусеницы продолжается.

Как корова на грядке выросла…

Однажды мне попался на глаза фантастический рассказ о том, как работники научной станции на Луне прослышали, что приехавший к ним сенатор-ревизор – большой любитель свежего молока. Для него два сотрудника и решили создать киберкорову. Не везти же настоящую с Земли?! Взяли они клетки коровьего вымени, заложили в биореактор, задали необходимый режим, и в надлежащий срок выросло нечто, способное давать молоко. Сенатор остался очень доволен, написал в отчете, что на лунной станции ведутся весьма ценные и полезные научные эксперименты…

«Стоило огород городить? – улыбнулся, услышав пересказ этой истории, Александр Подобедов. – Наша “корова” проще и покомпактнее. Вон на столе стоит»…

Действительно, на столе неподалеку стоял небольшой компактный агрегат. Он и отдаленно не напоминал кибера, тем более живую корову, но тем не менее исправно давал молоко. Правда, не совсем обычное – соевое.

«Давно пора накормить людей вкусно, калорийно и недорого, – пояснил ситуацию мой собеседник. – Вот мы и вспомнили о сое…» Краснодарская ассоциация переработчиков сои «АС Соя», генеральным директором которой и является мой новый знакомый, на дегустации в Москве организовала показ и дала попробовать журналистам целый ряд продуктов, производимых на основе этого растительного белка. Кто не знает, поясню: соя – в какой-то мере родственник обыкновенной фасоли и гороха, тоже относится к семейству бобовых.

Соя – родственница обыкновенной фасоли и гороха

В XIX веке посевы этой культуры можно было обнаружить лишь в странах Дальнего Востока да в Китае. Однако в начале XX века селекционер В. Золотницкий обнаружил, что соя прекрасно растет и у нас в Приамурье. Теперь это полезное растение продвинулось далеко на запад: в наши дни ее сеют на Ставрополье и Краснодарском крае. Она дает прекрасные урожаи бобов, которые очень богаты растительными белками, которые соя получает, перерабатывая азот из почвы. Правда, сами по себе бобы эти даже животные едят не очень охотно. Но вот если перемолоть сою на муку, а потом добавить к обычным кормам, то телята, например, от такой добавки растут намного быстрее обычного. В Краснодарском крае производством растительного белка начали заниматься в 1990 году. А спустя четыре года поняли, что соевый белок вполне могут использовать и люди. «В конце 90-х годов мы запустили первую “соевую корову”, – говорит директор. – А теперь их уже триста. Но все равно для России – это капля в море»…

Поначалу технологию хотели базировать на импортном оборудовании. Было закуплено 30 канадских машин. Но оказалось, что хотя и стоят они очень дорого, но имеют немало недостатков. Теперь подобные машины производят в России, и даже сами канадцы говорят, что наши машины получились лучше.

В общем, исследователи научно-технического центра ассоциации разработали оригинальные методики использования сои, новые технологии ее выращивания и переработки, в том числе и такие, каких еще нет на Западе. «А там, глядишь, кто-нибудь из космонавтов вывезет нашу “соевую корову” на орбиту, а то и отправится она на постоянное местожительство на Луну или даже Марс, – размечтался директор. – А что – вполне такое может быть: продукт-то она дает полезный»…

Зачем сеть на картофельном поле?

Есть картошку многие любят, а вот убирать… Нелегкая это работа – нагнуться за каждым клубнем, поднять его и опустить в ведро. За день так намаешься, что уж и картошечке на столе не рад. А нельзя ли как-то облегчить уборку картофеля?

Конечно, можно. Именно для этого конструкторы и придумали картофелеуборочные машины. Однако многим из них свойственны недостатки. Одни потребляют много энергии, другие работают лишь на сухих песчаных почвах, третьи – повреждают картофельные клубни. Между тем ныне изобретены устройства и машины, которые должны решить эти проблемы.

Картошка в чулке. У этого способа три автора. Все трое – горожане, все знакомы с техникой. И к картошке отношение имеют примерно одинаковое: выращивают ее на дачных участках, по осени выезжают убирать урожай в подшефные колхозы и совхозы.

К изобретению каждый пришел своим путем.

…Костя Уткин в то время был учащимся ПТУ № 33 Санкт-Петербурга. И занимался в лаборатории технического творчества, которая есть при училище. Организатор лаборатории, изобретатель А.М. Иванов, учил ребят внимательно смотреть вокруг, находить свои, неожиданные и простые решения проблем.

Убирать картошку вручную в подшефном колхозе Константину Уткину не понравилось. Нагибаться за каждой картофелиной не так уж легко. К вечеру поясница даже у молодого человека словно чужая… «Добывать» картошку в магазине куда легче. Там она в сетках лежит. Факт, казалось бы, будничный. Картошку в городах довольно часто продают в пакетах и сетках. Домой ее носят в сетчатых авоськах – это тоже каждый видел. Что тут нового?.. А мысль изобретательного человека уже заработала: «Покупатель получает картошку в сетке. А что, если ее прямо в этой сетке и выращивать?..»

Идея была настолько простой и в то же время неожиданной, что поначалу даже сам Костя не поверил в возможность ее осуществления. Решил проверить свою догадку на практике.

Современный картофельный комбайн требует ручного труда

Поскольку под рукой подходящей синтетической сетки не оказалось, обошелся тем, что нашел, – старыми капроновыми чулками. По весне он поместил клубни в мешочки из капроновых чулок и посадил их в почву с таким расчетом, чтобы кончики мешочков наружу из земли выглядывали. А по осени убирать ее оказалось намного легче; дернул за конец сетки, предусмотрительно оставленный весной на поверхности земли, – и картофельный куст у тебя в руках.

Мешки на привязи. Инженер из Казани Б.П. Липский подошел к проблеме по-другому. «В колхозе мне не раз приходилось наблюдать печальную картину, – рассказал он. – К уборке картофеля в достаточном количестве подготовлена современная техника, а посылать ее на поле не имеет смысла: земля после дождей раскисла, клубни из нее извлечь машиной невозможно»…

Вот поле подсохло. Можно приступить к машинной уборке. Но присмотритесь внимательно, как работает обычный картофелеуборочный комбайн. По существу, это небольшой экскаватор. Чтобы извлечь килограмм картофеля, комбайн измельчает и просеивает до 200 кг земли. Представляете, сколько энергии при этом расходуется впустую?

«Поддевать нужно чем-то клубни, в этом вся штука, – продолжал рассказ Липский. – Тут и подоспела новость – придумка Уткина»… Прочитав о «картошке в чулке» – об этом написала «Комсомольская правда», – Б.П. Липский обрадовался: «Вот путь к решению!..»

Для того чтобы придумку школьника для дачного участка можно было осуществить на колхозном поле, нужно сеточки с клубнями связать вместе капроновой же веревкой. Тогда можно будет и посадку и уборку механизировать. Вот только сложно все получается. Машина для закладывания клубней в мешочки нужна? Нужна. А агрегат для связывания мешочков в единую цепь? А посадочная машина? А уборочная?.. Словом, выходит, надо целый машинный парк создавать. Причем машины эти будут работать лишь раз в году, а остальное время простаивать. Быть может, отдельные мешочки стоит заменить единой сетчатой лентой?..

Сеть в огороде. И еще одного изобретателя увлекла идея убирать картошку при любой погоде и без потерь. Ему тоже не нравилось, как работают комбайны.

Изобретатель из Тулы Лев Емельянович Панасюк начал экспериментировать. Вместо механизмов попробовал использовать гидравлику, воздушное разрежение…

«Потом я решил попросить помощи у природы, – рассказал Лев Емельянович. – Уж сколько раз она выручала конструкторов! Не может быть, чтобы и в этот раз она не дала никакого совета»…

Так на подоконниках квартиры Панасюка появились цветочные горшки. И росли в них не какие-нибудь экзотические кактусы, а самая прозаическая картошка. Каждые пятнадцать дней Лев Емельянович брал один из горшков, осторожно размывал землю струей воды, интересовался подробностями образования клубней.

И сделал для себя открытие – клубни образуются на столонах. Столоны – это побеги, которые вырастают из «глазков» посаженного клубня. Если столон пробивается на поверхность земли, на нем вырастают листья, потом цветы и семена. А вот если побег остается в земле, на нем завязываются новые клубеньки. А вокруг образуется обычная корневая система. Конечно, биологам все это было давным-давно известно. Но Лев Емельянович смотрел на картофельный куст со своей, инженерной точки зрения. И природа не отказала изобретателю в подсказке. Каким образом?

Кроме разницы в своем назначении – корни доставляют растению питательные вещества, а столоны берут их для формирования и роста клубней, те и другие разнятся еще по своей толщине. Диаметр каждого корешка составляет в среднем 1 мм, в то время как толщина столона достигает 3 мм.

Значит, если сажать картофель в сетке, ячейки которой будут такой величины, что пропустят корешки, но не пропустят столоны, то осенью с помощью той же сетки можно будет и доставать картофель из-под земли. Чистенький, неповрежденный!..

На этом принципе и работают машины, сконструированные Л.Е. Панасюком.

…Три изобретателя, начавшие работу примерно в одно время, независимо друг от друга, решили проблему каждый по-своему. Но это вовсе не значит, что ту же задачу нельзя решить еще и четвертым, и пятым способами… Страна наша огромна, картофельные поля занимают в ней свыше 7 млн га. Так что места на этих полях, наверное, хватит разным машинам.

Картофельный детектор

В хлопотах и заботах незаметно прошло лето. Пора и урожай собирать. Но даже человек с его изощренным зрением не всегда может отличить покрытую мокрой осенней землей картофелину от такого же черного комка почвы. Что же говорить о картофельных комбайнах, гребущих с поля все подряд? Нельзя ли сразу на поле производить и сортировку?

Немало поломали голову над этой проблемой инженеры. Какие только детекторы не перепробовали: механические, телевизионные, ультразвуковые!.. Немецкие ученые как-то даже решили наделить машину «всевидящим» гамма-зрением – поставили на подборочный конвейер что-то вроде рентгеновского аппарата. Его лучи пронизывали насквозь земляные комья и клубни, а стоящий напротив датчика приемник определял «что есть что».

Но гамма-лучи вредны для здоровья людей, и при работе с ними приходится принимать специальные меры предосторожности. Кроме того, как оказалось, для безошибочного детектирования необходимо, чтобы все клубни и комья были приблизительно одинакового диаметра.

Контролировать уборку картофеля можно с помощью емкостного датчика

По другому пути пошли специалисты Рязанского радиотехнического института; старший преподаватель А.Д. Касаткин и тогдашний студент-дипломник, а ныне уже инженер Сергей Решетников.

Они взглянули на картофельный клубень с точки зрения физики. Известно, что емкость конденсатора зависит от проницаемости материала, заложенного между его обкладками. Меняется диэлектрическая проницаемость. Меняется и емкость. Этот физический принцип и был положен в основу детектирования, так как диэлектрическая проницаемость картофеля оказалась отличной от диэлектрической проницаемости земли.

Но найти правильный физический принцип – только начало дела. Нужно было еще выяснить, на каких частотах детектор будет работать в оптимальном режиме, разработать принципиальную схему устройства, проверить правильность разработки на лабораторном макете.

«Наиболее трудной частью работы оказалось создание чувствительного емкостного датчика, – рассказывал Сергей Решетников. – Мы перебрали несколько вариантов и в конце концов остановились на такой конструкции. Датчик представляет собой две пружинные пластинки, расположенные друг относительно друга под некоторым углом. В эту своеобразную воронку и падают картофелины вперемешку с комьями земли. Как только картофелина или комок касаются обкладок конденсатора, система управления вырабатывает сигнал, значение которого зависит от диэлектрической проницаемости объекта, находящегося внутри датчика. Исполнительный орган – заслонка отклоняется в ту или иную сторону, производя сортировку»…

Эта работа удостоена награды Всероссийского студенческого научно-технического общества. И как знать, возможно, пройдет еще какое-то время, и в конструкцию отечественных картофельных комбайнов, разрабатываемых здесь же, в Рязани, добавится еще один узел – картофельный детектор с емкостным датчиком.

Ропот про арбузный робот

Одна из наиболее трудоемких работ в сельском хозяйстве – уборка бахчевых культур. Попробуйте-ка потаскать по августовской жаре массивные – весом до 10 кг, а то и более – шары арбузов, эллипсоиды дынь. Тут поневоле задумаешься о механизации…

Первое упоминание о возможности повышения производительности работ, связанных с арбузами, мне попалось в книжке Льва Кассиля – бывшего саратовца (а в окрестностях этого волжского города, как известно, сплошные бахчи), ставшего московским писателем. Описание технологии погрузки арбузов на баржу до предела лаконично: девчата кидали, Антон Кандидов ловил. И, натренировавшись, стал вратарем сборной республики.

Потом и сам я внес посильную лепту в арбузную антологию, рассказав в 1976 году, как на Всесоюзном слете юных техников внимание жюри и прессы привлекла действующая модель бахчевого комбайна, созданная школьниками из Ростова-на-Дону. Один из авторов, Виктор Парасочка, так описывал особенности своего детища, способного по замыслу механизировать все операции цикла выращивания бахчевых – от посадки семян до уборки.

«Устройства для посадки, подкормки использовали готовые, от уже существующих сельскохозяйственных машин, – рассказывал он. – Сложнее оказалось наладить механизм уборки. Но все же справились – разработали механическую руку с вакуумным стаканом, который берет арбуз “на присос”. Уборка более нежных дынь производится рукой с резиновыми пальцами».

Одна из наиболее трудоемких работ в сельском хозяйстве – уборка бахчевых культур

Но как научить машину отличать спелые плоды от неспелых? Тут и взрослые люди ошибаются. Оказывается, для этой цели приспособили рентген. «Оператор видит на экране: если косточки темные – значит, плоды спелые, если светлые – пусть немного полежат, дозреют», – пояснил Виктор.

Школьники получили заслуженные дипломы, а про их разработку незаслуженно забыли. Во всяком случае, когда пять лет спустя я побывал в Саратовском институте механизации сельского хозяйства, единственной новинкой, которую мне смогли продемонстрировать, были орудие УПВ-8 и подборщик ПБВ-1, повышавшие производительность труда на уборке бахчевых аж в 80 раз!

«Ого!» – удивленно воскликнете вы. Я тоже воскликнул, но мое удивление стало куда большим, когда поближе познакомился с этими агрегатами.

Представьте себе: по полю движется колесный трактор. По бокам от него, а также непосредственно перед колесами укреплены толкатели – прикрученные к раме пластиковые или резиновые пластины. Машина едет – они, как им и положено, толкают, катят по полю арбузы, насильно отрывая от плетей. Причем толкают все подряд – большие и маленькие, спелые и зеленые. Да и от самой плети после такого наезда остается одно воспоминание. Правда, арбузы при этом худо-бедно выстраиваются в некое подобие шеренги.

Тогда на поле выходит подборщик. К нему, опять-таки под углом к направлению движения, приделана эластичная планка. Действует она по примеру пластин валкообразователя: по мере перемещения подборщика вперед перекатывает арбузы влево, в ячейки барабана. Тот вращается, арбузы в ячейках поднимаются вверх, пока пальцы выталкивателя не подадут их на транспортер. А резиновая лента с бортиками (чтобы собранное не скатывалось) доставляет плоды прямо в кузов грузовика. Поскольку прямо сбросить арбузы на дно кузова – сразу же их и угробить, транспортер кончается клеткой-гасителем, по зигзагам которой они должны мягко скатываться вниз.

Насколько детища доцента В.И. Милюкова успешно справлялись с возложенной на них задачей, вы можете судить сами. Хотя бы по тому, что распространились сии агрегаты в основном по выставкам и институтам, а на поле их выпускали при крайней необходимости, когда уж урожай убирать совсем некому. Да и в самом деле: не все ли равно, какие арбузы попадут на корм скоту – целые или побитые?

На том, наверное, и стоило закончить арбузную эпопею, если бы не наши бывшие соотечественники, а ныне израильтяне. Воспользовались накопленным потенциалом в своем кибуце и предложили работоспособный арбузный комбайн. Нечто среднее между изобретениями ростовских школьников и волгоградского доцента. «Арбузный робот будет выглядеть как прицеп к трактору, оснащенный гибкими захватами, – говорит один из создателей прототипа Гейл Майлз. – Дополнительно он оснащается сильными вентиляторами и видеокамерами».

В общем, суть процедуры должна выглядеть так. Проезжая по бахче, агрегат струями воздуха раздвигает листья. Свет, отраженный непосредственно глянцевой арбузной коркой, фиксируется видеокамерами. Он тут же анализируется спектрометром. Кроме того, дополнительные датчики определяют состав и концентрацию ароматических газов, выделяемых растением. На основании полученной информации компьютер принимает решение о спелости того или иного плода. Если арбуз созрел, в действие вступает механическая рука со щупальцами, которая захватывает и срывает его. Перенося плод в транспортную тележку, робот одновременно взвешивает его и наклеивает кодирующую этикетку с указанием веса и даты уборки.

Ну а чтобы столь сложная техника не простаивала, ее создатели заложили в память робота программы, позволяющие использовать его для посадки, культивации и уборки не только бахчевых культур, но и салата, капусты…

«Мы полагаем, что при массовом производстве этот робот станет не дороже автомобиля-пикапа и будет вполне по карману фермерам», – пообещал инженер-разработчик.

…Такая вот получилась полосатая история. С эмигрантским хвостиком.

Мост через… поле

Представьте себе: вышли вы в поле и видите – через него вроде как мост перекинут. Или, говоря точнее, козловой кран установлен. Зачем он тут понадобился? Об этом я и попросил рассказать московского изобретателя И.А. Майсова, потратившего немало времени и сил на осуществление интересной технологии.

Идея Правоторова. По словам Ивана Александровича, сам он шел по стопам одного из родоначальников идеи мостового земледелия в нашей стране М.И. Правоторова. Но справедливости ради нужно сказать, что первыми были все-таки не наши соотечественники. Еще в 1860 году англичанин Генри Крафтон придумал и создал первой сельскохозяйственный «мост». Выглядел он так: два паровых локомобиля, шедшие параллельно, были соединены длинных бревном, к которому были прицеплены бороны.

Уже в XX веке идею развили, она обрела масштабность. Скажем, в 30-х годах, когда над ней работал и Правоторов, предлагалось перекрыть поле громадной, длиной в 100–150 м, решетчатой фермой-аркой. Она, словно мост, перекидывалась через всю ширину поля, опираясь своими концами на колесные тележки, которые должны были перемещаться по специальным рельсовым путям. Есть рельсы-направляющие и на самой ферме-арке, по ним, уже поперек поля, тоже движется тележка, на которую могут быть навешаны самые различные сельскохозяйственные орудия – плуги, бороны, культиваторы, сеялки и т. д.

Каковы преимущества такой схемы по сравнению с обычными способами возделывания урожая? Прежде всего почву перестают «утюжить» тяжелые сельскохозяйственные машины. Ведь не секрет, что тот же трактор «Кировец» продавливает землю, считай, на метр, укатывает почву так, что просто удивительно, как на ней еще может что-то произрастать.

Технология мостового земледелия позволяет этого избежать. Кроме того, над растениями перестают витать облака выхлопных газов – привод моста несложно сделать электрическим. А главное, технология мостового земледелия поддается автоматизированному управлению, позволяет нацеливать рабочий инструмент в точку с точностью до миллиметра, ориентируя его, скажем, с помощью лазерного луча. Словом, мостовое земледелие способно превратить поле в цех под открытым небом. А на закрытом грунте и вовсе не уступит современному промышленному производству.

Арка через поле. Однако в свое время изобретение Правоторова не получило распространения по двум причинам. Во-первых, стране нужны были механизмы попроще: тракторы, плуги, сеялки, культиваторы… В рабочих руках недостатка в нашей стране не ощущалось. Во-вторых, разработку подвел гигантизм, весьма свойственный в то время. Но на практике такой гигант оказывался весьма неудобным в эксплуатации, тем более что надежность нашей техники всегда оставляла желать лучшего.

Один из проектов мостового земледелия

Ныне же изобретатель Майсов предлагает фермерам не просто вернуться к старой схеме, но и изрядно ее усовершенствовать. «Вместо громоздких мостов я предлагают новые – легкие, компактные, способные работать хоть на дачном или приусадебном участке, а главное – дешевые, изготовленные своими руками из подручных материалов», – говорит Иван Александрович.

Например, в южных районах нашей страны последние годы накопилось огромное количество поливальных агрегатов. Их наделали столько, что кое-где от чрезмерного полива получилось больше вреда, чем от засухи. Эти-то поливные установки типа «Кубань», «Фрегат» и другие изобретатель и предлагает использовать в качестве базы для создания агромоста.

Ведь что, собственно, представляет собой такая установка? Труба, движущаяся на многочисленных опорных тележках вдоль поля. Стало быть, мост как таковой у нас уже есть. Осталось навесить на него подвижную тележку-тельфер с навесными орудиями и обрабатывать землю.

«Но если все так просто, почему до этого никто раньше не додумался, не внедрил у себя?» – спросите вы.

А все дело в том, что простота тут отчасти кажущаяся. Движение моста по полю должно быть жестко стабилизировано. Ведь, если произойдет смещение хотя бы на несколько сантиметров, культиваторные лапы попросту порежут все всходы, и убирать будет нечего.

Чтобы такого не случилось на практике, Майсовым и его коллегами разработано несколько систем, позволяющих агромосту перемещаться по полю, не сбиваясь с ранее проложенной колеи. Одна из них, например, предполагает движение с опорой на реперные точки. Для этого по краю поля прокладывают один рельс, который будет играть роль оси координат. Заодно вдоль него можно проложить водовод, электрический кабель для питания электромоторов. А по полю расположим штырьки-реперы. На тележках, перемещающихся по междурядьям, установим датчики-щупы, которые, нащупав такой репер, тотчас подадут сигнал в систему управления. Она установит тележку в нужном месте для обработки почвы. А чтобы реперы не мешали проезду колес, работе культиваторов и прочих механизмов, сделаем их отклоняющимися, эластичными. Под давлением колеса они уходят в почву, а потом снова выпрямляются.

Благодаря реперам, все тележки моста держатся строго прямой линии, не образуют дуги, как это обычно бывает при поливе. На такой установке можно работать и ночью. Надо лишь поставить люминофорные отметки на тележках, которые позволят оператору лучше ориентироваться в темноте. А еще лучше применить лазерные реперы.

Причем агромост – такая же универсальная машина, как и трактор, – какое орудие навесите, такую работу он и будет выполнять. Возьмем, например, полив. Установим на мосту штанги с датчиками состояния почвы (хотя бы инфракрасными), и полив будет вестись не вслепую, а в точном соответствии с потребностями почвы и растений. И вода экономится, и растениям больше пользы. Точно так же можно вносить удобрения, пестициды…

А наступит время уборки, скажем, корнеплодов – свеклы или картофеля, – к технологическим секциям моста, передвигающимся над полем, легко подсоединить секции не только с подъемниками, но и транспортерами, накопительными бункерами. А то ведь нынешние комбайны не столько работают, сколько ждут транспорт, чтобы разгрузить бункера…

Выручит чудо-мост и при уборке таких деликатных культур, как мандарины, виноград, клубника…

О чем поет огурец?

…Это походило на фокус. Обыкновенный зеленый огурец поместили в светонепроницаемый футляр, закрыли его, щелкнули парой тумберов, и в лаборатории зазвучала некая странная мелодия.

«Так поет огурец, – пояснил старший научный сотрудник Института прикладной математики Николай Наумов. – Слышите, голос его оптимистичен и весел. Стало быть, огурец свежий»…

Суть «фокуса» оказалась вполне реалистичной. Оказывается, о том, что самый обыкновенный огурец, яблоко, любой цветок или даже шкаф могут звучать, исследователям известно как минимум полвека. Дело в том, что любой процесс в кристаллической решетке, живой молекуле сопровождается электромагнитными излучениями, подобным радиоволнам. А коли так, то поймать их, усилить, преобразовать в звуковые частоты – это уж дело техники.

Понятное дело, особо заинтересовали исследователей «голоса» живой природы. И вот почему. «Он живой, он светится», – сказал некогда потрясенный Дениска из рассказа Виктора Драгунского, впервые увидев светлячка. И писателю и его герою было невдомек, что светиться могут не только светлячки, гнилушки, некоторые породы рыб, но и вообще любое живое существо. Вот только свечение это не так-то просто заметить…

Оказывается, огурцы не лишены вокальных способностей

Как ни странно, но впервые его зафиксировали отнюдь не биологи, а… астрономы. Заполучив в начале 50-х годов XX века в свое распоряжение спектрометр, а потом и фотоумножитель, они стали направлять око этих приборов не только на свет далеких звезд, но и на чисто земные объекты. И однажды перед прибором, привыкшим ловить по ночам мерцание далеких звезд, оказался растущий корешок гороха. Перо регистратора дрогнуло, – значит, корешок светился.

Более немощное излучение трудно было найти в природе – подсчитали, что грамм корешков светит в десятки тысячи раз слабее известного всем Иванова светлячка. Невидимые глазу лучи так и назвали – сверхслабым свечением растений.

Такой свет испускают все клетки любого органа, и, самое главное, для этого не требуется никакого фермента, обязательного для биолюминесценции. Более того, характер этого свечения во многом зависит от состояния данной живой клетки. Попросту говоря, чем хуже ее самочувствие, тем слабее свечение.

Ну а чтобы не мучиться, пытаясь засечь считаные фотоны, излучаемые клеткой, практически оказалось удобным перевести свечение в акустические сигналы. Так в группе Наумова и услыхали впервые «голоса» живых клеток.

Когда исследователям удалось установить, что яблоко пищит очень жалобно и монотонно, они стали думать, на что оно, бедное, жалуется. То ли на то, что его едят, то ли, наоборот, на то, что не востребовано…Расшифровать полностью эти жалобы пока не удается – исследования «голосов», по существу, только начались. Но уже сейчас ясно – «озвучить» можно практически любой овощ или плод.

Достаточно поместить его в камеру, датчики который улавливает фотоны – элементарные частицы электромагнитного поля, – излучаемые овощем. Все показания записываются очень чувствительным прибором. Каждой волне соответствует определенный звук, нота. Так и рождается музыка. Невидимое становится слышимым. «Мелодии света» дают возможность контролировать состояние того или иного живого существа, диагностировать какие-то нарушения в самом зародыше.

Озвучить можно даже молекулы ДНК. То есть с нашими генами тоже можно общаться. А это значит, что исследователи получили возможность с еще одной стороны подступиться к разгадке одной из самых великих тайн природы – как из молекул ДНК рождаются органы, а затем и живые организмы. А там, глядишь, научатся и исправлять те или иные генные недостатки, еще в процессе «проектирования» будущего организма.

Растения – индикаторы

Казалось бы, что могут подсказать ботаники геологам, а уж тем более саперам, ведущим разминирование территорий, где когда-то шли бои, или экологам, стремящимся вернуть к жизни территории, подвергшиеся радиоактивному заражению? Тем не менее, как показывает практика, порою невзрачная травка оказывается эффективнее сложнейшей аппаратуры.

«Травка, над рудным жилами растущая». Известно, что в пустынях и сухих степях пресная вода залегает на глубине в несколько десятков метров. И из поколения в поколение передают жители пустынь такую заповедь: увидел акацию или руту – рой колодец, будет вода.

Накопленную веками мудрость суммировал в знаменитом труде «О слоях земных» великий русский ученый М.В. Ломоносов. «На горах, в которых руды или другие минералы родятся, растущие дерева бывают обыкновенно не здоровы, то есть листья их бледны, а сами они низки, кривлеваты, сувороваты, суковаты, гнилы и прежде совершенной старости своей, – писал он. – Травка, над рудными жилами растущая, бывает обыкновенно мельче и бледней».

Разумеется, бурно развивающаяся промышленность не могла довольствоваться только наблюдениями. Геология поставила себе на службу геофизические и геохимические методы поисков и разведки полезных ископаемых, бурение глубоких поисково-разведочных скважин, лабораторные ядерно-физические, акустические, химические методы изучения горных пород и руд и в самое последнее время – космические. Искусственные спутники Земли помогают наносить на карту новые месторождения.

Итак, с одной стороны, нейтроны и космос, а с другой – травка и листья. Кто же из них быстрее ищет земные сокровища? Вопрос далеко не праздный. Можно было бы назвать имена знаменитых физиков, которые пренебрежительно отзывались о старых, «дедовских» методах. И оказывались не правы.

Зеленый лист и искусственный спутник должны стать одинаково верными и надежными помощниками геолога, решили ученые. И вот на стыке наук родился новый метод поиска полезных ископаемых – биогеохимический.

Первые результаты. В конце 50-х годов XX века советские исследователи Александр Виноградов и Дмитрий Малюга по гумусовому слою почвы и золе растений обнаружили в Тувинской АССР медную жилу. Вскоре Малюга тем же способом открыл медно-молибденовое месторождение Каджаран в Армении. По золе листьев березы открыто Шипилинское месторождение меди в Хакасии и Октябрьское месторождение железа в Восточной Сибири. В Узбекистане с помощью «опробования» вишни, миндаля, жимолости и зверобоя открыто медно-молибденовое месторождение Сары-Чеку. Казахские геохимики, анализируя полынь, арчу и зверобой, обнаружили Ежевичное месторождение полиметаллов, а на месторождение меди Фланговое указали полынь и ковыль.

Полевица тонкая указывает на содержание в почве свинца, а мак – цинка

Широкое развитие получил биогеохимический метод и за рубежом: в США и Канаде, в некоторых странах Западной Европы и Центральной Африки. Так, в США открыты урановые месторождения Ла-Вентана-Меса, Еллоу-Кэт-Меса, Питтсбург-Парк, Литтл-Ева. В Канаде биогеохимическое исследование хвои и ветвей хвойных деревьев закончилось редкой удачей – открытием медно-молибденового месторождения Бетлехем и второго в мире месторождения молибдена Эндако. В Англии, в провинции Корнуэлл, по золе вереска найдены месторождения вольфрама и олова.

Индикаторами являются те наземные растения, которые наиболее четко отражают ландшафтные геохимические условия (химический состав почв, пород и подземных вод). К таким растениям относятся смолка (на медь), фиалка (на цинк), силена (на кобальт), астра (на селен), астрагал (на селен, уран)…

Геоботанический метод усилиями Александра Виноградова, Дмитрия Малюги и их последователей доказал свою жизнеспособность в качестве поискового средства и право на широкое внедрение. В настоящее время исследователи сделали еще один шаг по привлечению «зеленых рудознатцев» на пользу людям.

В поисках утечек. Эксплутационники, имеющие дело с утечками газа, вынуждены держать наготове многие сотни специальных приборов-газоанализаторов. Но и те идут в дело, как правило, лишь после того, как на контрольном пункте вдруг выясняется: огромное количество газа пропадает неизвестно куда.

И вот тут тоже может прийти на помощь обычная растительность. Как показала практика, в местах утечки газов она меняет свой цвет. И это можно заметить с вертолета патрульной службы, делающего облет трассы.

Майкл Стивен, профессор Ноттингемского университета, поясняет, что обычно растения в этом случае интенсивно желтеют. Ведь газ в месте утечки лишает растения кислорода и для них наступает осень раньше календарного срока. «Однако и в этом случае утечку удается обнаружить лишь пару месяцев спустя после того, как она произошла, да и только в теплое время года», – поясняет он.

Тогда профессор Стивен предложил такое решение. Надо периодически анализировать цвет растительности на трассе того или иного газопровода с помощью чувствительного спектрометра. Причем делать можно не только с вертолета, но даже со спутника. При этом, как показали эксперименты, изменение цвета листвы можно обнаружить уже через несколько дней после начала утечки и с точностью до метра.

Растения – миноискатели. Еще одну интересную особенность растений выявили специалисты, работающие на военные ведомства двух стран – Канады и США. Ныне специалисты из Университета Альберты (Канада) и ряда университетских центров США уже участвуют в программе по выведению генетически модифицированных растений, способных подавать «сигнал» об обнаружении мин и фугасов.

«Из разных типов мин вещества попадают в почву с различной интенсивностью, некоторые фактически открыты для окружающей их среды», – поясняет специалист министерства национальный обороны Канады Энтони Фост, занимающийся вопросами обнаружения мин.

Пока ученые находятся в начале пути и еще в деталях не представляют, как будет работать предложенная ими схема. «Мы не знаем, как все будет происходить. Однако мы знаем, что существуют бактерии и другие организмы, способные обнаруживать в почве такие вещества, как тротил. Мы можем взять ген такой бактерии и поместить его в корни растения. При соприкосновении с тротилом рецепторы гена подадут растению серию сигналов», – считает профессор Майкл Дейхолос из Университета Альберты. Такими сигналами, по его словам, может стать изменение цвета листьев или цветков растения.

Конечно, учитывая довольно длительный период роста растений, их нельзя будет использовать в «боевых условиях», то есть для быстрого обнаружения фугасов. Однако, считают исследователи, их вполне можно применять в ходе продолжительных миротворческих операции или при обезвреживании мин, все еще остающихся в земле после Второй мировой войны. В этих случаях предполагается осуществлять над опасными территориями посев семян растений-миноискателей с самолетов или вертолетов. Ростки затем обозначат опасные для людей зоны.

Спасители Чернобыля. Бывший наш, а теперь американский исследователь Илья Раскин предлагает использовать растения не только в качестве индикаторов повышенного содержания в почве тех или иных химических элементов, но и для их добычи.

В первую очередь Раскин предлагает таким образом извлекать таким образом вредные, например, радиоактивные соединения. «Если посадить на полях вокруг Чернобыля определенные сорта растений, – предлагает он, – то они за 5—10 лет выберут из почвы всю радиоактивную нечисть».

Согласитесь, что убрать с поля ботву, сжечь ее, а потом захоронить радиоактивную золу все же легче, чем снимать весь пахотный слой земли, как это пытались сделать некоторые горе-рекультиваторы.

За ценную идею Илье Раскину в США выдали очередную научную премию, обещали обсудить его предложение в рамках ООН. Но время идет, а воз и ныне там…

Впрочем, Раскин особо не расстраивается. Он свою часть работы выполнил, теперь очередь – за украинскими чиновниками. Сам же ученый работает над следующей проблемой. По его мнению, современные методы генной инженерии позволяют вывести такие виды растений, которые будут в десятки, а то и сотни, даже тысячи раз превосходить по своей производительности нынешние растения. А коли так, появляется реальная возможность применения биологических методов добычи полезных ископаемых. Затем перелопачивать сотни тонн пустой породы, обогащая рудный концентрат, когда проще и дешевле ежегодно засевать поля в районе того или иного месторождения определенными видами растений, а по осени собирать урожай рудных концентратов?

Правда, пока промышленники упираются. Им кажется, что добыча руды с помощью экскаваторов, методов флотации и т. д. производительнее, чем «выращивание травки». «Но все это до поры до времени, – уверен Раскин. – Как только нынешние рудные месторождения истощатся, промышленникам волей-неволей придется задуматься над способами использования бедных месторождений, а то и рудных отвалов. Вот тогда-то и скажут свое веское слово “зеленые рудознатцы”…»

А пока суд да дело, американские ботаники из Колорадского университета вывели особый сорт комнатных растений, которые меняют цвет своей листвы, если поблизости «чуют» взрывчатку или наркотики. Полагают, что такие растения в ближайшее время весьма облегчат жизнь таможенникам и спецагентам в аэропортах, залах ожидания железнодорожных вокзалов и других многолюдных местах.

Компьютер с… грядки?!

Представьте себе ситуацию. Заходит человек в магазин, где обычно торгуют цветами, рассадой растений и т. д. И спрашивает семена… микропроцессоров.

А дальше уж вообще начинаются чудеса. Человек приходит домой, высаживает купленные семена на грядке, в ящик на балконе, а то и просто в цветочный горшок. И в положенный срок собирает урожай тех самых микропроцессоров, которые ему нужны.

Скажете, сказка? Нет, всего лишь присказка…

Мини… Микро… Дальше некуда? Прорывы чаще всего удаются на стыках. Это утверждение, по словам директора НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета, академика В.И. Минкина, верно не только для военных действий, но и для научных исследований. Вот о каком удивительном прорыве, осуществленном совместными усилиями микроэлектронщиков, химиков, вирусологов и молекулярных биологов он рассказал недавно своим коллегам на очередном заседании президиума Российской академии наук.

Эффективность молекулярного компьютера может оказаться в 100 млрд раз выше, чем современного кремниевого

Поначалу компьютеры были электромеханическими машинами, работавшими при помощи шестеренок и реле. Затем стали ламповыми, потом транзисторными. Наконец, на смену отдельным транзисторам пришли интегральные микросхемы. Причем на микропроцессорном чипе современного компьютера уже располагается до 100 млн транзисторов. И намного больше разместить уже вряд ли удастся.

Ело в том, что современные технологии производства интегральных микросхем достигли своего пика. Само формирование интегральной схемы с меньшими размерами транзисторов невозможно на базе стандартной техники фотолитографии, применяемой сегодня.

Для того чтобы вытравить на кремниевой пластине нужные участки, на нее предварительно наносят с помощью фототрафарета определенный рисунок. А четкость его возможна лишь в том случае, если проецирование осуществляется излучением, длина волны которого по крайней мере вдвое меньше, чем длина самого элемента. Поэтому от видимого света технологии перешли уже к куда более коротковолновому жесткому ультрафиолетовому излучению. И дальше двигаться, похоже, некуда.

Мы приближаемся к физическому пределу – толщина изолирующей пленки в микрочипе должна быть не более 4–5 молекул (1,5–2 нм). В более тонких слоях начинаются неконтролируемые процессы туннелирования электронов (то есть «проскакивания» их прямо сквозь структуру микрокристалла), а также перегрева, которые нарушают работу транзисторов и вычислительной системы в целом.

Между тем производительность компьютера при прочих равных условиях пропорциональна количеству транзисторов на единице площади интегральной схемы. Так что же делать?

Молекулярные манипуляции. Один из выходов подсказал еще в 1959 году известный американский физик-теоретик Ричард Фейнман. Он решил, что молекулы, обладающие определенными свойствами, смогут заменить собой транзисторы, а технический прогресс сделает возможным и манипуляции с отдельными атомами и молекулами.

Размеры такого молекулярного транзистора будут на два порядка меньше самых миниатюрных кремниевых. Поскольку, как мы уже говорили, производительность компьютера пропорциональна количеству транзисторов, размещаемых на единице площади, то выигрыш в производительности будет огромным. Так, по расчетам, эффективность молекулярного компьютера может оказаться в 100 млрд раз выше, чем современного кремниевого.

Конечно, одно дело – высказать теоретическое предположение, и совсем другое – осуществить его практически. Тем не менее, похоже, предсказание Фейнмана начинает сбываться в наши дни.

Итак, что же такое молекулярный компьютер? Это устройство, в котором вместо кремниевых микрочипов, применяемых в современных компьютерах, работают молекулы и молекулярные ансамбли. Иными словами, в основе новой технологии лежат так называемые «интеллектуальные молекулы»; они могут существовать в двух термодинамически устойчивых состояниях, каждое из которых имеет свои физические и химические свойства. Переводить молекулу из одного состояния в другое (переключать) можно с помощью света, тепла, химических агентов, электрического и магнитного поля и т. д. Фактически такие переключаемые бистабильные молекулы – это некая система, воспроизводящая на молекулярном уровне функцию классического транзистора.

Кроме того, устройство или архитектура каждого компьютера включает в себя также соединяющие провода и память. И эти элементы в молекулярных компьютерах будут отличаться от их аналогов в нынешних вычислительных устройствах. Память может работать на принципе «запоминания» оптических или магнитных эффектов, а проводниками могут стать нанотрубки или сопряженные полимеры.

Сейчас уже созданы многочисленные варианты всех основных составляющих компьютера будущего. Например, весьма перспективен молекулярный переключатель, созданный Д. Стоддардом и Д. Хисом, которые сотрудничают с американской фирмой «Хьюлетт Паккард». Существуют также прототипы транзисторов на одной молекуле, которые изучают в Корнеллском и Гарвардском университетах.

А первые устройства молекулярной памяти на основе так называемых фотохромных систем были созданы П. Рентцеписом из Калифорнийского университета еще в конце 80-х годов XX века. Поглотив один-два фотона, такая молекула переходит из одной устойчивой формы в другую, как бы запоминая бит информации.

Аналогичные устройства созданы и в других исследовательских центрах, в том числе и в НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета.

А пусть они сами растут! Таким образом, в наличии имеются уже все три составные части будущего молекулярного компьютера, и в их создании по отдельности, как мы видим, есть значительные успехи. Но самая сложная задача – собрать все компоненты в работающее устройство. До ее решения еще далеко. Иные скептики даже засомневались было в реальности осуществления подобных планов. Вон, дескать, сколько сложностей мы имеем при производстве современных микрочипов. Так на сколько же порядков возрастут производственные трудности при производстве молекулярных компьютеров?..

Однако энтузиасты молекулярной электроники (или молетроники) настолько полны оптимизма, что даже намерены пустить все производство на самотек. Пусть, дескать, молекулярные микрочипы сами себя собирают…

Но как такое может быть? Да примерно так же, как ныне природа ведет сборку таких сложных структур, как двойная спираль ДНК, отдельных органов, а то и целых организмов. Надо просто перенять у природы ее технологические навыки и… выращивать нужные нам устройства.

Причем помогут технологам XXI века, как это ни странно звучит, некоторые… вирусы растений! Дело в том, что вирусы очень малы – их диаметры составляют всего 30 нанометров. Это значительно меньше размеров компонентов современных интегральных схем, которые достигают около 130 нанометров.

Кроме того, вирусы по своему строению представляют собой, по существу, идеальный каркас для микроскопических электронных систем, поскольку их можно сгруппировать в некое подобие кристаллических решеток. И создать самоорганизующие цепи, способные при минимальном постороннем вмешательстве либо при полном его отсутствии самостоятельно выстраивать полезные трехмерные структуры. А в них – разместить компоненты микросхем.

Причем поскольку вирусы – изрядные проныры, способные встраиваться практически в любой живой организм, то ученые рассчитывают найти способ сделать так, чтобы молекулярные микросхемы выстраивались в нужном порядке сами собой, встраиваясь, например, в организм какого-нибудь растения, сообщает журнал «Нью сайянтист».

Так, для того, чтобы изготовить живой трехмерный микрочип, химик М. Финн и вирусолог Дж. Джонсон из Исследовательского института Скриппса в городе Ла-Джолла, штат Калифорния, экспериментировали с вирусом мозаики коровьего гороха – микроорганизмом, который обычно задерживает нормальный рост побегов.

Обычно вирус заключен в защитную протеиновую оболочку, имеющую 20 граней и 12 углов, или вершин. Исследователи стали внедрять сегменты ДНК в цепочку генов вируса, вынуждая его производить аминокислоты цистеина на вершинах оболочки. А затем добавили сверхтонкие частицы золота в наполненные цистеином вирусы. В итоге у них получился некий микроорганизм, утыканный золотыми электродами – прообраз будущей микросхемы.

Ныне совместно с сотрудниками Исследовательской лаборатории ВМС США в Вашингтоне, округ Колумбия, они пытаются научиться замыкать цепи в определенном порядке, чтобы получать по желанию те или иные логические устройства, элементы памяти и т. д.

«Если эксперименты увенчаются успехом, микросхемы будущего станут производить на грядках, а не в высокотехнологичных лабораториях, – полагает Финн. – Получить требуемое количество вирусов не составит никакого труда. Достаточно засеять несколько гектаров земли горохом, а затем выделить микроорганизмы из листьев растения»…

Зачем паспорт корове?

Зоологи и ветеринары научились различать телят крупного рогатого скота по отпечаткам их носа. Оказывается, они столь же индивидуальны, как и отпечатки пальцев у людей.

Но зачем вообще необходимо различать животных, скажем, на крупной ферме? Ведь все равно молоко от всех коров попадает в общую цистерну. Да и хозяин у всех коров общий…

Для чего клеймо? Помните, как в одном из рассказов О’Генри хозяйка ранчо метит белую телку особым клеймом, передавая таким образом зашифрованное послание своему мужу?

Понятное дело, писатель рассказал об особом случае. Однако обычай ставить клеймить скот каленым железом действительно широко бытовал на Диком Западе. Только так ковбои и ранчмены могли в затруднительных случаях выяснить, где чей скот.

И по сей день кое-где в Техасе проводят соревнования по скоростному клеймению скота. Однако это теперь всего лишь дань уважения традиции. В наши дни есть немало других, более рациональных способов так пометить животных, чтобы затем всегда можно было точно сказать «кто есть кто».

К этому подталкивают не столько споры за право владеть той или иной коровой или телкой, но и особенности ведения современного индустриального животноводства. Скажем, ошейники с инвентарными номерами или клипсы – маркеры из легкого нержавеющего металла или же пластика, которые заклепывают на ушах животных специальными щипцами, тут уже не годятся. Такого рода «паспорта» электроника, как правило, не считывает. Нужно что-то еще более прогрессивное.

И вот ныне на многих фермах появились электронные средства бесконтактного распознавания животных, называемые за рубежом системами идентификации.

Как опознать «меченых»? Первые системы автоматической идентификации появились на фермах Великобритании, Германии, Скандинавии и Бенилюкса в середине 80-х годов XX века. Рассчитаны они были в основном на коров и работали по принципу приема-передачи радиоволн, излучаемых носителем индивидуального номера-кода, расположенного на ошейнике.

В такой радиосистеме идентификация того или иного животного происходит всякий раз при вхождении «меченой» особи в зону приема антенны распознающего блока. Блок этот может быть установлен в любом пункте автоматического обслуживания скота, например при заходе коров на доильный конвейер типа «карусель» или при подходе к кормушке.

Сегодня корове тоже нужен паспорт

И всякий раз умная автоматика будет знать, сколько молока дала та или иная корова, и в зависимости от этого выдаст ей в кормушку соответственно больше или меньше корма.

Инженеры испробовали на практике множество разных радиосистем и в конце концов убедились: ни одна из них не удолетворяет животноводов, как говорится, на все сто. Прежде всего, навешенные на животных идентификаторы в условиях промышленных ферм оказались весьма непрактичными: если устройство ошейникового типа еще более или менее держится на шее коровы, то электронные клипсы и медальоны, которыми снабжают свиней по причине отсутствия шеи, теряются регулярно. И уж тем более их просто снять. А значит, они вряд ли помогут при отыскании украденных животных.

Второе – и принципиальное – неудобство заключается в том, что фирмы-производители использовали в своих САИ различные форматы данных и способы кодировки, а это, как нетрудно догадаться, не позволяет свободно применять идентификаторы разной конструкции и происхождения в рамках одного хозяйства, не входя при этом в дополнительные, по сути, неоправданные расходы.

Лишь когда в начале 90-х годов XX века появилась возможность использовать для этих целей микрочипы – интегральные микросхемы минимальных размеров и массы, заключенные в отдельный корпус, – дело пошло на лад. Чип одним махом решил множество проблем.

Прежде всего, многие фирмы стали выпускать чипы для подкожного функционирования. Конструктивно он представляет собой миниатюрную электронную капсулу, запаянную в баллончик из биостекла. Эксплуатационная надежность такого устройства чрезвычайно высока, стоимость – низка, а функции, в сравнении с идентификаторами предыдущего поколения, заметно расширены.

Оптимальная зона подкожного введения чипа-имплантата была установлена на практике: для коров и лошадей это шея, а у свиней и мелкого рогатого скота – основание уха. При желании, кстати, можно вводить имплантаты и кроликам, и птице, и пушным зверькам, которых разводят для меха… Короче говоря, применение микрочипов позволяет рационально использовать системы автоматической идентификации для всех видов животных.

Подкожные маркеры обеспечивают эффективный учет поголовья при продаже скота, а в случае эпидемий или кражи – быстрое выявление заболевших или пропавших животных. Кроме того, практически исключаются также любые фальсификации при поставке на продажу племенных производителей. Покупатель всегда может быстро установить «кто есть кто».

Учиться никогда не поздно. Впрочем, если вы думаете, что новая система идентификация была безоговорочно воспринята сразу всеми фермерами на Западе, то глубоко ошибаетесь. Многие восприняли идею поголовного кодирования скота посредством вживленных ампул если не в штыки, то, во всяком случае, без всякого энтузиазма: и времени, мол, нет, и лишних денег, и переучиваться поздно!

Но случилось так, что благополучному развитию прогрессивного начинания поспособствовало неожиданное несчастье… Эпидемия губчатого энцефалита, разразившаяся несколько лет назад на берегах Туманного Альбиона, да и по другую сторону Ла-Манша тоже, потребовала большого количества рутинной работы по выявлению и выбраковке бешеных коров. И скотоводы-консерваторы вскоре убедились, что сообразительные фермеры, не поскупившиеся на имплантаты для своих буренок, справились со всеми хлопотами не в пример быстрее и легче…

Впереди планеты всей по внедрению новейших систем идентификации дружно шагают фермерские хозяйства Германии и Нидерландов! Так, с 1998 года практически на всех молочных фермах Нидерландов крупный рогатый скот регистрируется с помощью микроэлектроники.

А вот американцы опередили европейцев по части снабжения чипами домашних кошек и собак. Уже в середине 90-х годов в нескольких городах США начали работать первые платные службы по идентификации и возвращению владельцам потерявшихся или украденных собак и котов.

Обнаружив пропажу любимца, абонент фирмы сообщает об этом событии ее диспетчеру, а тот в свою очередь по компьютерной сети пересылает в полицейские участки словесное описание и фотоснимок животного. Патрульные на улицах начинают поглядывать по сторонам, и рано или поздно кто-нибудь приводит в участок «подозреваемого». Животное сканируют, и, если у него есть чип-имплантат, компьютер тут же выдает кличку собаки, адрес и телефонный номер владельца.

Ныне это новшество потихоньку начинают внедрять и на территории СНГ. Хочется верить, что вскоре загулявшего по весне кота Ваську или вашего Джульбарса тут же доставит на дом улыбчивый постовой. И вы получите возможность чмокнуть своего затерявшегося было любимца в его неповторимый нос.

Помощник Геракла

Если на заводе увидеть промышленного робота – не так уж сложно, то вот в сельском хозяйстве подобные механизмы – в диковинку. Почему?

В нашей стране за трудное дело роботизации сельского хозяйства одними из первых взялись сотрудники Академии инженеров сельскохозяйственного производства под руководством Валерия Ивановича Васянина. Еще в 80-х годах XX века они начали создавать первые сельхозроботы.

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

Роботы для сбора плодов

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

Робот, наделенный магнитофонной памятью, оказался довольно сообразительным учеником. Обучать его новой работе не так уж сложно. К нему цепляют тележку с креслом, в нее садится кто-нибудь из сотрудников и, нажимая кнопки на пульте управления, заставляет робота выполнять необходимые операции: мыть полы, расставлять по местам ведра и доильные аппараты…

Каждая операция записывается на видеомагнитофон. Потом достаточно поставить кассету с нужной программой, и робот тотчас «вспоминает», что он должен сделать.

Робот МАР-1 успешно прошел серию испытаний, но на том все и кончилось. Причин тому было как минимум две. Во-первых, в лихие 90-е годы многим стало не до внедрения новой техники. Причина вторая заключалась в том, что создать робот-универсал, который бы один выполнял все работы на той же ферме, – задача архисложная. До конца она не решена и по сей день. А потому ныне инженеры предпочитают создавать узкоспециализированных роботов. Одни кормят коров, другие доят их, третьи убирают навоз…

Пожалуй, одна из самых неприятных, грязных работ – уборка. Вспомните, легендарный Геракл, чтобы не мучиться с уборкой авгиевых конюшен вручную, просто направил туда поток воды, которая и смыла весь навоз. Геракл, конечно, молодец, но зачем загрязнять сточные воды? Да и навоз, как известно, ценное удобрение, стоило бы распорядиться с ним по-хозяйски.

Вот, например, как это делает робот-уборщик Lely Discovery, разработанный финскими специалистами фирмы Lely. В конструкции такого уборщика есть некоторые характерные черты двух агрегатов. Во-первых, уборочных машин, в том числе и тех, что у нас наводят чистоту на станциях метро. Во-вторых, домашних пылесосов-роботов, которые, словно черепахи, ползают по квартире самостоятельно, тщательно выискивая сор по всем углам.

Но, конечно, на ферме есть своя специфика. Поэтому робот-уборщик может работать лишь на современной ферме, оборудованной щелевыми полами. Сквозь эти щели, по идее, и должен проваливать навоз в специальные канавы под полом, откуда он самотеком попадает в резервуары-сборники. А уж оттуда вывозится на поля.

Маршрут, по которому перемещается Lely Discovery, программируется с помощью пульта дистанционного управления. Возможно задание различных маршрутов с более интенсивной и частой чисткой отдельных участков в определенное время.

Самый простой и эффективный способ задания программы таков. Оператор с пультом дистанционного управления в руках однажды вместе с роботом проходит весь маршрут по коровнику, нажимая соответствующие кнопки в тех местах, где уборщику нужно поворачивать вправо или влево. Начинается и заканчивается маршрут у зарядной станции, которая устанавливается в определенном месте в коровнике и служит для автоматической подзарядки аккумуляторов робота.

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

Помогает движению Discovery и кольцо-ограничитель в передней части робота. Оно предотвращает его столкновение с ногами животными и другими препятствиями – он их объезжает.

Увидеть такое устройство уже можно не только на выставке. За рубежом роботы-уборщики уже работают на многих фермах. И у нас ООО «Фермы Ясногорья», расположенное в г. Подольске, предлагает их всем желающим. Были бы деньги! Кстати, стоит такой комплекс не дороже самого простого трактора, способен работать круглые сутки все 7 дней в неделю. По расчетам, он окупает себя за 2–3 года.

Чудеса быта

В заключение давайте поговорим о том, с чего, быть может, стоило бы начать эту книгу, – о премудростях быта. Уровень жизни человека во многом определяется тем, какую одежду он носит, что ест, тепло ли и светло ему в доме, не скучно ли…

Очаг XXI века

Дешевый дровяной «кухонный комбайн», объединяющий плиту, электрогенератор и холодильник, обещает в течение ближайших пяти лет разработать международная команда ученых, координируемая из Университета Ноттингема в Великобритании.

Сегодня около 2 млрд людей на земном шаре готовят пищу на открытом огне, используя костер или примитивную печь. А это, как полагают современные теплотехники, крайне неэффективно. Лишь около 7 % выделяемой от сжигания дров или другой органики энергии используется по назначению.

Кроме как к дополнительному загрязнению воздуха и окружающей среды, выделению углекислого газа и уничтожению растительности такая расточительность не ведет. Но тотальная нищета третьего мира пока не позволяет что-нибудь изменить.

Новый проект назвали SCORE (Stove for Cooking, Refrigeration and Electricity) – печь для готовки, охлаждения и получения электричества. Самое интересное, что комбайн основан на технологии термоакустических преобразователей, которые до сих пор использовались лишь в космосе или в военных целях для охлаждение электроники или генерации электроэнергии. Эти передовые технологии, надеются авторы проекта, позволят создать простое устройство почти без движущихся частей и не требующее обслуживания, цена которого (30–40 долларов) будет на порядок меньше, чем у электрогенераторов такой же мощности.

Демонстрационная модель печи SCORE для готовки, охлаждения и получения электричества

По-видимому, первыми с термоакустикой столкнулись стеклодувы, еще в XIX веке. Они иногда слышали чистый звук, издаваемый неравномерно нагретыми сосудами. Тогда же эффект генерации звука при наличии перепада температур был изучен и описан в трудах классиков науки. Но на практике с термоакустической неустойчивостью серьезно начали работать лишь в середине прошлого века создатели ракетных двигателей, в соплах которых большие перепады температур приводили к самовозбуждению звуковых колебаний, способных разрушить всю конструкцию. И лишь в 80-х годах было осознано, что можно использовать и обратный эффект перекачки тепла звуковыми волнами. На основе термоакустического эффекта стали разрабатывать тепловые насосы, то есть холодильники для спутников и радаров. Возник интерес и к термоакустическим генераторам электроэнергии.

Механизм работы термоакустического устройства легче всего понять на примере теплового насоса. В простейшем случае он состоит из настроенной в резонанс со звуковыми колебаниями трубы, в которую помещен кусок пористой керамики или пучок параллельных заполненных газом тонких трубок. С одной стороны трубы помещают динамик, похожий на тот, что используют в звуковых колонках. В возбуждаемых динамиком стоячих звуковых волнах газ колеблется взад и вперед, нагреваясь при сжатии и охлаждаясь при расширении. Этот перепад температур мал – всего две сотые градуса даже для громкого звука на болевом пороге нашего слуха (120 децибел). Но если правильно подобрать материал и размеры трубок, этого оказывается достаточно, чтобы обменивающийся с ними теплом газ создал в пучке необходимый градиент температуры.

Точно так же, но в противоположном направлении работает и термоакустический генератор, в котором звуковые колебания возникают при поддержании перепада температур в пучке трубок. А уже эти звуковые колебания нетрудно превратить в электрический ток с помощью того же динамика, который будет работать как микрофон, то есть линейный электрогенератор.

Первые термоакустические холодильники и генераторы были примерно вдвое менее эффективны, чем обычные компрессорные холодильники и двигатели внутреннего сгорания. Однако постоянное совершенствование их конструкции позволило ликвидировать отставание, а в некоторых случаях даже добиться эффективности около 40 %.

В «кухонном комбайне» для развивающихся стран будет два пучка трубок и один динамик между ними в общей трубе-резонаторе, которая конструктивно соединена с плитой. Горящие дрова одновременно с кастрюлями и сковородами будут нагревать один из концов первого пучка – в нем возникнут звуковые колебания с частотой, по предварительным расчетам, около 50 Гц. Эти звуковые колебания будут раскачивать генерирующий электричество динамик и создавать перепад температур во втором пучке, работающем как холодильник. Конструкция гениально проста, и будем надеяться, что она действительно окажется эффективной.

Однако не очень понятно, станет ли хорошая хозяйка в жаркой Африке день и ночь что-то жечь, чтобы работал ее холодильник. Впрочем, до конца этого проекта, как уже говорилось, еще пять лет. Так что за это время многое может измениться, включая и саму концепцию устройства.

Например, в дополнение к этому устройству как бы сама собой напрашивается панель с фотоэлементами, которая может питать тот же холодильник, телевизор, ноутбук или иной электроагрегат в то время, когда чудо-печь не будет топиться. Уж чего-чего, а солнечного света в жарких странах всегда предостаточно.

Электронные книги, цифровые библиотеки…

Ныне все чаще можно увидеть человека, который сидит в общественном транспорте, уткнувшись в электронный планшет, и читает. На смену книгам обыкновенным приходят электронные, а библиотеки становятся цифровыми и даже виртуальными – из Интернета сегодня можно выудить практически любую книгу.

Но процесс обновления оказался далеко не столь простым, как может показаться…

Какая бумага? Ныне большинство электронных книг имеет «классическую» электронную бумагу. По существу, она представляет собой сверхтонкий дисплей, между покрытием и подложкой которого заключены мириады черных и белых микрочастиц, всплывающих к поверхности или тонущих в толще экрана под действием меняющегося электрического заряда.

Однако это не единственная технология электронной бумаги. Скажем, появившаяся в марте 2009 года первая в мире цветная электронная книга использует другой принцип формирования изображения. Он основан на отражающих жидких кристаллах (Reflex LCD). А в декабре 2008 года группа ученых из Канады и Британии создала дисплей на базе управляемого синтетического опала, мгновенно меняющего цвет почти во всем видимом спектре. Так что поиск идеала не прекращается.

Теперь молодежь читает в основном электронные книги

Все эти разработки объединяет одно – необычные экраны работают на отраженном свете, так же как «действует» и лист обычной бумаги с буквами и рисунками. Потому эти системы и именуют электронной бумагой. Расход энергии такими устройствами на порядки ниже классических экранов, а читаемость электронной бумаги только улучшается по мере роста внешней освещенности (это актуально на улице), в противовес обычным «светящим» дисплеям, которые при внешней засветке блекнут и весьма сильно.

И вот ныне сделан следующий шаг. Электронная бумага, превосходящая предшественников по контрастности, разрешению и быстродействию, создана группой ученых под руководством профессора Джейсона Хейкенфельда из Университета Цинциннати. Авторы разработки фактически придумали новый принцип работы устройства.

Каждый пиксель электронной бумаги теперь представляет собой пустотелую герметичную гексагональную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластина (она отражает свет). А в центре ячейки – крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами (в черно-белом варианте устройства). Сверху же конструкцию прикрывает тонкопленочный прозрачный электрод из оксида индия и олова.

Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5 % от общей видимой площади, в «свернутом» состоянии чернила почти не видны, ячейка кажется белой.

Понятное дело, управляя состоянием всего массива ячеек с помощью выборочно приложенного напряжения, можно формировать на поле любой черно-белый текст или изображение по точкам.

Для получения цветных пикселей авторы проекта решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек. Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 мкм, а разрешение экрана – 300 точек на дюйм. Это, по словам Хейкенфельда, больше, чем у большинства моделей электронных книг, имеющихся на рынке.

Но главное преимущество новинки в другом. Новая бумага отражает 55 % падающего света, в то время как серийные электронные книги – 35–40 %, из-за чего их поле кажется серым. Причем, уверяет Джейсон, новую технологию можно улучшить, подняв степень отражения света до 60 %, а потом и выше (тут подразумевается именно цветной вариант дисплея). А это уже сравнимо с обычной белой бумагой: у нее 85-процентное отражение.

Второе колоссальное преимущество новинки – время переключения пикселей между черным и белым состоянием составляет всего одну миллисекунду, что даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов, и в десятки, а то и в сотни раз лучше, чем у традиционных электронных книг.

Одноразовые книги? На Западе электронные книги уже потеснили бумажные – прежде всего это касается научной и юридической литературы. В США существуют целые вузы, где преподавание ведется по электронным учебникам; предполагается, что подобные учебники появятся в некоторых российских школах и вузах.

Но всеобщего бума не получилось: даже такие крупные книжные издательства, как Time Warner и Random House, закрыли отделения по продаже электронных книг, посчитав их «несвоевременными».

Причиной неудач можно, конечно, посчитать вышеизложенные недостатки дисплеев. Но есть и другая версия. Например, некоторые полагают, что на свете давно существуют дешевые летающие электромобили, использующие антигравитацию, – просто нефтяные магнаты прячут их от нас, чтобы и дальше взвинчивать цены на бензин…

В отношении электронных книг тоже легко построить «теорию заговора». Простой факт: прототип электронной бумаги SmartPaper появился в исследовательской лаборатории Xerox PARC почти 30 лет назад. Но тогда же его и положили в долгий ящик. Автору идеи Николасу Шеридону понадобилось более 20 лет, чтобы, основав собственную фирму Gyricon Media, довести идею до реального продукта.

Но даже если книгоиздательская индустрия до сих пор не тормозила развитие электронной бумаги, она будет это делать в ближайшие годы. Хотя бы вот каким образом. В 2001 году в продаже появились первые «одноразовые книги». Электронный роман Агаты Кристи «И после не осталось никого» издательства RosettaBooks можно читать лишь в течение десяти часов. Некоторые электронные учебники «стираются» в конце года. В общем, книгопечатники хотят, чтобы в создании масс отложилась идея «одноразовости» электронных носителей. Хотя на самом деле они достаточно долговечны. А кроме того, допускают неограниченное количество копирований.

Кроме того, электронные носители позволяют автору через Интернет обратиться непосредственно к читателю, минуя книгоиздателей. Именно так, например, поступил всем известный писатель-фантаст Стивен Кинг. В 2000 году он начал публиковать на своем сайте свой роман «Росток», призывая читателей платить по доллару за каждую скачанную главу. Несмотря на то что, по мнению писателя, эксперимент окончился неудачно – после публикации 5-й главы только половина читателей продолжала платить, – Кинг на самом деле получил около полумиллиона долларов чистой прибыли. Далеко не каждая книга в обычном издании приносит такой гонорар…

Оцифрованная эра. Тем не менее одна серьезная проблема превращения всех книг в электронные все же существует. Ведь долгое время книги печаталась на бумаге, писались на пергаменте. И на деле оказалось не так-то просто превратить содержимое ветхого фолианта, впитавшего запахи веков, в микрочип красивой флешки, переписать книгу на диск.

Трудности начинаются уже со сканирования. Нынешние технологии оцифровки книг можно сравнить с печатным станком Гутенберга – медленный и очень трудоемкий процесс.

В мире же сегодня около 600 тыс. библиотек, в которых хранится более 20 млрд экземпляров книг; а ведь есть еще и периодика (не менее 10 млрд экземпляров).

К счастью, современные книги, журналы и газеты уже набраны на компьютерах, имеют электронные копии. Но как быть с миллиардами старых? Современные темпы оцифровки явно невысоки. Например, за 8 лет работы программы поиска книг Google Book Search удалось создать электронную библиотеку из 10 млн книг. Причем часто коммерческие компании больше заинтересованы в электронном издании разрекламированных новинок и не хотят тратиться на классику.

Стало быть, нужна новая уникальная техника. И она создается. Прототип ультрабыстрого сканера, способный оцифровать книгу за минуту, намерены создать в течение двух лет сотрудники Токийского университета. Причем камера, которая делает до 500 фотографий в секунду, что позволяет оцифровывать 170 страниц за 60 секунд, уже имеется. Созданы и инфракрасные датчики, которые работают в трех измерениях и корректируют искажения, вызванные изгибом переворачиваемых страниц. В настоящее время японские инженеры заняты разработкой надежного робота, который мог бы быстро переворачивать страницы, не повреждая их. Пока это приходится делать вручную.

Но и это еще не все…

Не только скопировать, но и расшифровать. С помощью качественной цифровой камеры довольно просто получить оригинал страницы любого фолианта. Однако в большинстве случаев он воспринимается компьютером как своего рода картинка. Чтобы работать с текстом – анализировать, выделять фрагменты, редактировать и т. д., – необходимо перевести «картинки» в текстовый формат. И здесь начинаются главные проблемы.

Старые книги изобилуют декоративными элементами, щедро украшены вязью и стилизованными буквицами. Устаревшие шрифты, которые использовались печатниками пару столетий назад, давно не применяются в современной полиграфии, а некоторые символы вообще исчезли из современных алфавитов. Потому стандартные «распознавалки» с такими текстами не работают.

Кроме того, со временем бумага желтеет, темнеет, а текст выцветает так, что местами становится почти неразличим. Вот почему в течение последних лет в мире реализуются специальные проекты оцифровки старинных книг.

Один из самых масштабных – МЕТА – был задуман и осуществлен странами ЕС. Причем его главная идея такова: надо не раскидывать деньги между библиотеками для покупки сканирующей техники, а финансировать прежде всего разработку системы компьютерных программ для распознавания любых европейских текстов, напечатанных в XVI–XIX веках.

Главным инструментом тут стало программное обеспечение оптического распознавания, разработанное российской компанией ABBYY. На этом, кстати, участие России в данном масштабном проекте завершилось, потому что ориентирован проект был на тексты, напечатанные с помощью популярных в тот период шрифтов Fraktur, Schwabacher, a также другой ломаной «готики».

«Чтобы качественно распознавать любые тексты, не только старые, компьютеру мало уметь узнавать символы алфавита. Нужно обладать знаниями о морфологии языка, структуре слов, – рассказывает генеральный директор ABBYY Россия Григорий Липич. – Это необходимо и для исправления опечаток, встречающихся в текстах, и для уточнения архаичных выражений… А для этого опять-таки нужны исследования по морфологии старинных языков…»

Так у разработчиков из ABBYY появились партнеры – российские лингвисты из новосибирской компании ATAPY Software, которые создали специальные языковые модели для распознавания старых европейских языков. Они проанализировали 10 словарей и более 100 книг, изданных в периоде с 1750 по 1930 год, и загрузили в систему распознавания 159 новых грамматических моделей, не использующихся в современных европейских языках. В итоге на странице текста из 1856 символов средневековой печатной «готики» оказались не распознаны всего четыре. Иными словами, вероятность распознавания достигает 99,8 %!

Понятно, что за качество приходится платить. По оценкам Григория Липича, обработка 25 тыс. страниц стоит около 75 тыс. рублей. По мировым меркам вполне приемлемо. Тем более что программа способна помочь также экспертам, криминалистам, краеведам…

Связь на «сотах»

Телефон, точнее – его потомок, ныне часто именуемый мобильником, похоже, грозит перевернуть весь уклад нашей жизни. Ведь если еще лет семь – восемь тому назад человек, разговаривающий на улице по сотовому радиотелефону, вызывал жгучее любопытство, то сегодня все привыкли, многие сами имеют подобные штучки. А что будет завтра?

Истории свойственно повторяться? Впервые в мире слова по телефону, как известно, произнес 10 марта 1876 года американец Александер Белл. Однако сама по себе идея передачи звуков на расстояние была придумана не им, а вице-инспектором Парижского телеграфа Шарлем Бурселем. Случилось это еще в 1854 году.

После этого многие изобретатели пытались осуществить идею на практике. Так, например, немецкий учитель физики Иоганн Рейс 26 октября 1861 года продемонстрировал на заседании Физического общества в Франкфурте-на-Майне прибор, названный им «телефоном», что в переводе с латыни означает «далеко слышу». Однако, несмотря на название, расстояние, на которое был передан звук, составило всего лишь 100 м. Поэтому аппарат был воспринят как любопытная техническая игрушка. И заслуга Белла в том, что он из игрушки сделал действительно полезную вещь.

Весть о демонстрации в Америке телефона достигла России осенью 1876 года. Она весьма заинтересовала молодого изобретателя Павла Голубицкого – выпускника физико-математического факультета Петербургского университета. В своем доме Голубицкий оборудовал мастерскую-лабораторию, где производил разные опыты с электричеством. В том числе и телефонной связью.

От телефона Александра Белла до современного мобильника – такова эволюция средств связи

Спустя два года Голубицкий выступил перед московскими физиками с сообщением о разработанном им телефонном аппарате. Он же одним из первых в мире попытался провести опыты мобильной связи на железнодорожных поездах. Его переносной телефон, смонтированный в небольшом ящике, позволял при остановке поезда в любом месте быстро соединиться с ближайшей станцией. Для этого надо было лишь набросить провода на телефонную линию, идущую вдоль железнодорожного пути. Состоялись вполне успешные испытания этого изобретения, но и тут дальше опытов дело не пошло.

А потом случилась беда: в ночь на 16 марта 1892 года мастерская Голубицкого сгорела дотла. В огне погибли опытные аппараты, все оборудование, инструменты, чертежи, а также богатая библиотека по электричеству и телефонии. Многие тогда говорили, что мастерская была специально подожжена завистниками изобретателя. Так или иначе, но к опытам своим Павел Михайлович больше не возвращался, хотя и прожил после пожара еще 19 лет. И дальнейшие совершенствования телефона стали приходить к нам с Запада.

Похожая история получилась и с радио. В 1895 году А.С. Попов продемонстрировал первый радиоприемник, но массовым радио стал благодаря итальянцу Г. Маркони. Но тогда, быть может, наши соотечественники в создании радиотелефона смогли сказать свое веское слово? Давайте посмотрим…

«Алтай» и другие. Ныне мало кто помнит, что еще в 1918 году в армейские части связи начали поступать передвижные (на двуколках) радиостанции конструкции А.Л. Минца. Эти радиостанции применялись в конных армиях во время Гражданской войны и Варшавского похода. Между тем как в США первые радиофицированные полицейские автомобили появились лишь в 1921 году.

Но то были лишь узкоспециализированные системы, не доступные широкой публике. Такими, по существу, оставались они и в 30-х годах, и во время Второй мировой войны. Первая в мире система полностью автоматической мобильной связи была создана и запущена в эксплуатацию в Советском Союзе в 1957 году. И мы некоторое время были лидерами в этой области благодаря изобретению московского инженера Л.И. Куприяновича, который создал опытный образец носимого автоматического дуплексного мобильного радиотелефона ЛК-1 и базовую станцию к нему. Аппарат весил около 3 кг и имел радиус действия 20–30 км. В 1958 году Куприянович создал усовершенствованную модель весом 0,5 кг и размером с папиросную коробку. Но она осталась секретной.

Одновременно в том же году началась работа и над системой гражданской автоматической мобильной связи, названной «Алтай». В Воронежском НИИ связи (ВНИИС) были созданы абонентские станции (проще говоря, собственно телефоны) и базовые станции для связи с ними. Антенные системы были разработаны в Московском государственном специализированном проектном институте (ГСПИ). Кроме того, над системой работали специалисты Ленинграда, предприятия из Белоруссии и Молдавии.

Используя «Алтай», установленный в автомобиле, чтобы позвонить на другой мобильный аппарат или на обычный телефон, достаточно было просто набрать номер – как на настольном телефонном аппарате, без всяких переключений каналов или разговоров с диспетчером. В 1963 году система была запущена в опытную эксплуатацию в Москве. Партийные и хозяйственные руководители пришли от нее в восторг. Автомобильные телефоны появились в ЗИЛах и «Чайках» советского руководства, затем и на «Волгах» директоров важнейших предприятий.

Но «Алтай» не был полноценной сотовой системой. Первоначально один город вместе с пригородами обслуживался всего лишь одной базовой станцией с 16 радиоканалами. Для небольшого количества высших начальников этого первое время хватало. В системе использовался частотный диапазон 150 МГц – того же порядка, что и метровый диапазон телевидения. Поэтому антенна, установленная на высокой башне телецентра, позволяла обеспечить связь на расстоянии до десятков километров.

Аналогичная система в США, IMTS (Improved Mobile Telephone Service), была запущена в опытную эксплуатацию на год позже. А коммерческий ее запуск состоялся лишь в 1969 году. Между тем в СССР к 1970 году «Алтай» был установлен и успешно работал уже в 30, а потом и в 114 городах. Особые работы по модернизации оборудования провели к Московской Олимпиаде 1980 года. Базовая станция «Алтая» переселилась на Останкинскую телебашню. Начало поступать более современное абонентское оборудование – модернизированная система «Алтай-3М» показала себя с лучшей стороны.

После Олимпиады мобильная связь стала обеспечивать не только партийно-правительственные органы, военно-промышленный комплекс, но и городские службы Мосгортранса, Мосэнерго, скорой помощи, ГУВД… Всего же к началу 80-х годов число абонентов системы «Алтай» приблизилось уже к 25 тыс.

Однако, чтобы телефон без проводов стал массовым, требовалось дальнейшее развитие системы. И советские инженеры были вполне к тому готовы. Но дальнейшего развития системы так и не произошло. Почему? Говорят, тому было две причины. Во-первых, советское руководство и КГБ вовсе не жаждали, чтобы граждане СССР могли общаться между с собой из любого угла – тогда труднее было бы пресекать нежелательные слухи и известия. Во-вторых, руководство не понимало (и не хотело понять), какую финансовую выгоду несет мобильная связь. А когда спохватились – было уже поздно…

«Соты» пошли в массы. Рождение массовой сотовой связи относят к 1971 году. Именно тогда компания Bell System представила в Федеральную комиссию США по связи (FCC) описание архитектуры радиотелефонной связи, которая впоследствии и стала называться сотовой.

Первыми успехами удалось блеснуть специалистам компании Motorola (США). Один из родоначальников новых направлений телекоммуникаций – Мартин Купер, занимавший в начале 1970-х годов пост вице-президента компании Motorola, – предложил пути кардинального уменьшения размеров радиотелефона. И вот в 1973 году появился первый сравнительно небольшой радиотелефон. Купер сделал с него первый звонок коллеге-конкуренту из Bell Laboratories, сказав при этом: «Джоэл, я звоню тебе с первого в мире сотового телефона. Он у меня в руках, а я иду по нью-йоркской улице».

Столь привычные современному пользователю аналоговые сотовые сети начали создаваться в начале 80-х годов во многих странах Европы на базе унифицированного оборудования стандарта ММТ-450 и в США – на базе стандарта AMPS. Именно им в ту пору суждено было принять на себя основную часть подвижных абонентов во всем мире.

В 1982 году возникла группа экспертов подвижной связи GSM (Group Special Mobile), которая приступила к разработке нового цифрового стандарта сотовой связи. И сегодня мы имеем еще одну широко распространенную расшифровку аббревиатуры GSM: Global System for Mobile Communications (глобальная система подвижной связи). В одном физическом радиоканале в GSM реализовано 8 логических каналов связи, каждым из которых может пользоваться отдельный абонент. Одна базовая станция может поддерживать максимально 16–20 радиоканалов.

А телефон все продолжает совершенствоваться. Компания Samsung Electronics, например, недавно ухитрилась скрестить сотовый телефон с телевизором. Получившийся гибрид, нареченный создателями SCH-M220, – первый в мире телефоновизор, или телевизорофон, кому как больше нравится. Он работает от трехвольтового аккумулятора и позволяет разговаривать и смотреть телевизионные программы без дополнительной подзарядки три часа.

Недостатки и достоинства «мобилы». И все, казалось бы, хорошо. Да вот беда: эксперты почему-то прогнозируют скорый закат этого средства связи. Почему? Причин тому несколько.

Скажем, профессор Ясского технического университета из Румынии Д. Антохи полагает, что мобильники следует запретить хотя бы уже потому, что они… пугают птиц. «Птицы, обладающие повышенной чувствительностью к электромагнитному фону, весьма болезненно реагируют на излучение, исходящее как от самих телефонов, так и от приемо-передающих антенн, – поясняет профессор. – И покидает насиженные места, предпочитая вить гнезда за городской чертой. Так что в городе в скором времени может вообще не остаться птиц».

Кроме того, полагают экологи, люди хоть и не птицы, но на них электромагнитные сигналы тоже действуют не лучшим образом. Исследования, проведенные английскими медиками, показали, что у тех людей, кто очень часто пользуется мобильником, ухудшаются память, сообразительность и даже зрение, могут возникнуть онкологические заболевания.

Но главное, как ни странно, все-таки не это. В конце концов, техника не стоит на месте, и вскорости подобные паразитные помехи будут сведены к минимумы. Скорее всего, мобильник сам себя и погубит.

На смену ему постепенно приходят смартфоны. В них стараются впихнуть все – связь, ТВ, Интернет, фото– и видеокамеру… Некоторые футурологи полагают, что уже к середине нынешнего века подобные устройства будут выдаваться каждому уже в родильном доме и сопровождать человека пожизненно вместе с постоянным телефонным номером. Носимый на руке, подобно часам, такой прибор будет, кроме всего прочего, выполнять и роль этакого «черного ящика», то есть фиксировать основные параметры жизнедеятельности организма хозяина, передавая в случае необходимости их непосредственно на станцию скорой помощи вместе с координатами местонахождения хозяина. Кроме того, терминал будет иметь экстренную кнопку вызова помощи, передающую сигнал непосредственно в полицию, если вдруг на человека нападут грабители.

Правда, некоторые социологи говорят, что подобные браслеты открывают путь к тотальному шпионажу за каждым. Ну тут уж каждого есть выбор. Ведь, выходя из дома, вы можете и не брать смартфон с собой. Но вот будет ли вам самому это удобно?

Ренессанс радио

Вот уже более 100 лет мы живем в мире радио. В 1895 году А.С. Попов продемонстрировал первый в мире радиоприемник, и с той поры вся планета и ее окрестности купается в невидимых волнах эфира, слушая «шепот с небес». Правда, последние десятилетия «газета без бумаги и расстояний» вроде бы уступила первенство телевидению и Интернету. Но это вовсе не значит, что радио окончательно сдало свои позиции.

По своей природе радио оказалось весьма уместным как раз сейчас, в постиндустриальную эпоху, когда многие средства массовой информации переживают кризис. То же телевидение сплошь и рядом перестает быть центральным. В США народ смотрит сотни местных региональных каналов кабельного ТВ, а не центральное.

В торговле массмедиа произошло то же самое, что и в торговле ширпотребом. Как только рынок более-менее насытился, люди тут же перестали покупать пальто и костюмы «как у всех». Теперь каждый ищет что-то особенное. И промышленности пришлось с этим смириться – от массового пошива она перешла к выпуску изделий небольшими партиями. А в будущем, говорят, компьютеризованная технология позволит выполнять и индивидуальные заказы.

Нечто похожее, повторим, происходит и в торговле информацией. Газеты резко потеряли тиражи, зато количество самых разных газет резко выросло. Появилась масса специализированных журналов, которые тем не менее находят свою нишу, своего читателя на переполненном рынке.

Будущее радио видят в развитии так называемого сотового вещания

Этот кризис коснулся и радио с телевидением. Многим уже мало 6 главных российских каналов, люди предпочитают платить за пользования «тарелками», кабелями, но смотреть большее количество программ, чтобы иметь возможность выбора.

То же, кстати, происходит и с радио. Несмотря на огромное количество небольших местных радиостанций, вещающих в FM-диапазоне, рынок этот, по мнению специалистов, еще далек от насыщения. Будущее они видят в развитии так называемого сотового радиовещания.

Радио будет выдавать информацию своим клиентам по их запросу. Две компании – «Сириус» в Нью-Йорке и «Экс-Эм» в Вашингтоне – предлагают каждому автомобилисту подписаться на первое в мире спутниковое радио. Оно будет иметь 100 каналов и качество звука, как у компакт диска. Причем все 100 каналов будут одинаково хорошо слышны и в глубоком каньоне Колорадо, и в каменных джунглях Нью-Йорка, и в пустынях Нью-Мексико. Основными среди этих каналов станут музыкальные. Среди прочего есть также международная программа Би-би-си, Си-эн-би-си, новостные каналы и юмористические передачи. Говорят, что такое удовольствие будет стоить 10 долларов в месяц.

Компании, конечно, рискуют, поскольку самые оптимистические расчеты показывают: лишь 10–20 % автомобилистов подпишутся на спутниковое радио. Между тем «Сириус» уже вложил в дело 1,5 млрд долларов, а его партнер-конкурент – 1,1 млрд долларов… Затраты, как видите, немалые. Окупятся ли они? Финансисты в этом не уверены. Тем не менее на орбиту уже запущено свыше десятка специализированных спутников и построены 160 огромных студий звукозаписи и центров трансляции. Их владельцы полагают, что если по дорогам Америки бегают ныне 200 млн автомобилей и каждый год их число возрастает на 4 млн, то даже если всего 1 % их владельцев подпишется на сотовое радио – доход от бизнеса составит около 250 млн долларов год.

И это лишь первый шаг. Далее, компании предполагают дать своим слушателям возможность прямо в автомобиле получать и передавать по сотовым каналам электронную почту, заказать любую нужную информацию, а также купить любую нужную, равно как и ненужную вещь. Единственное, что смущает некоторых экспертов, так это такой вопрос. Если в 2 млн автомобилей, идущих по скоростным шоссе по скоростью 75 км/ч, женщины, сидя за рулем, начнут покупать наряды и украшения, насколько увеличится число автомобильных аварий?

Возможности видеофона

«Лучше один раз увидеть, чем сто услышать», – гласит известная русская пословица. Наверное, именно поэтому инженеры издавна пытались передать на дальние расстояния не только текст или голосовое сообщение, но и изображение. И, рассказывая о далеком и счастливом будущем, фантасты непременно указывали, что люди тогда будут не только слышать, но и видеть друг друга при телефонном разговоре. И вот, похоже, это счастливое время наступило. Причем сразу в четырех вариантах…

По обычным проводам. Специалисты знают: современные видеотелефоны (или видеофоны) по типу подключения можно разделить на использующие обычные телефонные линии, широкополосные каналы связи, сотовых сети и спутниковые системы.

Начнем с самого архаичного видеофона, для установки которого требуются лишь телефонная и электрическая розетки. На российском рынке самым распространенным устройством такого типа является видеоприставка к телефону Beamer от Vialta Inc. Она подключается напрямую к телефонной линии, а телефонный аппарат подключается уже к ней. При передаче видеоизображения используется тот же принцип, что и в факсе, только встроенный в приставку модем позволяет передавать данные с большей скоростью – до 33 Кбит/с.

Получение изображения осуществляется веб-камерой, которое передается с частотой не более 15 кадров в секунду и воспроизводится на 3,5-дюймовом ЖК-дисплее. При входящем вызове сначала на экране появляется изображение вызывающего абонента. Вызываемый по своему усмотрению может или отклонить, или принять вызов, причем сам он может включить свою камеру или «спрятаться» за набором фоновых заставок. Во время разговора на экране может отображаться либо один собеседник на всем экране, либо оба сразу, деля экран пополам.

Связь с помощью Интернета. Интернет, широко разбросавший свою сеть по всему миру, позволил внедрить в широкую практику еще одну возможность передачи звука и изображения, так называемую IP-видеотелефонию. Достаточно добавить в ваш компьютер несложную программу, обзавестись веб-камерой и микрофоном, и вот уже становитесь полноправным участником видеоконференции, члены которой могут находиться на разных континентах земного шара.

Схематически такая связь может выглядеть, например, так. Программное обеспечение CallManager, работающее под управлением сервера Windows 2000, при поступлении сигнала вызова определяет наличие оборудования для видеосоединения, выбирает оптимальную скорость, которая колеблется от 128 Кбит/с до 4,5 Мбит/с, и устанавливает видеоконференцсвязь.

Оборудованием для такого разговора может быть IP-видеотелефон, простой IP-телефон в совокупности с компьютером и цифровой камерой, а могут быть и так называемые комнатные системы, к которым могут подключаться дополнительные микрофоны, дисплеи и другие периферийные устройства с весьма приличным качеством передачи видео и звука.

Сотовые сети. Мобильные видеофоны, работающие в сотовых сетях, тоже теперь используются для передачи не только текста, звука, но и изображения. К сожалению, пропускных способностей сетей GSM не хватает для двухсторонней передачи видеоизображения, поэтому широкое хождение такие аппараты имеют только в странах с хорошо развитыми сетями третьего-четвертого поколений – например, в Японии.

Специально созданный для этой услуги видеофон F2102V серии РОМА внешне практически не отличается от привычного мобильника, разве что в нем две цифровые камеры. Внешняя предназначена для фото– и видеосъемки, а внутренняя, имеющая чуть худшие характеристики, – только для съемки владельца. Стандарт W-CDMA или UMTS позволяет пересылать данные со скоростью до 384 Кбит/с, благодаря чему стала возможна передача видеоизображения в реальном времени.

Видеотелефон уже не роскошь…

В Москве в конце 2003 года начала работу первая российская сотовая сеть нового поколения Skylink. Она работает в стандарте CDMA-2000, который обеспечивает скорость передачи данных до 153,6 Кбит/с. А в дальнейшем скорость передачи данных для сетей CDMA-2000 может быть увеличена до 2,4 Мбит/с и т. д.

Связь через спутник. Видеотелефонию теперь можно использовать и там, где еще нет ни одной сотовой базовой станции или Интернета. Современный спутниковый видеофон представляет собой ноутбук с внешней или встроенной видеокамерой, помещенный в прочный, защитный чемоданчик. В этом же чемодане обычно размещается и раскладная спутниковая антенна. Все вместе весит около 10 кг.

Система является законченным коммуникационным устройством, которое может работать не только через спутниковую связь, но и, как правило, имеет адаптеры практически под любые сетевые подключения. Скорость передачи данных при работе через спутник достигает 128 Кбит/с, что позволяет транслировать видео с приличным качеством.

Однако поначалу подобные устройства воспринимались как своего рода «шпионские игрушки», пока в 2001 году CNN в прямом эфире не показала освобождение пилотов американского самолета-разведчика, задержанного на китайской военной базе. После этого подобными системами обзавелись все уважающие себя телекомпании.

Может использоваться видеотелефония и, скажем, в качестве «скорой помощи». Квалифицированный врач, исходя из полученной видеоинформации, в реальном времени может проконсультировать менее опытного коллегу.

Трехмерное кино

Говорят, когда в 1895 году братья Люмьер показали первую короткометражку «Прибытие поезда», зрители бежали из зала, боясь, что поезд сойдет с экрана и их задавит. Сегодня искушенного зрителя на мякине не проведешь. Ему подавай виртуальные спецэффекты, стереозвук и цветное объемное изображение. Новым витком эволюции кинематографических технологий стала разработка так называемого трехмерного кино 3D-формата. Какова его история, возможности и перспективы?

Эффект стереоскопии. Чтобы разобраться в сути дела, нам придется начать несколько издалека.

Подавляющее большинство людей смотрят на мир двумя глазами. Причем изображение, видимое правым глазом, несколько отличается от того, что фиксирует левый глаз. Ведь между ними есть определенное расстояние – примерно 62–76 мм. Благодаря этому обстоятельству в мозгу наблюдателя и создается впечатление объемности увиденного им.

Фотоаппарат же, кино– или телекамера смотрят на мир единственным глазом-объективом, в результате чего и фиксируемое ими изображение выглядит на экране плоским.

Стереокино скоро придет в каждый дом

Понятное дело, изобретатели неоднократно пытались и в кино воспроизвести стереоскопическое, объемное изображение. Для получения иллюзии объемности плоского фотографического изображения в кино необходимо, чтобы с одних и тех же объектов одновременно производились по два снимка, получаемые при помощи двух объективов, удаленных друг от друга примерно на такое же расстояние, как и наши глаза. Обычно эти два изображения (правое и левое) снимаются или на две отдельные пленки, или на одну так, чтобы на каждом кадре имелось по два изображения, расположенные рядом.

Шаги истории. Способ оптического совмещения предполагает, что на экран одновременно проектируются оба снимка (правый и левый) так, чтобы они были расположены рядом, но отдельно друг от друга. Эти снимки рассматриваются зрителями через специальные стереоочки, приспособленные для каждого места зрительного зала. С их помощью оба изображения совмещаются в одно и вызывают у зрителя впечатление объемности.

Однако громоздкость приборов показа и просмотра, необходимость регулировать очки во время сеанса, а также появление, помимо основного изображения, двух «паразитных» создавали значительные неудобства для зрителей. А потому и способ широкого распространения не получил.

Способ анаглифов был изобретен в 1858 году. На экране опять-таки показывают два изображения (правое и левое), наложенные друг на друга. Одно из этих изображений (например, правое) печатается на позитивной цветной пленке, скажем, красным цветом, а другое (левое) – цветом, дополнительным к первому (к примеру, зеленым). Зрители рассматривают эти цветные изображения через особые очки (анаглифы), в которых против каждого глаза находится цветное стекло противоположного цвета (например, для правого глаза – зеленое стекло, а для левого – соответственно, красное).

Зеленое изображение левого кадра через зеленое стекло окажется невидимым, и поэтому правый глаз будет видеть через него только красное изображение правого кадра (через зеленое стекло оно покажется черно-белым). Левый глаз по тем же причинам увидит только зеленое изображение левого кадра. В результате опять-таки получается иллюзия стереоскопичности.

Основным недостатком этой системы является чрезмерная утомляемость глаз. Кроме того, таким способом невозможно демонстрировать цветные фильмы.

Способ последовательной обтюрации был предложен американским изобретателем Е. Дуайеном в конце XIX века. На экране последовательно показываются кадры, снятые то левым объективом, то правым. Зрители опять-таки смотрят на экран через специальные очки, имеющие особый механизм, работающий синхронно с проектором и попеременно закрывающий особой заслонкой то левый, то правый глаз, так что зритель видит каждый кадр только одним глазом – именно тем, для которого этот кадр и предназначен. Недочет этого способа – необходимость снабжать каждого зрителя очками с заслонками.

От очков к растру. Поскольку далеко не всем зрителям нравится смотреть на экран через очки, с большим интересом было встречено безочковое стереокино, где изображение разделяется не у глаз зрителя, а у растрового экрана.

Простейшая схема здесь такова. Левое и правое изображения от двух проекторов проходят через решетку, состоящую из узких непрозрачных полос и просветов между ними. Изображения частично задерживаются непрозрачными полосками, а частично проходят между ними и падают на экран. Таким образом, на полотне экрана сзади растра видны изображения для правого и левого глаза, состоящие из отдельных, чередующихся между собой узких полосок. Зритель, находящийся перед экраном, должен найти для себя такое положение, при котором полоски растра будут перекрывать для правого глаза полоски изображения, предназначенного для левого глаза, и, наоборот, левый глаз не будет видеть полоски правого изображения. В таком положении каждый глаз будет видеть только «свое» изображение, и зритель получит иллюзию стереоскопичности.

Но и тут есть свое неудобство: в течение всего сеанса зритель должен был сохранять полную неподвижность, иначе эффект объема тут же терялся. Однако попробуйте высидеть полтора часа, не шевелясь…

Поэтому в дальнейшем для расширения так называемой зоны стереоскопического видения перед экраном стали ставить не параллельные решетки, а радиальные, полосы которых сходятся в одной точке, лежащей внизу за пределами экрана (перспективный растр). Придавая растру известный наклон по отношению к экрану, изобретатели сумели настолько расширить зону стереоскопического видения, что подобные растровые стереоэкраны оказалось возможным использовать с кинозалах обычного типа.

Иванов и другие. Особенно преуспел в этом советский изобретатель С.П. Иванов, который совершенно самостоятельно разработал оригинальную безочковую систему стереокино. Вся хитрость его изобретения заключалась в том, что Семен Иванов сделал размеры непрозрачных полос и просветы между ними настолько малыми, что они были не видны зрителям.

Первый стереоэкран Иванова был построен в 1938 году в НИКФИ. Второй экран был установлен в кинотеатре «Москва» (ныне – Дом кино Ханженкова) и состоял из огромного количества тонких проволочек, покрытых черной эмалью и натянутых радиально на прочную раму. Полезная площадь растрового экрана – 3×5 м; экран имел 30 тыс. тонких проволочек. Собранные в отдельные группы, эти проволочки образовывали узкие непрозрачные полосы растра.

Съемка для такого стереофильма производилась обычной камерой со специальной насадкой, состоящей из двух зеркал, заменяющих два объектива. Стереонасадка давала на одной пленке два изображения (стереопару) каждого кадра (левое и правое), расположенные рядом.

В 1941 году, перед самой войной, по инициативе С. Иванова был осуществлен переход на новый стандарт стереокадра, увеличивший площадь кадра в 1,5 раза за счет использования пленки без перфорации. Это позволило создать вполне комфортное условия для просмотра стереофильмов каждому из 200 зрителей в зале.

Однако громоздкость аппаратуры, сложность ее настройки и обслуживания не позволили сделать стереокино массовым. И в конце своей жизни, в середине 70-х годов XX века, С.П. Иванов стал отдавать предпочтение голографии, полагая, что именно с ее помощью кино действительно обретет объем.

Эстафету подхватил тогдашний директор НИКФИ профессор В.Г. Комар и его коллеги. В 1974 году ими были разработаны принципы голографического кинематографа, и уже через пару лет на конгрессе Международного союза кинематографических организаций в Москве наши специалисты продемонстрировали первый голографический двухминутный ролик. Трехмерные изображения как бы выходили из экрана, двигались в любом направлении. Несколькими годами позже группа профессора Комара решила проблему цвета, и в 1984 году было снято несколько коротких голографических фильмов с цветным трехмерными изображениями. Но…

Во-первых, сами по себе голографические изображения были весьма ненасыщенными, напоминали этаких «кинопризраков». Во-вторых, несмотря на многочисленные обещания, создать установку, которая бы создавала голографическое изображение для целого зала, а не для четырех человек, как это было в эксперименте, изобретателям так и не удалось.

В общем, с началом перестройки финансирование работ по голографическому кино было прекращено. И возобновились только к концу 90-х годов XX века. Наши специалисты совместно с корейцами разработали новую экспериментальную систему ЗD-телевидения с голографическим экраном. Она основана на иных принципах, нежели голографический кинематограф, и позволяет снимать на открытых площадках, где большие объекты не могут быть освещены лазерным светом. Однако до кинозалов эта технология еще не добралась.

IMAX-чудеса. Таким образом, кинопрокатчикам волей-неволей пришлось остановиться на очковом стереокино как наиболее простом в массовом обслуживании. Пик киношного стереобума за рубежом пришелся на 50-е годы прошлого столетия. На экраны выходили десятки трехмерных хитов. Среди них, например, «Дьявол Бвана» (1952) Арча Оболера, в котором герои сражались со стереоскопическими львами-людоедами, «Музей восковых фигур» (1953) Андре де Тота, триллер Альфреда Хичкока «В случае убийства набирайте “М”» (1954)…

Но и иностранцы ничего не смогли поделать со сложностью и капризностью оборудования, требуемого для показа объемного кино: серебряные экраны, поляризованные стекла, двойные синхронизированные проекторы – все это требовало немалых денег. Лишь после того, как в 70-х годах группой канадских ученых был разработан новый трехмерный формат IMAX, объемное кино получило реальный шанс стать действительно популярным.

Формат IMAX впервые продемонстрировали на выставке «Экспо-70» в Осаке. А первый кинотеатр «Киносфера» был построен уже через год в Торонто. Однако вплоть до конца прошлого века этот формат не мог похвастаться широким распространением опять-таки из-за своей дороговизны. Но потом владельцы кинотеатров решили рискнуть, и ныне в мире насчитывается уже около 300 кинотеатров, работающих в формате IМАХ.

Эффект изображения прежде всего в огромном, высотой с семиэтажный дом, экране размерами 24×30 м и массой до 1,5 т. Это необходимо для получения высокого качества изображения, которое зрители видят через линзы очков при проекции 3D.

Вторая составляющая эффекта – в пленке. Известно, что чем больше площадь кадра на кинопленке, тем выше качество изображения. Кадр технологии IMAX в 10 раз превышает классическую 35-миллиметровую пленку и в 3 раза – стандартную 70-миллиметровую, поскольку кадры в данном случае расположены не поперечно, а продольно. Поэтому изображение может проецироваться на гигантский экран и при этом поддерживать исключительное разрешение, яркость и контрастность изображения. Причем для фильмов 3D используются две копии кинопленки, которые демонстрируются синхронно: одна – для левого глаза, другая – для правого.

Но самое главное в трехмерном кинематографе – это, разумеется, очки нового поколения. В них используется технология на жидких кристаллах. Инфракрасные сигналы спецаппаратуры управляют жидкокристаллическими линзами очков, обеспечивая чередование открытия и закрытия поляризационных линз на каждом из окуляров, создающих таким образом трехмерный эффект.

Остается только предположить, что совсем скоро, придя на сеанс в кинотеатр, мы сможем не только увидеть и услышать героев картины, но и понюхать, чем они благоухают. Администрация некоторых кинотеатров вполне всерьез поговаривает о том, что для пущего эффекта готова установить дополнительное оборудование, чтобы насыщать зал по мере разворачивания сюжета еще соответствующими запахами. Попали герои в сад, по залу тут же разносятся цветочные ароматы, вышли в море – на зрителей повеяло свежим бризом…

Быть богом все же трудно… И все-таки даже технология IMAX не дает эффекта полного участия кинозрителя в демонстрируемом действе. Все равно остается эффект «невсамделишности» всего происходящего.

Так что же, finita la comedia? Давайте не будем торопиться с окончательными выводами. История науки и техники не раз доказывала, что кажущийся тупик может обернуться лишь крутым поворотом в развитии данной отрасли.

В данном случае, возможно, кинематографистов могут выручить опять-таки… очки. Только на сей раз они будут совсем уж необычными.

Так, недавно компания Hewlett Packard представила свою очередную новинку. На первый взгляд это были обыкновенные очки, только сверхмодной формы. Однако при внимательном рассмотрении новинки видно, что перед вами своего рода «третий глаз».

Помните, в романе братьев Стругацких «Трудно быть богом» главный герой Румата все время носит на голове обруч с драгоценным камнем? На самом деле камень представляет собой объектив, а сам обруч – мини-телекамеру, которая непрерывно транслирует изображение через спутник наблюдателям. И они таким образом видят все, что видит и сам Румата.

Примерно такую же технику хотят внедрить в наш быт и специалисты. «Нужен принципиально иной подход к технике съемки», – считают авторы разработки Фил Читл и Дэвид Слаттер. Они предлагают как любителям, так и профессионалам использовать постоянно включенную миниатюрную камеру, вмонтированную в очки.

Таким образом, решаются сразу две проблемы. Камера смотрит туда же, куда и ее владелец. А значит, видит все самое интересное одновременно с вами. И никогда не пропустит важное событие, поскольку всегда включена.

Впрочем, сама по себе идея не новая, внимание заслуживает подход, с которым инженеры подошли к решению проблемы в данном конкретном случае. Полученное с мини-камеры изображение записывается сразу на два жестких диска, которые размещены в специальном футляре, закрепленном на поясе оператора. На один фиксируются фотографии с частотой 7 кадров в секунду, а на другой – VGA-видеозапись со скоростью 30 кадров в секунду.

Запись может вестись в постоянном режиме, а может и с использованием кнопки «Интересно». В этом режиме на жесткие диски постоянно пишутся и периодически стираются последние 20 секунд фотосъемки и 5 минут видео. Если в этот момент происходит что-то значимое, оператор нажимает красную кнопку, и изображение сохраняется.

Затем отснятый материал перегружается в компьютер, программа которого автоматически помечает плохие кадры и по желанию может их затем пропустить при просмотре. В результате от часовой съемки остается всего несколько минут, но зато это будут самые лучшие и интересные моменты.

О серийном производстве подобных устройств речь пока не идет. Тем не менее результаты проделанной работы уже сейчас позволяют нам заглянуть в будущее. Ведь вместо одного объектива в такие очки несложно вмонтировать и парочку – по одному на каждый глаз. И они будут смотреть на мир точно в том же ракурсе, как и их обладатель собственными глазами. Отснятое изображение затем будет отредактировано, смонтировано в соответствии с сюжетом и замыслом режиссера, подготовлено для просмотра в стереорежиме.

Аналогичные очки, кстати, могут решить и проблему проекции объемного изображения для каждого зрителя. Вспомните еще одну новинку нашего времени. Ныне пилотам сверхзвуковых самолетов-перехватчиков нет необходимости смотреть на приборную доску. Вся необходимая информация высвечивается у них прямо перед глазами – специальная камера транслирует изображение прямо на прозрачное забрало летного шлема или на светофильтры специальных очков.

Причем зачастую изображение это адаптивное. То есть оно меняется по мере того, как пилот поворачивает голову. Скажем, взглянул он направо, и бортовой компьютер тут же услужливо показывает ему то, что радар видит именно справа от самолета.

Нечто подобное, вероятно, может предложить технология XXI века и для зрителей. Вот только захотят ли оснащать подобными шлемами владельцы кинотеатров целые залы? Оборудование дорогостоящее, между тем неизбежны его порчи и кражи. Иное дело, если кто-то захочет приобрести подобное устройство для своего личного, домашнего кинотеатра…

Но эта проблема, согласитесь, уже не техническая.

Киберболезнь не дремлет. Есть и еще одна проблема, касающаяся 3D-эффекта. О том, что с эффектом псевдообъемности далеко не все ладно, американский исследователь Том Плантида заподозрил еще в 1993 году, когда в институте, где работал ученый, проводили тестирование новых очков для видеоигр от компании Sega.

Прибор был снабжен маленькими экранчиками, на которых непосредственно перед глазами пользователя появлялись трехмерные изображения. При повороте головы картинка менялась, что создавало полный эффект присутствия в виртуальном мире. Казалось, что данная технология обречена на успех. Однако многие геймеры вдруг стали заявлять, что их тошнит от игры в прямом смысле слова.

Стали разбираться, в чем тут дело. Как выяснилось, смена кадров слегка отставала от движений головы игрока. Это приводило к тому, что человека начинало укачивать. «Симптомы морской болезни не заставляли себя долго ждать», – вспоминает ученый. В итоге очки были положены на полку и благополучно забыты.

Однако теперь все мы рискуем оказаться как бы в штормящем море, сидя в кинотеатре или у экрана телевизора. С развитием 3D-технологий проблема запаздывания картинки была решена, однако у людей по-прежнему возникают неприятные ощущения. Работы Джуди Барретт из Института военно-прикладных исследований Австралии в 2004 году показали, что просмотр стереокино может вызвать особое функциональное расстройство – так называемую киберболезнь. Основные ее симптомы – напряжение глаз, нарушение ориентации в пространстве, тошнота и рвота. Причина – сенсорный конфликт между частями зрительного аппарата.

Оказывается, когда мы рассматриваем, скажем, страницу с текстом, ваши глазные яблоки слегка поворачиваются вовнутрь, позволяя вам четко видеть вблизи. В тот же момент хрусталики глаз меняют свою кривизну, чтобы передать изображение на сетчатку. Мозг человека привык к тому, что оба этих движения осуществляются одновременно и согласованно друг с другом.

А что получается, когда вы, сидя в кинотеатре, видите приближающийся трехмерный объект? Глазное яблоко поворачивается, но кривизна хрусталика остается неизменной; ведь, чтобы картинка не расплывалась, глаз должен по-прежнему фокусироваться на плоскости экрана.

В итоге, как выяснили исследователи, до 10 % людей вообще не в состоянии правильно совместить две плоские картинки в одну объемную. Но это еще полбеды – как раз эти люди меньше всего рискуют заполучить кибернедуг. А вот другие 20 % зрителей при просмотре изображений 3D-формата могут столкнуться с неприятностями. У некоторых начинает двоиться в глазах, многих начинает тошнить, и все отмечают утомление зрения.

Так что будьте осторожны, не рвитесь на просмотры 3D-фильмов. «Аватар», конечно, интересен, мода модой, но здоровье дороже…

Новинки телевидения

Недавно мировые СМИ распространили весть: правительство Японии приняло решение начать работы по созданию и внедрению в стране к 2020 году трехмерного телевидения. «Видеть объемное изображение можно будет с любой точки, при желании вы даже может зайти за спину телегероям!» – восхищаются корреспонденты возможностями новинки.

Однако насколько свежа такая сенсация? Какие суперидеи и разработки положены в ее основу? Давайте попробуем разобраться…

Сотовое телевидение? Домашние кинотеатры, имеющие экран в полстены, стереофонический звук и исключительную четкость изображения мало-помалу перестают уже удивлять. Еще одна новинка современного телевидения – создание так называемой сотовой сети телевещания во многих крупных городах Европы и Америки. Зачем? Ведь у нас уже есть множество каналов обычного телевидения. Есть телевидение спутниковое, кабельное. К чему еще сотовое?

Оказывается, и спутниковое, и кабельное, и обычное телевидение экономически целесообразны, если вещание ведется сразу на большое количество абонентов. Причем в подобных системах потребителю, по сути, навязываются те или иные программы. Однако времена, когда зрители млели у крошечного экрана телевизора КВН, что бы по тому не показывали, давно прошли. Сегодня пользователи хотели бы получать только ту информацию, которая им нужна.

Иными словами, в идеале зритель хотел бы сам выбирать программу, а не терпеть навязанную каналом. Предоставить каждому отдельный видеоканал практически невозможно. Но сотовое телевидение в какой-то мере может решить проблему индивидуальных запросов абонента.

В основе сотового телевидения лежит принцип вещания маломощными передатчиками в малых зонах. Обслуживаемую территорию разбивают на отдельные сегменты (соты) с размерами, равными радиусу действия передатчика (5–6 км).

Трехмерное телевидение все шире входит в быт

Выходная мощность передатчиков не превышает нескольких десятков ватт, что вполне достаточно для приема на малогабаритные антенны. Диапазон частот – десятки гигагерц. Это намного выше, чем у эфирного телевидения. На таких частотах устойчивая работа приемника возможна и при настройке на многократно отраженный сигнал. Поэтому отпадает необходимость в прямой видимости базовой станции.

Изюминка же сотовых систем в том, что они, в принципе, позволяют организовать и обратный информационный канал от абонента к головной станции. В результате на основе сетей сотового ТВ можно развернуть различные интерактивные системы, прямой доступ к которым возможен с терминала каждого абонента. Например, вы можете получить персональную телепрограмму, включающую лишь интересующие вас передачи, отсекая при этом все ненужное в них (в том числе и надоедливую рекламу), получать информацию по запросу и решать массу других задач. Важно и то, что к абонентскому оборудованию может быть подключен компьютер, факсимильный аппарат, цифровой телефон…

В России сотовым ТВ активно занимается группа компаний «МТV-Информ». Два года назад фирма заключила договор с бывшим оборонным предприятием «Импульс» на разработку и выпуск соответствующего оборудования. В Москве уже проводились первые опытные передачи сотового телевидения.

«Тройная игра». А вот вам еще одна разновидность телевидения ближайшего будущего – мобильное ТВ. Оно основывается на использование сотовых телефонов или мобильников нового поколения, снабженных дисплеями увеличенного размера.

Новая система предусматривает одновременную передачу телевизионных, радио– и звуковых каналов в цифровом виде, включая «скачивание» данных из Интернета. Таким образом, мобильный телефон превращается в многофункциональное устройство.

Насколько это будет удобно пользователям и выгодно продавцам информационных услуг, и те и другие пытаются понять в ходе эксперимента, который затеян ныне в Австралии. По словам исполнительного директора «Телстра» Холли Крамера, в проекте примут участие более 1000 жителей Сиднея, которых компания бесплатно снабдит мобильными трубками стандарта DVB-H.

В ходе эксперимента длительностью в год специалисты надеются досконально изучить технические аспекты передачи нового типа электромагнитных импульсов в городских условиях, а маркетологи – оценить, насколько быстро это новое чудо инженерной мысли сумеет завоевать сердца жителей Зеленого континента, а затем и всего мира.

Стандарт DVB-H был утвержден в 2004 году Европейским институтом по телекоммуникациям. Говорят, он имеет определенные преимущества перед нынешними системами, особенно по части связи на большие расстояния. Так, скажем, телефония через Интернет обходится дешевле обычной спутниковой связи.

Цифровое ТВ в нашем отечестве. К сказанному выше остается добавить, что и наши телевизионщики не стоят на месте. Уже неоднократно сообщалось о том, что в России вот-вот начнется массовое телевещание в цифровом формате. Сдерживает его во многом тот факт, что очень многие семьи в нашей стране имеют аналоговые телеприемники и покупать новые, более дорогие цифровые телевизоры пока не имеют возможности.

В конце концов, недавно Минкультуры и Мининформсвязи России пришли к согласию о том, что «приставки к телевизорам для приема цифрового сигнала должны выдаваться населению бесплатно». Об этом сообщил заместитель руководителя управления телерадиовещания Роспечати Виталий Стыцко, выступая на пресс-конференции, посвященной будущему переходу телевидения в России на цифровой формат. Он сказал, что приставками, стоимостью от 50 до 100 долларов, предстоит обеспечить около 50 млн семей.

Но зато, как отметил представитель ВГТРК Валентин Хлебников, переход на цифровое вещание, прежде всего, позволит решить проблему информационного неравенства граждан России. По его данным, сейчас только 60 % российских семей могут принимать больше 3 телепрограмм, а в 30 тыс. населенных пунктов из 150 тыс. вообще нет телевидения. Цифровой формат даст новые возможности доставки телевизионного сигнала и удешевит ее.

Со своей стороны, замдиректора Московского телевизионного института Константин Быструшкин отметил, что переход на цифровое вещание дает отечественной промышленности уникальный шанс радикального обновления, так как в стране со временем придется заменить примерно 90 млн аналоговых телевизоров.

Объемное ТВ. Итак, аналоговое телевидение с привычными трубками-кинескопами уже отжило свой век. В конце прошлого столетия на смену им пришли новые – жидкокристаллические и плазменные экраны.

А совсем недавно японцы выпустили в продажу цифровой телевизор нового поколения – на основе токопроводящего пластика. И хотя цена новинки пока около 5000 долларов, эксперты уверены: через несколько лет такие дисплеи станут вполне доступны. Их же преимущества перед ЖК-мониторами и плазменными панелями очевидны уже сейчас – это яркость и насыщенность картинки, хорошая передача цвета, низкое энергопотребление. При этом толщина упомянутого японского телевизора не превышает одного миллиметра! В идеале такой экран можно свернуть в рулон. Или наклеить «электронную бумагу» на стены подобно обоям.

И это еще не все. Наряду с домашними кинотеатрами, которые вскоре будут иметь настенные экраны практически неограниченных размеров, заменяя ковры и обои, все большее распространение получат телевизоры, дающие объемное изображение.

Исследователи полагают, что именно трехмерные «телики» станут самыми востребованными в ближайшем будущем. И хотя это будет не абсолютное трехмерное изображение, у зрителя все же возникнет ощущение объемности. Люди как бы заглянут в глубину экрана.

Эти телевизоры сделаны на том же принципе, что и открытки с трехмерными картинками. Телеэкран будет транслировать девять изображений одной сцены, но под разными углами, что обеспечит устойчивое восприятие объемности, даже если человек будет пересаживаться с места на место.

Такие телевизоры в течение ближайших 5 лет предполагается установить в аэропортах и торговых центрах, чтобы люди привыкали к объемному изображению. Ориентировочная цена первых стереотелеприемников будет около 3000 долларов. Отчасти это обусловлено тем, что для трехмерного телевещания понадобится еще и снимать специальные программы в трехмерном формате.

В дальнейшем системы объемного телевидения позволят создать шлем, надев который телезритель не только увидит объемное изображение и услышит стереозвук, но будет также ощущать в зависимости от сюжета тепло и холод, всевозможные запахи, дуновение ветра и т. д. Словом, инженеры обещают задействовать с помощью этого шлема четыре из пяти чувств человека – лишь дотронуться до изображаемого объекта будет нельзя. Впрочем, и этот недостаток обещают поправить, добавив к шлему еще пару интерфейс-перчаток. «Благодаря неким цифровым татуировкам зрители смогут ощущать и эмоции актеров», – говорит руководитель группы британских исследователей Ян Пирсон.

Впрочем, далеко не все в восторге от такой перспективы. Психологи опять-таки предупреждают: не стоит увлекаться трехмерными играми с человеческим мозгом. Еще неизвестно, какой эффект может оказать на здоровье человека и его зрение просмотр программ, заставляющих нас видеть то, чего нет на самом деле.

Ода про очки

«Подумаешь, чудо техники!» – скажете вы, разглядывая свои собственные очки. И будете не правы. Та проблема подбора и изготовления персональных очков, которая ныне решается за 30–40 минут, раньше требовала многих месяцев упорного монотонного труда. Да и сами очки не столь просты, как кажется…

Кто был первым? Когда были изобретены очки, историки достоверно не знают. Они лишь ссылаются на тот факт, что на надгробной плите флорентийца Сальвино Аристи, скончавшегося в первой половине XIV века, есть надпись: «Он изобрел очки. Да простит ему Господь его прегрешения».

Но здесь допущена явная натяжка. Ведь в гробнице древнеегипетского фараона Тутанхамона, умершего в XVI веке до н. э., то есть более 33 столетий назад, среди опахал, драгоценностей и страусовых перьев обнаружена пара тусклых коричневых стекляшек. А в них вплавлена бронзовая проволочка, выполняющая роль перемычки, которая удерживала стеклышки на переносице. В общем, вещица весьма смахивает на очки. Причем, судя по темным стеклам, солнцезащитные. Заодно они могли защищать глаза и от песка, несомого ветрами пустыни.

Новинка техники – очки-проектор

Есть также сведения, что античные греки и римляне заметили одну интересную особенность стеклянных шаров – они обладают способностью увеличивать предметы, то есть служить линзой. Одним из первых этим воспользовался римский император Нерон, который, как говорят, взирал на бои гладиаторов сквозь отшлифованный смарагд (изумруд). Причем выбор пал именно на зеленый самоцвет не случайно: древние медики полагали, что зеленый цвет служит «для укрепления глаз».

Впрочем, первое более-менее убедительное сочинение по оптике появилось только в X веке. Его создал арабский ученый Ибн аль-Хайсам (Альгазен), который довольно точно излагает особенности преломления световых лучей через сферические стекла. Он, в частности, пишет: «Если смотреть через сегмент стеклянного шара, то он как бы увеличивает предметы».

Ему вторит францисканский монах Роджер Бэкон. В 1267 году он тоже писал о том, что благодаря сегментам стеклянного шара можно рассматривать даже очень мелкие предметы. По его словам, достаточно только надлежащим образом отшлифовать такие сегменты, и они будут хорошим средством для тех, у кого слабые глаза.

Наконец, аналогичное открытие сделал в 1280 году и простой стекловар – тот самый Сальвино Аристи. Он же придумал, как соединить две линзы, поскольку у человека два глаза.

Очки для избранных. Хорошие очки в Средние века были весьма редки. Хотя бы потому, что для них нужно было бесцветное и прозрачное стекло, секрет изготовления которого был найден в XIII веке в Венеции. И тайна эта строжайше охранялась вплоть до XVI столетия. В итоге очки были настолько дороги, что особой строкой включались в завещания наряду с драгоценностями. А что очки, помогавшие исправить недостатки зрения одного человека, были совершенно бесполезны другому, так мало кто обращал внимание на такие «мелочи». Очки зачастую носили лишь из тщеславия, чтобы показать свое богатство.

Все изменилось, когда в середине XV столетия золотых дел мастер из Германии по имени Иоганн Гутенберг и его партнер Иоганн Фуст изобрели книгопечатание. Книги перестали быть такой уж редкостью. И появилось большое количество книгочеев, многим из которых и в самом деле понадобились очки, чтобы отчетливо видеть мелкие буквы.

В первую очередь появились очки для дальнозорких с выпуклыми стеклами. Вогнутые стекла для близоруких изобрели значительно позднее – в XVI веке. Первым научно достоверным свидетельством их использования считается выполненный Рафаэлем портрет папы Льва Х, где главный католик был изображен вместе с очками для близоруких.

В 1629 году указом английского короля Карла I «для обеспечения лучшей организации, упорядочения и управления всеми, кто занимается искусством делания стекол», была создана Почетная гильдия стекольных дел мастеров. По выработанным ею правилам любой, достигший 16 лет, по своему желанию мог стать подмастерьем. За 9 лет обучения надо было освоить все: от шлифования стекол до изготовления оправ, после чего подмастерье получал право сдавать экзамен на звание мастера. Если это ему удавалось, бывший подмастерье мог открыть свою мастерскую.

Интересно, что это была одна из немногих гильдий, допускавших в свои ряды женщин.

А поскольку линзы – штука хрупкая, их стали вставлять в оправы – сначала деревянные, а потом и роговые. Причем оправу поначалу держали не перед глазами, а, словно лупу, перед вещью, которую хотели рассмотреть. Да и сами очки представляли собой поначалу одну линзу, закрепленную в оправу с ручкой.

Потом мастера догадались соединить два стекла в оправах перемычкой, и линзы стали держать непосредственно перед глазами. Так появились первые лорнеты.

Пытались прикреплять очки к шляпе. Вшивали очковые стекла и в ременный поясок, который завязывали на затылке, словно карнавальную маску. Или приделывали пружины, прижимавшиеся к вискам, оправляли стекла в железные кольца и соединяли перемычкой. Получалась как бы разновидность пенсне, но без зажима на носу. И только в середине XIX века додумались до современных «наушных очков».

Не только атрибут моды. Во времена СССР наших соотечественников за границей узнавали сразу – по скверно сшитым костюмам и уродливым очкам. Получалось так потому, что советские предприятия стремились всеми силами выполнять планы, а вот будет ли их продукция востребована потом покупателями, никого из руководителей особо не интересовало.

Ныне ситуация, в том числе и в оптической промышленности, заметно изменилась. И сказать «спасибо» за это надо, в частности, В.Н. Иванидзе. В 1991 году он, будучи заместителем генерального директора по науке НПО «Оптика», крупного предприятия Миноборонпрома, создававшего «оптические» технологии и оборудование, понял: чтобы выжить в рыночных условиях, надо ломать устоявшуюся систему. Работать не на план, а на конкретного человека. Для чего необходимо организовать сеть малых фирм, где на станках будут изготавливать линзы. И наладить выпуск самих станков, ведь в России их никто не производил.

Чтобы реализовать свою идею, Иванидзе ушел из оборонки и организовал АО «Интероптик». Валерий Николаевич полагает, что очки надо изготавливать исключительно на заказ. Те готовые очки, которые ныне сплошь и рядом продают на рынках, в киосках и т. д., хоть и красивы, но могут оказаться вредны для ваших глаз. И вот почему.

В торговле ныне два типа готовых очков: преимущественно импортные, с пластиковыми линзами, и «снговые» – со стеклянными. Первые – для дальнозорких, с межцентровым расстоянием 62–64 мм и диоптриями до +3,5. Если вас устраивают такие, их можно приобретать хоть в переходе метро.

Однако надо знать: этот товар за границей стоит гроши. Ведь пластик легко царапается, быстро теряет оптические свойства. Поэтому примерно через полгода их приходится менять.

Принципиально иная ситуация с очками для близоруких. Готовыми их на Западе, как правило, не выпускают. Дело в том, что для всех «минусовых» стекол (а также с диоптриями выше +3,5) очень важна центровка, вот и изготавливают их на заказ. У нас об этом мало кому известно, люди покупают очки где попало, а потом удивляются, что у них появляются головные боли, раздражительность, утомляемость. Чтобы избежать этого, очки, как уже говорилось, надо подбирать себе индивидуально.

Кстати, недавние исследования офтальмологов выявили, что во многих случаях наш глаз функционирует неоптимально и нуждается в серьезной помощи. Например, недавно считали: солнечное излучение не опасно, если устранить жесткий ультрафиолет (длина волны до 320 нм). Теперь же выяснилось: неблагоприятно влияют на глаз и мягкая составляющая (длина волны до 400 нм), и синяя часть видимого спектра, которая при больших дозах приводит к помутнению хрусталика. А это значит, что модные среди молодежи солнцезащитные очки скорее вредят, чем помогают. Ведь благодаря им зрачок расширяется, и доза опасного излучения, попадающего на сетчатку, резко растет.

И еще. Как известно, в глазе на какое-то время остается «отпечаток» изображения, чем, кстати, объясняется ослепление водителя ночью: после фар встречной машины он не различает следующую за ней. Так вот установлено: зрительная память обязана именно синей составляющей.

Кроме того, при изменении спектральных характеристик стекол увеличиваются контрастность и четкость изображения, улучшается цветопередача, повышается чувствительность рецепторов и острота зрения, снижается зрительная утомляемость.

Если учитывать все эти нюансы, можно создавать очки на любой вкус, для самых разных ситуаций. Достаточно нанести на линзу соответствующие фильтрующие слои.

Защита глаз. Ныне появилось и огромное количество очков, которые пригодятся и людям с вполне нормальным зрением. В первую очередь это очки защитные. Их надевают гонщики и горнолыжники, сварщики и рабочие, имеющие дело с разного рода резаками.

Существуют очки для работы на компьютере, на установках с сильными источниками излучения (лазерами) или в условиях недостатка освещения (туман, сумерки, дымка, смог); ночные противоослепляющие для водителей…

Очень часто очки входят и в обязательный комплект снаряжения для людей военных. Тому есть несколько причин. Во-первых, такие очки защищают глаза от пыли. Во-вторых, от вредного излучения, например лазерного. Причем от лазеров стали страдать люди не только на поле боя.

Не секрет, что летом 2011 года резко увеличилось количество случаев лазерного хулиганства, когда в районе аэропортов подростки и даже вполне взрослые люди стали «развлекаться», атакуя с помощью лазурных указок кабины садящихся авиалайнеров, ослепляя пилотов на самом ответственном этапе их работы.

Нескольких хулиганов уже поймали и наказали. Тем не менее ростовские ученые разработали систему, которая может не только уберечь зрение пилотов авиационных лайнеров от лазерного луча, но и заставит злоумышленников навсегда забыть о смертельно опасных экспериментах.

«Чтобы оградить пилотов от лазерных атак, мы мобилизовали все свои разработки в области высоких технологий, – рассказал доцент кафедры робототехники и механотроники Донского государственного технического университета Владимир Мартынов. – И оказалось, способ защитить летчиков существует, да еще такой, что преступники будут наказаны по заслугам».

Ученые придумали специальные очки со стеклами, которые покрыты тончайшей пленкой из окислов определенных металлов. Ширина напыления равна длине волны лазера и составляет несколько сотен нанометров. Эти очки способны в десятки тысяч раз снизить интенсивность световой атаки и таким образом обезопасить зрение пилота.

Причем разработка включает в себя и еще одно хитроумное устройство, делающее криминальные развлечения опасными для самих преступников. Ученые предложили наказать их так, что больше никто не решится подвергать опасности жизнь пассажиров и экипажа. Специальные оптические элементы, которые устанавливаются в кабине самолета, отражают луч лазера таким образом, что он со стопроцентной точностью попадает в лицо хулигану и ослепляет его. Происходит это независимо от ориентации кабины лайнера. Самое главное, чем мощнее лазер преступника, тем более сильный удар он получит в ответ. Вплоть до того, что может серьезно пострадать сетчатка глаза.

Секреты часовой спирали

Иногда говорят, что история развивается по спирали, время от времени повторяясь на новом уровне. Как ни удивительно, наглядный пример тому нам может показать балансовая часовая спираль, или волосок, которая есть практически во всех наружных механических часах.

Сын плотника – повелитель времени. «Счастливые часов не наблюдают», – позволил себе заметить поэт. При этом, конечно, он полагал, что влюбленным некогда замечать течение времени. Прозаик же к этому мог добавить, что долгое время людям было вообще трудно замечать течение времени и по чисто объективным причинам. Например, во времена Средневековья на весь город могли иметься всего лишь одни-единственные часы. Они располагались в башне на городской площади и напоминали о себе и течении времени разве что ударами колокола.

Но это было еще полбеды – обыватели, в конце концов, могли ориентироваться и по солнцу. А вот что делать морякам, которым для определения долготы географических координат местоложения своего корабля на море нужно было знать точную разницу между временем на своей родине и местным временем. Если вы знали, что солнце ныне взошло в 5:40, в то время как на широте Лондона оно восходит в 6:40, значит, вы находитесь на 15° западнее, где-то у Канарских островов.

Маятниковые башенные часы для этого не годились. Во-первых, они были очень громоздкие. Во-вторых, морская качка нарушала равномерность хода маятника?

Что делать? Над ответом на этот вопрос бились лучшие часовщики своего времени в течение нескольких столетий. Первым решить задачу удалось… сыну плотника, английскому механику-самоучке Джону Харрисону.

В 1713 году он сделал свои первые часы. Хотя они были, как обычно в то время, маятниковые, Харрисон уже сумел удивить современников – его ходики были почти целиком деревянные. И это вовсе не причуда сына плотника. Харрисон таким образом резко повысил точность хода – ведь металлический маятник изменяет свою длину в зависимости от теплового расширения, а это сказывается на точности хода. А вот дерево тепловому расширению почти не подвержено.

Далее он воспользовался тем, что в 1675 году Кристиан Гюйгенс изобрел балансовую спираль, заменившую маятник. Теперь волосок спирали вкупе с колесом баланса стали основой регулирующего органа любых механических наручных часов. И в 1735 году Харрисон придумал свой первый хронометр без маятника. За время до Лиссабона и обратно он отстал всего лишь на 2 секунды за сутки.

Однако то были огромные часы, которые весили 35 кг и занимали всю каюту капитана. Нужно было их уменьшить, а заодно и увеличить точность хода. На это мастеру потребовалось еще… 47 лет!

Для поддержания стабильности колебаний при качке и снижения влияния гравитации на точность хода механик ввел второй баланс. Причем оба баланса колебались в одной плоскости, но в противоположных направлениях. Мало того, он поместил хронометр на подвижную опору, позволяющую часам находиться только в горизонтальном положении. Для обеспечения постоянства момента заводной пружины было предложено заводить часы в одно и то же время. Наконец, для снижения влияния перепадов температур морской хронометр был помещен в деревянный футляр, являвшийся своего рода термосом, поддерживающим постоянную температуру.

Лишь в 1761 году для очередного испытания его часов из Англии на Ямайку отправился корабль «Дептфорд». Сопровождал драгоценный прибор сын старого Джона, Уильям, так как сам 68-летний мастер уже не рискнул выйти в море по состоянию здоровья. Когда через 161 сутки корабль пришел в Портсмут, ошибка в ходе часов не превышала нескольких секунд. Таким образом, задача определения географической долготы в открытом море была решена.

Бреге и его брегет. Помните у А.С. Пушкина:

…Онегин едет на бульвар

И там гуляет на просторе.

Пока недремлющий брегет

Не прозвонит ему обед!

Брегет – между прочим, это карманные часы, созданные знаменитым часовых дел мастером Авраамом-Луи Бреге. Он первый придумал часы, которые заводились сами собой.

Бреге усовершенствовал и «часы с репетицией». Стоило нажать пружину, и особый механизм вызванивал количество часов, минут и секунд, что особенно удобно ночью, когда в темноте циферблата не видно.

В 1801 году он предложил конструкцию турбийона («вихрь», «круговорот» в переводе с французского) – одного из самых сложных часовых устройств всех времен и народов. Бреге обратил внимание на то, что смещение центра тяжести баланса в часах приводит к ускорению или замедлению его колебаний. Если часы принимают вертикальное положение (а ось баланса горизонтальна), то они могут либо спешить, либо отставать.

Часы для летчиков «Штурманские»

Тогда мастер сконструировал механизм, в котором все детали регулятора хода часов – баланс, спираль и спуск – были установлены на специальную платформу. За одну минуту она совершала полный оборот вокруг своей оси. Таким образом, по идее, все погрешности, возникавшие в течение первых 30 секунд, компенсировались в последующие полминуты. Тем не менее довольно скоро выяснилось, что система Бреге, сносно работающая в карманных часах, которые большей частью находятся в вертикальном положении в жилетном кармашке, дает сбои в часах наручных. Ведь те в течение дня многократно меняют свое положение в пространстве вместе с рукой хозяина. Поэтому нынешние супертурбийоны способны двигаться вокруг центральной оси в трех координатах, компенсируя всевозможные «оверкили»!

Часы высокого полета. Ныне хронометр – особо точные часы – является обязательной принадлежностью каждого корабля. Последователям Харрисона и Бреге – Пьеру Леруа, Томасу Мюджу, Фердинанду Берту, Джону Арнольду и другим – удалось окончательно справиться со всеми проблемами. И морской хронометр приобрел современный вид, вобрав все лучшее из многочисленных остроумных изобретений: колебательную систему баланс-спираль с устройством термокомпенсации; свободный хронометровый ход; пружинный двигатель с фузеей – механизмом, уменьшающим влияние крутящего момента пружины на ход часов; стрелочную индикацию часов, минут, секунд; указание времени завода пружины и т. д.

Покорив море, часы вскоре устремились и в небо вместе с первыми воздухоплавателями и авиаторами. Самые первые авиационные часы часовщик Луи Картье в 1904 году сделал для своего друга – знаменитого бразильского воздухоплавателя Альберто Сантос-Дюмона. Он так и назвал их Santos. Для того чтобы в полете не приходилось лезть за часами в карман, Картье сделал эти часы наручными.

И потом еще долго в кабинах самолетов – будь то истребитель Первой мировой или почтовый гидроплан послевоенных лет – часы оставались первейшим рабочим инструментом пилота и штурмана.

Вычисления, которые производились в воздухе с помощью логарифмической линейки, требовали секундной точности измерения времени. Навигация в воздухе была сродни морской, широту и долготу определяли секстаном, и хронометр на борту самолета был нужен так же, как на борту корабля. В то время почти все крупные часовые фирмы создавали часы для пилотов. Причем большинство этих исторических моделей до сих пор в моде.

Пилотские модели имели фирмы Omega, Zenith, Oris. Пилоты Второй мировой войны очень ценили модели фирмы Rolex. Корпорация Longines гордится часами, которые вместе с Чарльзом Линдбергом впервые пересекли Атлантику по воздуху в 1927 году. А специально придуманная для пилотов модель Breguet 20 выпускается в различных модификациях и по сей день.

Отечественным вариантом пилотских часов считаются «Авиатор» и «Штурманские». Особого внимания заслуживает, например, модель часов «Штурманские» под названием «Гагарин», выпущенная к 40-летию первого полета человека в космос. Именно «Штурманские» Юрий Гагарин брал с собой 12 апреля 1961 года.

Хронометр для Луны. В музее Звездного городка мне однажды довелось видеть еще одни уникальные часы. Они, по уверению экскурсовода, стоят… миллион долларов! Нет, часы вовсе не из платины, и корпус их не украшен бриллиантами. Загадка объяснилась просто: именно эти часы марки Omega Speedmaster Professional были на руке Нейла Армстронга, когда он впервые ступил на Луну. Этот хронометр отсчитал 102 часа 45 минут 43 секунды полета к Луне, 37 минут посадки лунного модуля и те 2 часа 30 минут, которые американские астронавты – Н. Армстронг и Э. Олдрин – разгуливали по поверхности Селены.

И когда позднее, после экспедиции «Аполлон-Союз», Армстронг посетил Звездный городок, то, заглянув в местный музей, он оставил свои часы на память, упомянув, что именно эту сумму – 1 млн долларов – предлагал ему за эти часы один толстосум, но астронавт их не отдал…

Поначалу никто не думал, что модель Speedmaster Professional ждет столь необычная судьба. Эти часы попали в поле зрения американского космического агентства NASA почти случайно. Такие часы купил себе астронавт Вальтер Ширра и 3 октября 1962 года взял с собой в полет, который он выполнял по программе Mercury. И когда в 1964 году NASA решило обзавестись официальным хронометром, инженеры агентства отправились в один из лучших часовых магазинов Хьюстона Corrigan’s и накупили там разных часов. В том числе, по совету Ширры, они приобрели и «Омегу». Затем эксперты принялись испытывать часы на нагревание, замерзание, водонепроницаемость, коррозию, устойчивость к ударам, вакууму и т. д. К марту 1965 года им удалось успешно испортить все часы, кроме «Омеги». В конце марта Omega Speedmaster побывали в космосе в качестве официальных часов NASA и получили звание Professional.

В 1971 году часы оснастили механизмом автоматического подзавода. После этого они не раз поднимались в космос на борту «шаттлов», побывали на станциях Skylab, «Мир» и МКС.

Невидимый маятник. И тем не менее в 2011 году специалисты компании Tag Heuer пришли к выводу, что волосок механических часов вообще и Omega в частности ныне безнадежно устарел. Дело в том, что с течением времени сверхтонкая пружина все же деформируется – металл устает. Кроме того, даже сделанный из весьма качественных и дорогих сплавов – инвара и элинвара, за изобретение которых Шарль Эдуар Гийом получил Нобелевскую премию, волосок остается чувствительным к перепадам температуры. Наконец, дивергенция, то есть несовпадение геометрического центра спирали и центра масс, означает, что ход часов все же меняется в зависимости от их положения в пространстве.

И тогда специалисты Tag Heuer предложили вернуться к… маятнику. Однако маятник этот особый – это магнитный осциллятор, перемещения которого не виды на глаз; периодически с высокой точностью меняются лишь параметры магнитного поля. Такой «маятник» лишен проблем дивергенции и деградации с годами.

Впрочем, пока что «маятниковые» наручные часы Tag Heuer – это всего лишь концепт. Перед запуском модели в серию инженерам предстоит решить главную проблему любого осциллятора: магнитные свойства металлов опять-таки зависят от перепадов температуры и внешнего геомагнитного поля. Однако вице-президент по исследованиям и разработкам Tag Heuer Ги Семон обещает, что компания сделает все возможное и невозможное, чтобы магнитный «маятник» спуск не остался всего лишь концептом.

Прецендент такого рода уже имеется. «Цепные» часы были первыми механическими измерителями времени, изобретенными еще в XVIII веке. Конструкция эта благополучно дожила до XX века. Причем не только в часах башенных. В середине прошлого столетия ваши дедушки и бабушки каждое утро «заводили» настенные часы-ходики с кукушкой привычно подтягивая гирьку, висевшую на цепочке.

Однако попробуйте себе представить цепную передачу для наручных часов! Оказывается, такие передачи все же существуют. Звенья такой микроцепи собирают специальные автоматы, а сами передачи используются в часах марки Cabestan, разработанных Жаном-Франсуа Рюшонне и Виани Хальтером. Мастера создали настоящие «цепные» часы, передача в которых выглядит как крошечная яхтенная лебедка.

Зачем ткани интеллект?

Некогда всемирно известный модельер В. Зайцев начал свою карьеру дизайнера с того, что предложил выпускать телогрейки, украшенные цветами и разными узорами. Недавняя международная специализированная выставка производственной одежды «Интеллигентная телогрейка» показала, что прошедшие десятилетия многому научили дизайнеров и технологов. В основе нынешних «телогреек» – прежде всего интеллектуальная ткань.

Начнем с волокна. «Интеллект ткани – это прежде всего способность того или иного материала наилучшим образом соответствовать предъявляемым к нему требованиям, – пояснила мне суть дела ведущий специалист Могилевского текстильного комбината (Республика Беларусь) Анна Михайловна Непочелович. – Вот, например, на нашем комбинате выпускают ткани для костюмов пожарных, которые не горят, для нефтяников – из непачкающейся ткани, для рыбаков – из непромокаемой…

Новое поколение тканей, над которыми сегодня работают специалисты, вообще может изменить наше представление об одежде и ее функциях. Такие ткани сотканы из волокон, которые их изобретатели называют «интеллигентными». За столь обязывающим определением скрываются материалы, обладающие полезными для человека свойствами. При холоде они греют, при жаре – охлаждают, удаляют пот и отвечают другим нуждам кожи. Они даже позволяют человеку резко повысить свой интеллектуальный уровень!

Ткани с интеллектом пригодятся и в космосе

А началось все с того, что 60 лет тому назад американский концерн «Дюпон» первое чисто синтетическое волокно – нейлон. Затем появились акрил, полиамид, полиэстер и другие волокна, родившиеся в лабораторных ретортах. Но потребители сравнительно быстро оценили как достоинства, так и недостатки синтетических тканей и поры. Нейлоновая рубашка, не нуждающаяся в утюге, вместе с тем летом не давала дышать телу, а зимой не согревала. В итоге эйфория, поднятая было первыми синтетическими изделиями, вскоре и закончилась. Многие новомодные изделия из синтетики оказались в мусорном ящике, а не в шкафу для одежды.

И прошло немало времени, прежде чем удалось понять, чем натуральные волокна лучше синтетических, преодолеть разницу между ними. Теперь химия легко воспроизводит лучшие свойства льна, хлопка, шерсти. А естественные материалы давно уже стали предметом многократной химической обработки, придающей, например, хлопку упругость или делающей льняную ткань не столь мнущейся.

Новшества сегодняшнего дня затронули саму геометрию волокон. Ныне изготовители текстильного сырья стремятся сделать нити возможно тоньше. Так называемые микроволокна имеют диаметр, равный 0,006 мм, то есть они в 10 раз тоньше волоса и вдвое шелковой нити или паутины. Десять километров такого волокна весят меньше грамма, а 3 кг его достаточно, чтобы опоясать земной шар. Но главное, подобные волокна позволяют ткать материалы, которые одновременно мягки, защищают от сырости и вместе с тем пропускают к телу воздух.

Появились и пустотелые волокна, хорошо держащие тепло. Причем если такое волокно в сечении не круглое, а овальное, ткань из него лучше вбирает в себя пот с кожи пот.

Одна из английских фирм по производству синтетики встраивает в акриловое волокно вещество триклозан, останавливающее размножение бактерий, которые, кстати, прекрасно себя чувствуют именно в поте кожи и к тому же выделяют масляные кислоты, распространяющие неприятный запах.

Ведутся и эксперименты с волокнами, которые меняют свой объем в зависимости от температуры. Если вокруг холодно, то само волокно распушается, становится как бы более толстым, лучше греет.

В космосе и на земле. Все больше совершенствуются и сами ткани. Излюбленный материал сегодняшних модельеров – эластик, он удобен не только в спортивной одежде, но и в костюмах для повседневной жизни.

Многие ткани получаются по технологии, соединившей вместе технику ткачества и вязания. До пяти (в зависимости от программы) разнородных по структуре слоев полотна ткацкая машина создает сразу, делая разнообразное плетение из нескольких видов пряжи. Причем ныне довольно часто в волокно добавляют и металлические нити, чтобы обеспечить проводимость ткани или электроподогрев.

Уже существуют ткани, включающие в свою основу и мельчайшие стеклянные шарики, отражающие свет; одежда из такой материи как бы светится в лучах автомобильных фар, что делает человека хорошо заметным на улице в ночное время.

Весьма интересна и технология, которую применило NASA при изготовлении космических скафандров. Для того чтобы защитить астронавтов за пределами атмосферы от леденящего холода космоса и палящей жары Солнца, в структуру ткани включают миллионы микроскопических капсуп. Они содержат парафины, которые при нагревании плавятся и отбирают тепло у веществ, находящихся рядом (точно так же мы охлаждаем напитки брошенными в стакан кубиками льда). А когда те же парафиновые шарики начинают отвердевать под действием холода, пришедшего снаружи, они выделяют накопленное ранее тепло, согревая космонавта.

После такого буквально космического материала эргономичные модели термобелья Odlo из материала, обладающего различными характеристиками, в определенных зонах (сетка в местах повышенного потоотделения, эластичные участки в областях активного изменения объема мышц и утепленные утолщения там, где требуется тепло), вроде и не слишком серьезное новшество. Добавим лишь, что материал этого термобелья заодно борется и с запахом пота.

Еще одна разработка – терморубашка ActiShirt с электродами, способная в течение длительного времени снимать ЭКГ прямо во время тренировки и передавать данные в устройство фиксации, например… в наручные часы. При этом «носитель» обходится без специального пояса или приклеивания электродов к коже.

Аналогичную одежду можно использовать и на земле. Скажем, создаются особые костюмы для горнолыжников. Когда спортсмен спускается с горы, его мышцы активно работают, и парафин будет впитывать излишнее тепло тела. Поднимаясь же на гору по канатной дороге, человек неподвижен, и парафин отдаст ему накопленное во время спуска тепло.

Многослойные одежки. Пару лет назад придумана технология Airvanatage – куртка представляет собой нечто вроде надувного матраса, где вместо утеплителя-пуха используется воздух. Если холодает – поддул одежду посильнее, а потеплело – выпустил излишний воздух.

Однако у такой одежды есть крупный недостаток: за ее герметичностью нужно следить столь же тщательно, как и за герметичностью надувной лодки. Можно запросто проколоться в самом буквальном смысле этого слова.

Поэтому для ценителей традиционных утеплителей придуман свой вариант. Подстежка не снимается, как обычно, а стягивается и растягивается, словно занавес в театре. Сотрудники компании Versalayer из США изобрели новую систему регулировки степени теплоты одежды: под верхним слоем находится утеплитель, который легким движением руки (точнее – потягиванием синей ленточки) собирается в гармошки (на спине в области лопаток). А когда похолодает – надо потянуть за красную ленточку, и утеплитель снова расправится, а одежда станет теплее.

А сделать такой утеплитель можно, например, из нового материала Tencel, проходящего ныне испытания. Он состоит из намного более тонких и гладких, чем раньше, волокон. Но поскольку их очень много, а стало быть, и воздушная прослойка между ними занимает значительный объем, то и утеплитель получился вдвое теплее и намного комфортнее, чем, скажем, полартек из полиэстера.

Ну а чтобы владелец теплой куртки излишне не потел, мог, как говорится, выпустить пар, в современной одежде очень часто используются мембранные ткани. Причем новая мембрана – эластичный беспоровый тончайший материал Sympatex – обладает совершенно фантастическими характеристиками: удерживает водяной столб высотой 250 м (!) и в то же время прекрасно пропускает воздух.

Защита всегда пригодится. Автомобильная фирма BMW заказала для костюмов мотоциклистов ткань, содержащую одну из разновидностей кевлара – синтетика в пять раз более прочного на разрыв, чем сталь.

Пригодится мотоциклистам и вставки в костюм из принципиально нового материала D30. Его отличает способность мгновенно становиться жестким во время удара, создавая прочный защитный слой. А все «свободное время» материал мягкий.

Это уникальное свойство делает возможным также создание защитных шлемов и жилетов, которые успешно станут конкурировать со своими «жесткими» собратьями. Состав нового материала – секрет фирмы. Известно только, что в его основе – смесь жидких полимеров с наноматериалом.

Кстати, компании ATM и Adidas разработали заодно и электронный жилет для занятий боевыми искусствами. Новинка при помощи пневматической системы теперь сама подсчитывает удары и определяет места их нанесения, а заодно и выясняет – а не был ли нанесен удар в запрещенную область?

Компьютерная одежда способна также постоянно следить за физическим состоянием ее владельца и контролировать работу его основных органов, в первую очередь – сердца. В случае проявления симптомов недуга компьютер самостоятельно свяжется со скорой помощью.

Портной XXI века

Представьте себе ситуацию. Вам захотелось сшить новый костюм. Приходите в ателье, вас тут же фотографируют в полный рост со всех сторон, уточняют, из какого именно материала должна быть изготовлена та или иная часть туалета, какова будет ширина и длина брюк, прямые они будут или расклешенные, с косыми карманами или прямыми, пиджак двубортный или однобортный и т. д. А затем в течение часа (!) выдают вам готовый, сшитый точно по мерке костюм.

Скажете, фантастика? Ничуть. «Гонконгские мастера уже сегодня шьют мужской костюм за 45 минут, – дал справку портной из Санкт-Петербурга Николай Николаевич Раздомахин. – Правда, они широко используют полуфабрикаты. Мы же хотим за это время полностью “построить костюм”, как говорят профессионалы, от “А” до “Я”…

И при этом будет дешево и сердито – костюм обойдется вам в ту же сумму, что и готовый, купленный в магазине. А ведь ныне пошить приличный костюм у хорошего портного стоит ох круто: 800 долларов за наряд – средняя цена. Работа модных кутюрье стоит намного дороже…»

Но как можно ли совместить и дешевизну и хорошее качество пошива? Чтобы вы поняли это, придется сознаться, что Н.Н. Раздомахин – портной не совсем обычный. По совместительству он еще и доцент Санкт-Петербургского государственного университета технологии дизайна (СПбГУТД). И вместе с коллегами, профессорами А.Г. Басуевым и Е.Я. Сурженко, является создателем уникальной компьютерной технологии трехмерного конструирования одежды.

«Вообще-то эта проблема не новая, – рассказал мне Николай Николаевич. – Если помните, еще в конце XIX века ее попытался решить выдающийся российский математик Пафнутий Чебышев. Но когда в начале своей публичной лекции он сказал: “Давайте для простоты предположим, что тело человека представляет собой сферу”, – петербургские портные, сидевшие в первых рядах, тут же вышли из зала»…

Так представляли робота-портного в начале XX века

И хотя всем ясно, что одежда является сложным трехмерным объектом, испокон веку ее лекала строились с помощью традиционных способов плоскостного конструирования. Такие методики, сколько ни совершенствуй, всегда дают приближенный результат. То есть без большого опыта, высокой квалификации, таланта, интуиции и т. д. закройщика хорошего костюма не жди.

Как в России, так и за рубежом уже много десятилетий пытаются решить проблему создания лекал в трех измерениях. Однако чаще всего развиваются идеи и методы, либо берущие начало из автомобилестроения, либо на основе хорошо отработанных лекал, предварительно выполненных традиционными способами. Однако эти направления не содержат новых идей в понимания трехмерной геометрии одежды и поэтому не могут дать совершенных результатов.

Фирма CDI (США), например, еще 1987 году выпустила рекламный проспект, в котором заявила, что вопрос трехмерного конструирования одежды ими решен. Однако спустя 15 лет, в январе 1998 года, в самом начале публичной презентации представитель фирмы с некоторым смущением объявил, что их система способна разрабатывать только одежду, плотно облегающую тело человека.

В 1986 году в Канаде была создана фирма PAD system, которая ныне заявляет, что является единственным в мире обладателем обкатанной системы трехмерного проектирования. Между тем в основе разработки лежат перенос плоских лекал на объемный манекен и последующая их модернизация. А такой подход в принципе не может дать совершенных результатов, поскольку зачастую приводит к деформации ткани готового изделия.

Между тем такие попытки показывают настойчивое стремление специалистов всего мира наконец-таки решить эту проблему. Дело уж дошло до того, что американские портные обратились за помощью в Пентагон и там пошли им навстречу, рассекретив кое-какие из своих разработок и позволив использовать их в текстильном производстве.

Так, скажем, система автоматизированного распознавания замаскированных объектов теперь используется для отыскания скрытых дефектов на ткани, боевые лазеры – для раскроя стопок ткани по лекалам, а быстродействующие компьютерные системы – для сканирования фигуры заказчика, дабы снять с него нужные мерки без использования допотопного портновского сантиметра…

Но все это тем не менее лишь полумеры. Ведущие мировые фирмы по разработке программного обеспечения для швейной промышленности все еще только пытаются создать действующую систему трехмерного проектирования одежды. Приятно отметить, что и наши специалисты тут не на последних ролях.

«Основа подхода специалистов Санкт-Петербургского государственного университета технологии дизайна к решению данной проблемы состоит в использовании алгоритмов трехмерной стереометрии, – продолжал свой рассказ Раздомахин. – Мы хотели найти способ покрытия сложной пространственной формы, каковой является человеческая фигура, некоей оболочкой, которая бы затем могла быть развернута на плоскость в виде лекал. Ну а по ним, как по обычным выкройкам, уже несложно изготовить отлично сидящую на данном субъекте одежду»…

Поскольку сам Николай Николаевич, как уже говорилось, не только теоретик, но и практикующий мастер по пошиву, ему хотелось, чтобы система получилась простой, могла использоваться в любом ателье и даже в домашних условиях.

Путь к исполнению мечты оказался довольно долог и нелегок. Еще в 1972 году преподаватель Василий Сергеевич Павлов, руководивший студенческим научным обществом, предложил студенту Раздомахину создать технологическую модель, которая бы позволила намного упростить и ускорить раскрой. Нахрапом проблему одолеть не удалось – работа растянулась на долгих 12 лет. За это время Раздомахин и диплом защитил, и кандидатскую диссертацию. А заодно понял, что его собственных познаний в математике катастрофически не хватает, чтобы разрешить проблему до конца. И тогда он пошел на поклон к профессору математики Александру Георгиевичу Басуеву. Тот не только не отверг с порога предложение текстильщика, но, заинтересовавшись им, стал привлекать к разработке и своих коллег. Вместе с профессором Сурженко маленькому коллективу удалось все-таки в значительной мере продвинуться к окончательному разрешению задачи.

«Уже в настоящее время мы готовы предложить технологию компьютерного раскроя по манекенам. То есть ту технологию, которая применяется при массовом поточном пошиве на фабриках, – продолжает Раздомахин. – Что же касается индивидуального раскроя, то тут еще остались кое-какие шероховатости. Нам бы хорошего спонсора и через год-два система будет окончательно готова»…

Тогда процедура исполнения индивидуального заказа, по мнению Николая Николаевича, будет выглядеть так. Пришедшего в ателье заказчика фотографируют электронной камерой анфас и в профиль. По этим изображениям компьютер автоматически производит необходимые ему измерения, строит аксонометрию фигуры. После этого мастер вместе с заказчиком рассматривают на экране дисплея несколько моделей одежды, уточняют последние детали. Затем в работу вступает программа изготовления лекал. И уже через несколько минут графопостроитель может выдать готовый комплект выкроек. А может, и сразу вступить в командование лазерным раскроечным агрегатом, затем и автоматизированной швейной машиной. И через час, повторяем, костюм будет готов.

«Кабесот» есть даже на орбите

А теперь давайте поговорим о предмете деликатном, о котором вроде бы распространяться публично и не принято. Но тем интереснее узнать, что и его не обошел технический прогресс.

Ведь никуда не денешься, так уж мы устроены – потребляя еду и воду (по терминологии писателя Владимира Войновича, «продукт первичный»), мы вырабатываем не только энергию, но и «продукт вторичный». Так вот, как и куда он потом девается?

Цивилизация начинается с канализации. Уже древнейшие людские поселения имели соответствующие сооружения для сбора «вторичного продукта» и его отвода подальше от жилья. Отесанные камни использовались не только для строительства жилищ, но и каналов, по которым удалялись продукты жизнедеятельности.

При раскопках в Вавилонии обнаружены древние канализационные каналы из обожженного кирпича, обмазанного битумом. Аналогичные сооружения существовали за много тысяч лет до нашей эры у древних ассирийцев.

Понятное дело, столь капитальные сооружения, требовавшие немалых затрат труда и времени, строили лишь в крупных городах да во дворцах. Индивидуальные туалеты выглядели скромнее. Как именно, можно узнать из Библии. «Близ лагеря, – читаем в ней, – должен ты место найти, куда ты мог бы по нужде сходить. А при себе должен ты иметь лопатку, которой выроешь ямку, а справив все дела твои, должен ты все, что из тебя вышло, в эту ямку закопать».

Ну прямо инструкция для современного туриста…

Древние греки прославились высоким уровнем не только науки и искусства, но и строительства. Они возводили великолепные дворцы, оборудованные по всем правилам гигиены. В Древних Афинах существовала централизованная канализационная система. Первоначально ее основой послужила небольшая речушка, которая затем была заключена в трубу, выложенную из камня и представлявшую, в сущности, канализационный канал. Подобные сооружения обнаружены в Олимпии, Агригенте, Самосе, Пергаме, Киососе и других древнегреческих городах.

Рим во времена императора Нервы насчитывал около 2 млн жителей, и, если бы они не следили за чистотой, вряд ли бы его величали «вечным». До наших дней дошли многие изобретения римлян, в том числе «клоака максима» – канал для отвода содержимого клозетов.

Вошел в историю анекдот, связанный с устройством общественных уборных, за пользование которыми император Веспасиан ввел плату. Его было стали стыдить за это, тогда он поднес к носу собеседника монету и сказал: «Деньги не пахнут».

Средневековые нечистоты. Клозеты в домах Парижа появились лишь в начале XVI века. А до этого стар и млад обходились горшками, содержимое которых без зазрения совести выплескивалось из окон на улицу. Правда, прежде полагалось трижды прокричать: «Осторожно, вода!» – тем самым предупредив оказавшегося поблизости прохожего.

Как выглядел туалет? В средневековом рыцарском замке, к примеру, отхожие места выполнялись в виде башенных надстроек с наклонно устроенным стоком или в виде эркера, расположенного на наружной стене здания. Нечистоты стекали сначала по стене, затем вниз по холму, на котором стоял замок, к ближайшему ручью или речке.

Лишь в середине прошлого века во многих европейских городах появляется централизованная система канализации, нечистоты окончательно исчезают с улиц.

Приятно отметить, что города и селения Руси были значительно чище, чем в Западной Европе. В усадьбах, на подворьях XII–XIII веков, а кое-где и того раньше стояли будочки типа современных «домиков с сердцем».

Первый же туалет со сливом построил в своем дворце сподвижник Петра I – светлейший князь Меншиков.

Среди исторических дат есть и такая. В 1775 году английский мастер Джозеф Брам изобрел первый «водяной шкаф», как его тогда называли, – прообраз современных туалетов. На стене вверху укреплялся бачок, наполняемый водой. По мере надобности нужно было дернуть за веревочку, и поток воды прямо по стене стекал в углубление в полу, а затем вместе с «вторичным продуктом» по отводному каналу вон из дома…

Понадобилось еще полстолетия, пока потомки Брама додумались соединить бачок и клозет сливной трубой. Еще столько же времени прошло, пока громоздкая конструкция усилиями мастеров разных стран, в том числе и итальянских, не забывших окончательно своего славного прошлого, превратилась в нынешний компактный санузел.

До космических высот. Впрочем, если вы думаете, что прогресс в этой области остановился, глубоко ошибаетесь. Взгляните на биотуалет, который может быть установлен где угодно – в автоприцепе, в палатке, на небольшом катере или даже в маленьком самолете. Система автономна, имеет встроенный бак с водой для смыва вместимостью 21 л. Нечистоты скапливаются в нижнем резервуаре, где подвергаются химической обработке до полного растворения. Так что при чистке нижнего резервуара из него в канализацию поступает почти чистая вода.

А японцы недавно выпустили в продажу… говорящие туалеты. Присел на минутку, а туалет тут же взял анализы «вторичного продукта» и сообщает, все ли в порядке в твоем организме. Или уж нужно бежать к врачу…

Вот так решается проблема утилизации отходов нашего производства на современном уровне в земных условиях. А каково, например, приходится космонавтам? Сутки, а то и больше должны они провести в своих скафандрах, прежде чем состыкуются с орбитальной станцией. Специалисты по системам жизнеобеспечения фирмы «Звезда» сначала в скафандрах летчиков, а потом и у космонавтов предусмотрели специальные устройства, решающие эту проблему.

При этом они категорически запретили мне приводить в печати имена как самих конструкторов, так и потребителей их продукции, поскольку истории с теми и другими случались достаточно щепетильные.

Вот, например, одна из них. Народ в первом отряде космонавтов, если помните, специально подбирался не очень крупный. И перед полетом каждому обязательно ставили клизму. И питание в то время состояло в основном из продуктов в тюбиках. В общем, в первых полетах на космической высоте справляли лишь малую нужду. И обходились мочеприемниками, придуманными еще для военных летчиков. Надевает человек что-то вроде стаканчика для машинной дойки, и в случае нужды все стекает в специальный накопитель, опорожняемый по окончании полета.

И все было ничего, пока в космос не начали летать женщины. А они, как известно, устроены несколько иначе, чем мужчины. Так что мочеприемник пришлось конструировать заново. И испытывать его по полной программе.

Но если испытания мужского варианта конструктор системы проводил на себе и своих приятелях, то тут вышла закавыка. Говорят, жена конструктора чуть его из дома не выгнала, когда он к ней стал приставать с подобными предложениями. Испытательницы от подобных заданий тоже были не в восторге. Тем более что после каждого надо было еще и подробные отчеты писать: где жмет, где трет, а в каком именно месте подтекает…

В общем, говорят, эта проблема и поныне решена лишь в первом приближении. И в том, кстати, кроется одна из причин, почему женщины у нас летают в космос значительнее реже мужчин. С американками проще – на каждом «шаттле» обязательно туалет имеется. И летают астронавты с астронавтками вовсе не в скафандрах, надевая оные лишь при взлете, посадке и при выходах в открытый космос.

У нас же при стартах на «Союзах» многие предпочитают отложить поход по большой нужде до стыковки с космической станцией. Правда, на аварийный случай в скафандре имеется особый приемник и для твердого «вторичного продукта», но вместимость его весьма ограничена…

Немало хлопот доставило инженерам устройство туалета и на самой космической станции. Пришлось изобретать систему вакуумного отсоса и множество других приспособлений, чтобы привычный всем агрегат исправно функционировал в условиях невесомости. В итоге аппарат, стоящий ныне на МКС, стоит прямо-таки астрономических денег – 27 млн долларов США!

А совсем недавно наши специалисты одолели новую высоту. Созданная ими конструкция оказалась столь совершенной, что даже ярые патриоты-американцы, считающие все американское самым лучшим, будут ходить на МКС в… российский туалет. Причем за это удовольствие NASA согласилось заплатить нам 19 млн долларов!

Внешне космический туалет похож на те, какими пользуются на Земле. Но без отличий, конечно, не обошлось. Для того чтобы компенсировать действие невесомости, в нем предусмотрены фиксаторы для ног и бедер. Создаваемый же внутри устройства вакуум обеспечивает плотное прилегание бедер к толчку.

Отходы жизнедеятельности организма тут же отсасываются насосом в специальный приемник. А по малой нужде каждый член экипажа ходит с собственным раструбом, который крепится к шлангу.

В космосе туалет так же необходим, как и на Земл

Новый туалет, который получил оригинальное название АСУ «Фиалка», мало чем отличается от старого. Правда, у него есть одно усовершенствование. Моча будет поступать в особое устройство и перерабатываться в… чистую воду, годную для использования в хозяйстве. В старом же туалете ее собирали в особые резервуары, которые потом переносили на грузовые корабли и сбрасывали при входе в атмосферу Земли, где они сгорали без следа. …Так что, как видите, незамысловатое вроде устройство поднялось ныне прямо-таки на космическую высоту и продолжает совершенствоваться. Будем надеяться, что цивилизация и впредь не сделает никакого зигзага. Не сбудется, скажем, пророчество В.Н. Войновича из книги «Москва-2042», повествующей о городе-государстве. Его жители, посещая «кабесот» (кабинет естественных отправлений), вынуждены заполнять специальные анкеты, поскольку «вторичный продукт» стал своеобразной валютой, а стало быть, предметом строгой отчетности. Ей-ей, не стоит он того, хотя лиц известной профессии и зовут издавна на Руси золотарями…

«Электронный домовой»

«Новое американское жилище» – так называется этот дом, построенный на окраине Лас-Вегаса. Все в нем – от высоких стеклянных дверей до внутренних зеркальных прудов и выбеленных солнцем перекрытий над внутренним двориком – дышит роскошью и элегантностью. И все-таки самое главное в этом доме то, что сразу и не увидишь.

«Мой дом – моя крепость», – говорят англичане. Очевидно, той же точки зрения придерживаются и американцы. Во всяком случае, открыв калитку и войдя на участок, прилегающий к дому, знающий человек обязательно наступит на определенную плитку – одну из тех, что устилают дорожу, ведущую к крыльцу. Тем самым он дает знать «электронному домовому»: «Спокойно, идут свои!»

В противном же случае через минуту-другую «домовой» передаст сигнал о вторжении на частную территорию постороннего, и патрульная полицейская машина будет тут как тут…

Если же названный гость не будет открывать калитку и попросту перемахнет через забор, такая предосторожность его тоже не спасет – чувствительные элементы спрятаны под почвой во многих местах территории. Так что дом все равно заметит чужака, а в ночное время еще и ослепит его мощным лучом прожектора.

Кстати, эта же система помогает маме проследить и за собственным малолетним чадом. Даже находясь в доме, на кухне, она на специальном табло видит, куда перемещается ее сын или дочь, не собирается ли дите бухнуться, например, в бассейн?»

Но вот человек добрался до самой двери дома. Чтобы попасть внутрь, надо открыть замок. В данном доме для этого не нужен ключ. Специальное биометрическое устройство может отреагировать на отпечаток пальца, ладони или просто на голоса хозяев дома. Стоит сказать «Сезам, откройся» или еще какое-то «петушиное слово», и замок откроется.

Если же у двери звонит гость, хозяин или хозяйка могут увидеть его на специальном телеэкране, расположенном в той же кухне или в прихожей, и открыть дверь, не подходя к ней, с помощью специальной кнопки.

В прихожей располагается и сам «домовой» – точнее распределительный шкаф и компьютер. Провода от них идут по всему дому, что позволяет «домовому» выполнять самые разнообразные обязанности. Например, ему можно позвонить из города или из автомобиля и попросить включить к назначенному часу плиту или духовку. Хозяин на порог, а дом его уже встречает кипящим на плите кофейником. Если же хозяин вдруг изменил свои планы, то приказ можно и отменить, позвонив вторично.

Современный домашний робот способен оказывать множество полезных услуг

В память компьютера также заложено несколько десятков различных кулинарных рецептов. Так что хозяйка всегда может проконсультироваться с «электронным домовым» по поводу приготовления того или иного блюда. Он же проследит за нормальным режимом работы холодильника.

В ванной «домовой» контролирует температуру воды для купания, может включить подогрев и воды в бассейне, расположенном на участке возле дома. Он же, как заправский водяной, проследит и за нормальным поливом растительности возле дома, отменит полив, если вдруг закапает дождик.

Ну а если в доме намечается стирка, то компьютер же проконтролирует, чтобы стиральная машина точно выполняла заказанный режим, вовремя включит сушильный шкаф и гладильную машину.

Еще одна обязанность «электронного домового» – развлекать гостей и хозяев дома. Он включит и отрегулирует звук в стереосистеме, может транслировать запись с видеомагнитофона или DVD-проигрывателя, расположенного в гостиной, на телеэкран в спальной или в столовой. Он же позволяет использовать телефонные аппараты (а их обычно в американском доме два или три) и для переговоров внутри дома.

Но вот вечер подошел к концу, гости разошлись, а хозяева укладываются спать. «Электронный домовой» заботливо проверит, какая температура в каждом из помещений дома, если надо – включит кондиционер или вентилятор. Он же примет все заказы на завтрашний день: кого и во сколько разбудить, кому о чем напомнить… Проверит, все ли окна и двери в доме закрыты и после этого перейдет в дежурный режим, до утра охраняя покой своих хозяев.

При всем этом «электронный домовой» еще и очень экономный. Электроэнергию для своей работы и функционирования всех систем в доме он берет с крыши, от фотоэлектронных элементов, а излишки заботливо запасает в аккумуляторах. Если есть желание, электроэнергию ему могут поставлять и сами хозяева дома. Для этого надо лишь разместить несложную систему под синтетическими покрытиями на полах дома, и тогда пойдет в дело статическое электричество, вырабатываемое при хождении по паласу, и энергия того «вечного двигателя и прыгателя», который есть в каждом ребенке.

Правда, стоит такой дом общей площадью около 500 кв. м все же немало – около 1 млн долларов. Но конструкторы системы полагают, что по мере того, как будет налаживаться массовый выпуск «электронных домовых» и сопутствующих им систем, они будут стоить все дешевле.

Охота за неуловимым бозоном

Физики Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН), ведущие исследования на большом электрон-позитронном коллайдере (БАК), объявили недавно, что с точностью в 99,99995 % (или 5 «сигма») обнаружили, наконец, загадочный бозон Хиггса, охота за которым велась полвека. Если это событие подтвердится, можно будет считать, что сделано, пожалуй, самое значительное открытие физики XXI века, заявили участники исследований.

Что же так взбудоражило научную общественность мира?

В истории ядерной физики уже бывали случаи, когда открытие, сделанное «на кончике пера» теоретиком, затем блестяще подтверждалось на практике. Классическим считается случай открытия позитрона. Сначала существование этой частицы, которая является своего рода «двойником», или античастицей, электрона, было теоретически предсказано английским физиком-теоретиком Паулем Дираком в 1931 году на основании выведенных им уравнений. А год спустя американский физик К.Д. Андресон экспериментально обнаружил эту частицу – «двойника» электрона, или античастицу с положительным зарядом – в космических лучах.

А вот история с бозоном Хиггса такова. Существование этой частицы было предсказано британским профессором Питером Хиггсом в 1966 году как последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, которую еще называют Стандартной моделью. По мнению Хиггса, эта гипотетическая частица должна отвечать за массы всех других элементарных частиц. Так называемый хиггсовский механизм, который объясняет происхождение массы, был предложен в 1962 году американским физиком Филиппом Андерсоном, а двумя годами позже уточнен тремя независимыми группами ученых – Франсуа Англером и Робертом Браутом, Питером Хиггсом и Джеральдом Гуральником, а также Карлом Хагеном и Томом Кибблом.

Почти два десятилетия назад физик Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми, нобелевский лауреат Леон Ледерман в своей статье как бы в шутку назвал бозон Хиггса «проклятой частицей» (goddamn particle), поскольку она никак не поддавалась идентификации. Однако редактору статьи такое название не понравилось, и он переименовал ее в «божественную частицу» (god particle). Так с легкой руки редактора название «частица Бога» и закрепилось в СМИ и околонаучной литературе.

Детектор ATLAS, с помощью которого был детектирован бозон Хиггса

Зачем понадобилась эта частица физикам? В самом упрощенном виде суть рассуждений здесь такова. Когда Вселенная начала остывать после Большого Взрыва, сформировалась некая гипотетическая сила, известная еще как поле Хиггса. Материальными носителями этой силы, ее квантами, и должны быть, по идее, бозоны Хиггса.

Именно это поле, а не бозон объясняет появление массы у частиц, сформировавших атомы. Без его существования частицы просто пронизали бы космос со световой скоростью. А согласно теории Альберта Эйнштейна, частицы, имеющие массу, разгоняться до скорости света не могут.

То, как работает поле Хиггса, ученые попытались рассказать журналистам на пресс-конференции, созванной по этому поводу в ЦЕРНе 4 июля 2012 года. «Вот вас здесь целая толпа, – пояснил “на пальцах” суть дела один из выступавших. – Представьте, что в эту комнату вошел сам Питер Хиггс. Но пока вы не знаете, кто он такой, и профессор может спокойно передвигаться по комнате. Но как только кто-то из вас узнает его, тотчас вокруг профессора образуется плотная толпа, пробиться через которую ученому уже можно будет с большим трудом. Точно так же и наличие поля Хиггса мы можем обнаружить только по пролету бозона Хиггса, за которым и шла охота столько времени»…

Тут, наверное, стоит привести некоторые пояснения. Все охотники прекрасно знают: чтобы поймать любого, а уж тем более редкого зверя необходимы специализированные ловушки. Та, что предназначена, например, для поимки бобров, не годится для ловли зайцев. А потому исследователи потратили немало усилий и еще больше денег (так только БАК обошелся в сумму порядка 10 млрд евро), чтобы создать такие ловушки.

Сегодня их в мире две. Это тэватрон в лаборатории имени Энрико Ферми (Фермилаб) в США и БАК в ЦЕРНе близ Женевы. Американские физики из Фермилаба в некотором роде «выступили на разогреве» у европейских коллег, представив им окончательные результаты своих более чем десятилетних поисков бозона Хиггса. По их данным, если частица существует, то ее масса должна находиться в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт.

Один из участников этой работы, наш соотечественник Дмитрий Денисов сказал так: «Мы на тэватроне знаем, как открывать частицы. Мы открыли топ-кварк, шесть новых барионов (частиц, состоящих из новых комбинаций кварков. – Авт .), процесс самых быстрых переходов между материей и антиматерией и много других новых процессов. То, что мы видим в наших данных по Хиггсу, напоминает мне все предыдущие открытия – показания в различных каналах и независимо для двух экспериментов в Фермилабе указывает на то, что бозон Хиггса существует»…

Денисов также добавил, что большой вклад в этот результат внесли и российские ученые. Так, в одном из экспериментов было задействовано 100 представителей Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Института физики высоких энергий (ИФВЭ) в Протвине, МГУ имени Ломоносова, Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) и Петербургского института ядерной физики имени Константинова (ПИЯФ).

Все эти работы помогли европейским физикам настроить Большой адронный коллайдер – ускоритель элементарных частиц с окружностью туннеля в 26,7 км, который залегает под землей на глубине от 50 до 175 м. Именно он строился более 10 лет на границе Швейцарии и Франции.

И вот спустя 12 лет после начала работ над БАКом появились первые весомые результаты. Сразу две группы ученых, работающие на детекторах CMS и Atlas, в конце 2011 года заявили о нахождении неких, похожих на бозон Хиггса частиц. Всего таких частиц было обнаружено около 300. Но ученые полагали, что этого мало, чтобы уверенно заявить: «Охота закончена. Мы поймали то, что хотели!»

Для того чтобы быть уверенными в том, ученым необходимо было добиться степени достоверности результатов в 99,99995 % (или 5 «сигма», что соответствует статусу научного открытия). И эксперименты были продолжены, пока… «Мы достигли уровня вероятности почти в 5 “сигма”, – сказал в начале июля 2012 года на семинаре представитель эксперимента CMS Джо Инкандела.

«Такие выводы сделаны на анализе результатов столкновения пучков протонов, циркулирующих практически со скоростью света в обоих направлениях 27-километрового туннеля, – пояснил заявление Инкаделы первый заместитель директора Института ядерных исследований РАН Леонид Кравчук. – Бозон должен находиться среди элементарных частиц, на которые распадаются протоны после столкновения. До последнего времени все существующие в природе частицы были известны, за исключением бозона Хиггса. Без него ученые не могли понять, откуда у других частиц появляется масса»…

Итак, теперь ученые доказали, что массой этой их, наверное, наделяет бозон Хиггса. Правда, пока исследователи знают о нем не очень много, в частности только то, что его вес составляет в среднем 125 гигаэлектрон-вольт (эксперимент Atlas дал результат 126,5 ГэВ, a CMS —125,3 ГэВ, и это при одинаковой статистике столкновений). Теперь им предстоит большая работа по перепроверке полученных результатов, уточнению «портрета» частицы, описанию ее свойств.

Вот, собственно, и все. На том можно ставить точку. Потому как дальше последовали осторожные уточнения. «Однако является ли эта частица бозоном Хиггса, мы пока сказать не можем, для этого нужно измерить ее спин (то есть собственный момент импульса. – Авт .), – поясняют физики. – В самом интересном случае распада бозона на два Z-бозона мы видим только 8 событий, и этого слишком мало, чтобы измерить спин. Если спин будет равен 0, это Хиггс Стандартной модели. Единица исключена другими экспериментами, а если спин будет равен двум, то тогда это будет какая-то экзотическая частица, что даже интереснее».

В общем, ученые осторожно намекают: для того, чтобы окончательно и бесповоротно «заклеймить» обнаруженную частицу как бозон Хиггса, потребуются дополнительные данные и их тщательный анализ. Хотя есть и иные мнения. Например, физик Филипп Гиббс в своем блоге позволил себе выразиться так: «Если нечто плавает в пруду и крякает, как утка, наверное, небезосновательно считать это уткой, особенно когда ты ожидал обнаружить утку. Последующие наблюдения просто покажут нам, какого вида эта утка».

И все же вопрос о том, является ли эта частица бозоном Хиггса Стандартной модели или «мостом» к «новой физике», все еще открыт. Это связано с рядом сложностей наблюдения частиц в современной экспериментальной физике и расшифровки полученных результатов. «Вариантов распада бозона Хиггса, по которым его можно идентифицировать, очень много. Причем на некоторых экспериментальных установках проще регистрировать одни виды распада, на некоторых – другие», – сказал по этому поводу участник эксперимента CMS Андрей Крохотин.

В общем, если обнаруженная частица окажется долгожданным бозоном Хиггса, то можно будет считать строительство Стандартной модели законченным. Если же нет, то новая частица, обнаруженная вместо бозона Хиггса, может стать «мостиком» к пониманию природы таинственных «темной материи» и «темной энергии», которым принадлежит 96 % массы Вселенной, но о природе которых мы толком ничего не знаем.

Словом, физики оставили себе лазейку, хотя и объявили случившееся «вехой в нашем понимании природы». «Обнаружение частицы, похожей на бозон Хиггса, открывает путь к более детальному изучению, для которого требуется больше статистики. Оно позволит детально описать свойства новой частицы и, вероятно, прольет дополнительный свет на тайны нашей Вселенной», – сказал в заключение пресс-конференции генеральный директор ЦЕРНа Рольф Хойер.

Пока же научная общественность сошлась на том, что 83-летнего профессора Питера Хиггса, как и его коллег, которые тоже присутствовали на пресс-конференции, обязательно надо выдвинуть на соискание Нобелевской премии по физике.

Content

Станислав Николаевич Зигуненко
100 великих достижений в мире техники

К читателю

Чудеса высоких технологий

По следам большого взрыва

Космические телескопы

Графеновый прорыв

Чудеса «самолечения»

Как соткать… ракету?

Словно цыпленок из яйца…

Шапки и плащи для невидимок XXI века

Путешествия к центру Земли

Проект «горячая капля»

Звезда в… печи?

Эльбрус нас обогреет?

Завод на вулкане

Жидкий… уголь?!

Вода из Антарктиды

Лед – спаситель

Судьба спасательного «зонтика»

Созидающий… взрыв?!

Электричество из… бомбы?!

Бомба против пожара

Робот-стеноход

Робот-«муха»

Во глубине веков и пирамид

На старте – энтомоптеры

Настоящий ли вы Джеймс Бонд? Или как обмануть детектор лжи

Что можно сделать силой мысли?

Виртуальные путешествия

Компьютер из… пробирки?!

Бактерии учат… стихи?!

Чудеса архитектуры и строительства

Дом-термос

Из чего построить дом?

«Хижина трех поросят»

«Скворечники» для людей

«Сумасшедшие» дома

Дом для карлсона и не только…

«Ковчег» архитектора Ремизова

Подземные города…

Робот строит дом

Отели в космосе…

Как вырастить… дом?

Чудеса транспорта

Космический лифт

Летящие по струнам

Частники в космосе

Кто охотился за луноходом?

Вместо «челнока» – «летающая тарелка»?!

Выдуем… космолет?!

Полет фоссета вокруг света

Современные суперсамолеты

Сверх звука, но без грохота…

Чтобы спасти, надо… взорвать?!

«Вихрелет» колпакчиева

По примеру старика Хоттабыча

Сила зазеркалья

Корабли на колесах

Автотрактор нами

В поход, шароход!

Ушел в поход подземоход…

На поезде, как на самолете?

Передвижные АЭС

Чудеса военной техники

Гиперболоиды XX века

«Глаза» войны

Бомба, которая не убивает?

Когда оружие – звук

Невидимки в океане

Самая большая «акула»

Летающие подлодки, ныряющие самолеты

Чудеса маскировки, или как надуть противника

Сухопутные броненосцы XXI века

Снаряды для защиты

Стрельба без шума

Гипервинтовки для суперснайперов

«Жидкая» броня

Экипировка для штурма

Униформа XXI века

Чудеса сельского хозяйства

Какой заряд у дождика?

Аэродинамика… плуга

Зачем трактору «тапочки»?

Как корова на грядке выросла…

Зачем сеть на картофельном поле?

Картофельный детектор

Ропот про арбузный робот

Мост через… поле

О чем поет огурец?

Растения – индикаторы

Компьютер с… грядки?!

Зачем паспорт корове?

Помощник Геракла

Чудеса быта

Очаг XXI века

Электронные книги, цифровые библиотеки…

Связь на «сотах»

Ренессанс радио

Возможности видеофона

Трехмерное кино

Новинки телевидения

Ода про очки

Секреты часовой спирали

Зачем ткани интеллект?

Портной XXI века

«Кабесот» есть даже на орбите

«Электронный домовой»

Охота за неуловимым бозоном