Скачать fb2
Юный техник, 2001 № 06

Юный техник, 2001 № 06

Аннотация

    Популярный детский и юношеский журнал.


ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК» НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ № 6 июнь 2001

    Популярный детский и юношеский журнал.
    Выходит один раз в месяц.
    Издается с сентября 1956 года.

КАРТИНКИ С ВЫСТАВКИ
И вновь об «Архимеде»

    В прошлом году (см. «ЮТ» № 7 за 2000 г.) мы уже писали о последователях античного мудреца — участниках Международного салона промышленной собственности «Архимед-2000». И вот ныне, в конце марта, его участники собрались в очередной раз. О новой экспозиции рассказывают наши специальные корреспонденты Олег СЛАВИН и Александр НИКОЛАЕВ.


    НОВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ, проекты которых предлагают сотрудники МАИ, конечно же, заинтересовали летчика-космонавта А.Соловьева. В одном из ближайших номеров журнала мы расскажем об этой интересной разработке более подробно.


    ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ВЕТРОРОТОР, как и шнековый, не нуждается в развороте двигателя при перемене направления ветра.


    ШНЕКОВЫЙ ВЕТРОРОТОР отличается от обычных ветряков тем, что позволяет с одинаковой эффективностью использовать ветер любого направления. Кроме того, при той же эффективности он имеет меньшую скорость вращения, а значит — большую надежность и долговечность. Кроме того, как показывает практика, работа шнековых ветродвигателей не создает большого шума и радиопомех.
    Разработана новинка сотрудниками Института криосферы Земли СО РАН, что расположен в г. Тюмени.


    ДЫШАТЬ, И ПИТЬ, И ЕСТЬ, не снимая противогаза, дает возможность несложное усовершенствование, предложенное специалистами Электростальского химико-механического завода.
    «Изюминка» изобретения — в дополнительном клапанном узле, к которому можно подсоединить патрубок, идущий от полиэтиленовой фляги с водой или жидкой пищей.



    На схеме устройства цифрами обозначены:
    1 — корпус; 2 — мундштук; 3 — присоединительное устройство; 4 — клапан; 5 — пружина; 6 и 8 — прокладки; 7 — горловина.

    МИКРОДУГОВОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ, технология которого разработана сотрудниками кафедры «Технология обработки материалов потоками высоких энергий» МЭИ, позволяет получать покрытие, подобное керамике, на алюминии, магнии, титане и других металлах. Благодаря такому покрытию, металл получает невиданную ранее твердость и теплостойкость, отлично противостоит износу и коррозии.
    Как уверяют специалисты, подобные покрытия необходимы в машиностроении, аэрокосмической промышленности, городском водохозяйстве даже при производстве товаров народного потребления. Скажем, электроутюги с подошвами, покрытыми керамикой, гладят куда лучше обычного и служат дольше.

    ЧУГУННАЯ ЧЕРЕПИЦА, а точнее, кровельный лист, обладающий благодаря своему химическому составу и микроструктуре повышенной стойкостью против коррозии, начали выпускать в Туле на ЗАО ГЭМТК. Испытания в климатической камере и натурных условиях позволяют изготовителям дать гарантию, что в течение по крайней мере 50 лет кровля не прохудится, даже если ее не красить.


    На схеме установки, позволяющей вести непрерывное производство профилированного кровельного листа из жидкого чугуна, цифрами обозначены:
    1 — ковш для разливки чугуна; 2 — водоохлаждаемые валки с управляемым приводом, 3 — снимающие проводки; 4 — направляющая; 5 — транспортные ролики; 6 — дисковые ножницы; 7 — прокатная клеть, где производится калибровка и формовка листа; 8 — пресс-ножницы; 9 — транспортер; 10 — пакетировщик; 11 — камера замедленного охлаждения готовой продукции.

    ПРОГУЛОЧНАЯ МИНИ-ПОДЛОДКА предлагаемая сотрудниками московского дизайн-центра «АКВАНТА», может быть доставлена к водоему на прицепе легкового автомобиля. Тем не менее, лодка позволяет двум любителям подводных путешествий пробыть на глубине до 40 м около четырех часов. Скорость под водой около 4 узлов обеспечивает электромотор, питающийся от двух 12-вольтовых аккумуляторных батарей.


    САМЫЕ ЮНЫЕ УЧАСТНИКИ СМОТРА не просто играли — они проводили занимательные физические и химические опыты.


    КАБРИОЛЕТ «БОДИ» московских дизайнеров — участник уже не первой выставки. Однако он по-прежнему привлекает внимание автомобилистов.

РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…
В воздухе — гиганты

    Слышал, что в скором времени должен подняться в воздух самолет, вмещающий чуть ли не 1000 пассажиров. Для чего нужен такой гигант? Каковы особенности его конструкции? Собираются ли строить подобные авиалайнеры у нос?
    Олег Семиверхов,
    г. Казань


    Да, действительно, в начале нынешнего XXI века в воздухе появятся новые, еще более вместительные воздушные суда. Население Земли растет, люди все больше перемещаются по земному шару, и это требует создания многоместных и в то же время комфортабельных летательных аппаратов.
    Конструкторы откликнулись на веяние времени…
    Европейские самолетостроители в ближайшем будущем намерены начать производство самого большого в мире пассажирского авиалайнера. С таким заявлением выступило недавно руководство консорциума «Эрбас индастри», разработавшего аэробус «А-3ХХ».
    На данном этапе воплощению амбициозного проекта в жизнь может помешать лишь отсутствие спроса на самолет-гигант. Впрочем, эксперты «Эрбас-индастри» полагают, что консорциум сможет рассчитывать примерно на 600 заказов в течение ближайших 20 лет.
    Этот оптимизм зиждется на убеждении, что сегодняшние 300-местные лайнеры уже не могут в достаточной мере обеспечить перевозки пассажиров по наиболее загруженным авиатрассам.
    Пока же новый аэробус-гигант существует только в виртуальном мире. Впрочем, уже сегодня — это не просто картинка на экране компьютера. На протяжении многих месяцев в виртуальном мире идут широкомасштабные испытания самолета. Уже точно известно, какие именно материалы будут использоваться при его производстве. А потенциальные покупатели могут ознакомиться не только с технологическими характеристиками авиалайнера, но и получить информацию о его цене. Как утверждают эксперты, после виртуальных испытаний самолет будет нуждаться лишь в доводке и устранении мелких недочетов.
    Европейский супераэробус должен по всем параметрам превзойти американский широкофюзеляжный «Боинг-747».


    Пассажирам в салоне «А-ЗХХ» будет вольготно.


    Вид пилотской кабины «А-ЗХХ».


    Возможные варианты размещения пассажиров и грузов на трех палубах «А-ЗХХ». Причем концерн рассматривает не только традиционное круглое или овальное сечение фюзеляжа, но и более сложные формы — типа горизонтальной «восьмерки» или «кленового листа».

    Он будет не только экономичнее и вместительнее, но и комфортабельнее. Как говорит представитель немецкого концерна ДАЗА, входящего в консорциум, Рольф Брант, длина базовой модели «А-ЗХХ» — 133 м, размах крыльев — около 80 м (на 15 м больше, чем у «Боинга»). Его высота до верхушки киля — свыше 24 м. Впрочем, несмотря на гигантские размеры нового самолета, перестраивать терминалы в аэропортах не придется. Авиалайнер помещается в стандартный ангар площадью в 1600 кв. м.
    Супераэробус будет трехпалубным. На нижней палубе разместится багаж пассажиров и прочие грузы. На верхней и средней палубах — места для пассажиров. «Боинг-747» тоже трехпалубный, но его верхняя палуба гораздо уже и короче средней.
    Стартовая масса самолета может достигать 540 т, что в полтора раза больше, чем у заокеанского конкурента. Однако конструкторы уверяют, что перестраивать и укреплять взлетно-посадочные полосы не придется — 28 колес нового авиалайнера обеспечат минимальную нагрузку машины на полосу.
    Поскольку новый самолет предназначен для эксплуатации на межконтинентальных рейсах, то он имеет максимальную дальность полета около 14 500 км. Причем в будущем, как полагают, дальность можно будет повысить и до 16 000 км. Таким образом можно будет летать прямыми рейсами, скажем, из Лондона в Сингапур или из Сан-Франциско в Гонконг.
    Чтобы добиться таких результатов, конструкторы пошли на максимальное облегчение машины за счет применения композитных материалов, а также сплавов лития, алюминия и т. д. Кроме того, лазерная сварка при соединении частей обшивки обеспечила не только высокую прочность, но и существенно облегчила лайнер за счет отказа от традиционных заклепок.
    Всего запланировано к выпуску семь модификаций нового самолета — 4 пассажирских, 2 грузопассажирских и одна грузовая.
    При самой простой комплектации в самолете смогут разместиться 550 пассажиров. На чартерных рейсах в самолет смогут войти и до 900 пассажиров. Таким образом, по вместимости «А-3ХХ» станет абсолютным чемпионом, поскольку нынешний «Боинг-747» вмещает 524 пассажира.
    Это достигается за счет длинной и широкой верхней палубы, на которой в ряд размещаются сразу 8 кресел, а не 6, как в «Боинге».
    При этом скорость аэробуса остается в прежних пределах — около 900 км/ч. Этого удалось добиться за счет совершенной аэродинамики.
    Чтобы обеспечить безопасность пассажиров в чрезвычайных ситуациях, на каждой стороне самолета будет по 9 дверей. Это позволит в случае нужды всем покинуть самолет всего за 1,5 минуты.
    Кроме того, предусмотрена возможность установления прямой спутниковой связи между медицинским кабинетом на борту самолета и любой из ведущих клиник мира. Говорят, что в случае необходимости на борту можно будет проводить даже операции на сердце.


    Перспективная модель трехпалубного «Боинга».

    Отдельного описания заслуживает внутреннее оформление аэробуса. Широкие лестницы, комфортабельные кресла, применение для отделки натурального дерева приближают самолет к морским судам высшего класса. На борту возможно устройство кинозала, помещений для проведения конференций, а также площадки для детских игр, гимнастического зала и ресторана со своим казино и магазинами беспошлинной торговли.
    Пассажиры первого класса будут иметь возможность принять душ и выспаться на самой настоящей кровати в отдельном купе.
    Самолет будет поделен перегородками на множество салонов, каждый из которых может быть по-разному оформлен.
    Нижняя палуба, как сказано, будет использоваться для багажа. Здесь также разместится кухня, способная обеспечить около 1000 человек трехразовым питанием. Ведь аэробус будет находиться в полете 12–17 часов.
    Двигатели нового авиалайнера будут куда более тихими, чем у нынешних аэробусов. Ведь, скажем, Ил-76 не дают посадки в некоторых европейских аэропортах только из-за того, что они способны разбудить ревом своих двигателей полгорода.
    Расход топлива в расчете на каждого пассажира и километр пути у «А-3ХХ» будет на 20 процентов меньше, чем у того же «Боинга-747».
    Новый аэробус должен появиться на рынке примерно в 2005 году. И он, понятное дело, будет не единственной новинкой авиации XXI века.
    Упомянутая уже корпорация «Боинг» недавно представила на суд общественности первые варианты своего перспективного аэробуса, который сможет вмещать от 550 до 800 пассажиров. По своему внешнему виду и техническим характеристикам он будет во многом напоминать «А-3ХХ»: у него турбореактивные двигатели также расположены под крыльями, три палубы в фюзеляже, такой же комфорт, дальность полета и взлетно-посадочные характеристики. Так что битва за рынок двум гигантам предстоит нешуточная.
    Не хотят оставаться в стороне от новых веяний и наши специалисты. Российские заводы «Авиастар» и «Гидромаш», АНТК имени А.Н.Туполева, институты НИАТ и ЦАГИ не только принимают участие в работах европейского консорциума по созданию «А-3ХХ», но и думают о собственных разработках. Но поскольку с постройкой 600-местных аэробусов, похоже, мы уже опоздали, отечественные конструкторы предлагают ряд концептуальных разработок машин, которые смогут вмещать сразу до 1000 пассажиров и соответствующее количество груза.
    Например, корпорация «Молния» предлагает самолеты «Витязь», «Гераклит» и «Геракл» весьма оригинальной компоновки. Представьте себе два обычных авиалайнера типа, например, Ту-154, соединенных крыло в крыло. Для лучшей устойчивости и управляемости, а также для большей грузоподъемности впереди добавляется еще одна плоскость. В итоге такой спаренный самолет сможет поднимать вдвое больше пассажиров, которые разместятся в двух фюзеляжах.
    Впрочем, в случае необходимости в пространстве между этими фюзеляжами может быть подвешен третий. Этот обтекаемый контейнер сможет вместить в себя как дополнительное количество груза (примерно треть от общей нагрузки), так и пассажиров.
    Между собой эти самолеты различаются размерами, количеством двигателей (от 4 до 6) и соответственно взлетной массой. Так, если взлетная масса «Гераклита» 19,5 т, то у «Витязя» она возрастает до 50 т. А «Геракл» с полной загрузкой вообще весит 450 т и может вместить сразу 1200 пассажиров.
    Причем наличие сменного контейнера позволяет использовать подобные самолеты как в грузопассажирском варианте, так и службой МЧС для доставки средств спасения терпящим бедствие, оказания срочной медицинской помощи и перевозки специальных грузов на внешней подвеске.


    Так будет выглядеть «Геракл».


    Варианты загрузки «Геракла». В грузовом варианте задняя часть фюзеляжа может опускаться к самой земле; в пассажирском варианте в салоне смогут поместить до 1200 пассажиров; в спецварианте самолет может нести на борту даже космический корабль.

    Специалисты АНТК имени А. Н. Туполева разработали концепцию сверхширокофюзеляжного аэробуса типа «летающее крыло», способного вместить сразу не менее 750 пассажиров.
    Шесть турбовентиляторных двигателей этого самолета размещены в хвосте и оснащены не тянущими, как обычно, а толкающими винтами.
    Примерно такой же схемы придерживаются и специалисты ЦАГИ, разработавшие проект летательного аппарата со взлетной массой в 560 т. На нем смогут совершить полет сразу около 1000 пассажиров. А чтобы эта громадина, имеющая размах крыла 106 м, могла поместиться в стандартном ангаре при ремонте и техобслуживании, консоли крыльев у машины сделаны складывающимися, как у нынешних боевых самолетов, которые базируются на авианосцах.
    Самолеты еще большей вместимости уже вряд ли смогут взлетать и садиться на стандартные взлетно-посадочные полосы. Поэтому конструкторы подумывают о дальнейшем развитии гидросамолетов-гигантов. Скажем, в СКВ им. Г.М. Бериева рассматривается эскизный проект гидроплана на 2000–3000 и более пассажиров.
    А профессор университета штата Пенсильвания Хуберт Смит предложил проект системы «релейных» авиаперевозок, предусматривающих использование огромных лайнеров типа «летающее крыло», которые будут постоянно находиться в воздухе и совершать беспосадочные полеты по замкнутым маршрутам или даже вокруг земного шара. Доставку на них пассажиров, багажа и топлива из аэропортов предполагается производить с помощью небольших самолетов, причаливающих к лайнерам в воздухе. Они же будут снимать пассажиров и грузы с борта лайнеров.
    Самолет-лайнер, вмещающий до 4000 пассажиров, составляется уже в воздухе из нескольких самолетов-модулей, каждый из которых сможет летать независимо от других. Они снабжаются специальными устройствами для сцепки с другими модулями и оборудуются системой, обеспечивающей гладкое обтекание крыла воздушным потоком.
    Использование подобных систем обеспечит значительную экономию топлива (до 87 процентов) и снижает на 35 процентов прочие эксплуатационные расходы. Профессор надеется, что первые подобные авиалайнеры появятся в небе к середине XXI века.
    С. НИКОЛАЕВ, инженер

ИНФОРМАЦИЯ

    ГЛАВНОЕ, ЧТОБЫ ПОРВАЛОСЬ… Еще одна разработка сотрудников НИИ текстильных материалов — тканые амортизаторы. Они предназначены для защиты от ударных нагрузок тела человека, упавшего с большой высоты. С этой целью в страховочную веревку вставляют отрезок тканой ленты объемного строения. При резком рывке часть волокон этой ленты, изготовленных в виде петель, распускаются, поглощая энергию удара.
    Аналогичные системы могут быть также использованы для плавной остановки, скажем, гоночных автомобилей, у которых отказали тормоза. а также самолетов, которые выкатываются за пределы посадочной полосы, например, на авианосце. В любом случае использование тканых амортизаторов снижает интенсивность перегрузок, способствует сохранению здоровья пилота или водителя.

    ПЕНОПЛАСТ, НО ИЗ ЦЕМЕНТА. Сотрудники ОАО «Дмитровский экспериментальный механический завод» поясняют, что их установку, не имеющую аналогов в России, можно расположить везде, где есть электричество для запуска электродвигателя: на стройплощадке, в цехе, даже на садовом участке. И вы тут же получите бетон, да не обычный, а вспененный избыточным давлением (до 4 атм.) воздуха.
    Изделия из такого бетона легче, он обладает лучшими теплоизоляционными свойствами. А поскольку пузырьки воздуха, включенные в бетонную массу, практически ничего не стоят, то и стены из такого материала получаются в 2–2,5 раза дешевле аналогичного объема кирпичной кладки или обычного бетона.

    СЫРЬЕ — МОРСКАЯ ВОДА. Технология безотходной переработки соленых вод разработана специалистами Иститута геохимии и аналитической химии имени В.И.Вернадского. Технология включает в себя переработку минерализованной (например, морской) воды новыми безреагентными сорбционными, электросорбционными и мембранными фильтрами. На выходе получается кристально чистая пресная вода, а сами соли могут быть использованы в качестве сырья для химической промышленности.
    На ТЭЦ во Владивостоке построена первая ступень опытной установки, которая дает 240 куб. м пресной воды в сутки, а еще 300 т карбоната магния высокой чистоты в год. Кроме того, имеется техническая документация на строительство в 10 раз более производительной установки.
    Испытания показали, что отечественная технология примерно на 20–30 процентов превосходит аналогичную разработку Калифорнийского университета США, а обходится гораздо дешевле.

    НЕТ ЭКРАНА ЛУЧШЕ, ЧЕМ… ДЖЕРСИ? Сотрудниками НИИ текстильных материалов разработана трикотажная ткань, которая способна предохранять от электромагнитных излучений. Дело в том, что структура этого трикотажного полотна содержит наряду с традиционными текстильными нитями тонкую проволоку из стального сплава с высоким содержанием никеля. Костюм, сшитый из такой ткани, отражает около 70–90 процентов вредных излучений. Предназначена новая ткань для изготовления защитной одежды операторов ЭВМ, радистов, работников телецентров…

ПРИДУМАНО В РОССИИ
Завод на вулкане?

    Осенью 2000 года ученые Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук А. Кременецкого начали уникальный технологический эксперимент. Впервые в мире на вершине действующего вулкана идет строительство опытно-промышленной установки. С ее помощью исследователи надеются получить из вулканического газа стратегически важный и редкий металл рений.


Зачем нужен рений?

    Редкие металлы потому и называются редкими, что их содержание в земной коре очень мало. 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.
    Между тем высокопрочные сплавы для космической и авиационной техники без рения немыслимы. Добавка всего от 4 до 10 % рения позволяет им выдерживать температуры в 2000 градусов и более без потери прочности. Именно из рениевых сплавов изготавливают ныне корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов.
    Кроме того, рений используют 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…
    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 тонны рения. Ныне же потребность только США составляет около 30 тонн 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 поднимается 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 тонн рения, из которых 70 % — в авиации, 5 % — в нефтехимии, 5 % — в электронике и 20 % — в других отраслях.
    Однако потом случилась незадача. В СССР 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.
    Примерно 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 Эрдэнэт в Монголии.
    В общем ныне на долю России 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 стратегически важного сырья. Нужно было искать иной выход из положения. Теперь он найден.

Месторождение в кратере

    Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными в ходе одной из экспедиций, которые ежегодно организует Институт вулканологии и геодинамики РАН под руководством Г. Штейнберга, привлекая специалистов из Новосибирска, Москвы и других научных центров России. И вот в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп Южнокурильской гряды 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, а тихо тлеет.
    На его вершину, как рассказывают вулканологи, можно взобраться и даже без особых опасений заглянуть в его кратер. При этом в темную ночь можно 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…
    Вот почему именно Кудрявый и был выбран в качестве экспериментальной площадки для строительства завода.
    Кроме того, здесь расположены 6 так называемых фумарольных полей — площадок размером 30x40 метров с большим количеством мест выхода газа. Из них четыре — высокотемпературные; вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 градусов по Цельсию. Только на таких «горячих» полях и образуется минерал рениит. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует.
    Исследователи установили с помощью специально сконструированных приборов, что рения непосредственно в вулканическом газе содержится около одного грамма на тонну. За одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тыс. т газов или за год — 20 т чистого рения. Это с лихвой хватит всей нашей промышленности и даже еще 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…


    Технологическая схема процесса концентрирования рения на фумарольных полях вулкана Кудрявый.

Металл из газа

    Каким же образом будут добывать рений на вулкане?
    Наши специалисты разработали и в 1999 году запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись имитировать 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, вскоре 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. Газ пройдет по трубе и попадет в емкость с цеолитом. Цеолит далее будет промываться серной кислотой, которую тоже попытаются получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Затем сернокислый раствор, содержащий рений, прогонят насосами через ионообменную смолу.
    За месяц ученые надеются получить на первой установке килограмм калиевой соли рениевой кислоты, из которой можно выделить 500–700 г чистого рения. Опытно-промышленная установка предусматривает сезонную работу с годовым объемом добычи рения около 280 кг.
    Если все получится согласно расчетам, то вскоре деревянный купол 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.
    Виктор ЧЕТВЕРГОВ

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Ассамблея ассамблеров

    Нанотехнология. Так называется новая, революционная отрасль современной техники. Приставка «нано» происходит от греческого слова nannos — карлик (отсюда, кстати, и нанометр — одна миллиардная доля метра).
    Термин появился в середине XX века благодаря нобелевскому лауреату, известному физику Ричарду Фейнману. Еще в 1959 году он предсказал, что человечество скоро научится манипулировать отдельными атомами, молекулами или живыми клетками и сможет синтезировать все, что угодно. Сам Фейман не дожил до осуществления своей мечты, но идея осталась жить.



Первые шаги

    В 1981 году ученые швейцарского отделения фирмы IBM изобрели силовой туннельный микроскоп. Мы уже рассказывали об этом удивительном инструменте подробно, поэтому лишь вкратце напомним.
    Над полупроводниковой или металлической подложкой расположена тончайшая вольфрамовая игла. Напряжение порядка 10 вольт создает разность потенциалов между иглой и подложкой, являющимися в данном случае как бы обкладками конденсатора. Причем из-за малости зазора и крошечных размеров кончика иглы напряженность электростатического поля получается весьма солидной — около 108 В/см. Это поле и является основной действующей силой туннельного микроскопа: точнее, одной из его разновидностей — атомного силового микроскопа.
    Работать этот агрегат может в двух режимах. Если с помощью специальной схемы поддерживать ток между иглой и подложкой постоянным, то при сканировании (многократном проведении иглы над поверхностью) она будет то опускаться, то приподниматься, в зависимости от рельефа, как патефонная игла копирует профиль поверхности.
    Поскольку любой механический привод весьма груб, перемещениями иглы на субатомные расстояния управляют с помощью пьезоэффекта. Керамическая пьезотрубка при подаче на ее электроды управляющего напряжения меняет свою форму и размеры, что позволяет в зависимости от сигнала перемещать иглу по трем координатам. Насколько велика чувствительность микроманипулятора, можно судить по таким цифрам: при изменении напряжения на 1В таким игла смещается на величину порядка 2–3 нанометров.
    Ведя таким образом иглу над поверхностью рельефа, довольно просто получить серию электрических кривых, которые с высокой степенью точности будут описывать характер изучаемой поверхности. Воочию ее можно увидеть на экране персонального компьютера.


    1. Нанороботы внутри кровеносных сосудов ведут ремонт организма.
    2. Эти шестеренки, едва видимые на ладони невооруженным глазом, — детали первых наномеханизмов.

    Изобретение такого микроскопа стало этапной вехой в создании практической нанотехнологии. Ведь, кроме «микроскопии на ощупь», с помощью аналогичной установки можно формировать саму поверхность. Хорошо известно, что электрическое поле влияет на характер диффузии — проникновения атомов со стороны в поверхностные слои вещества.
    Если игла подведена к поверхности чересчур близко даже по меркам нанотехнологии, то в локальном поле появляются силы, достаточные для того, чтобы стягивать к игле атомы, подобно тому, как к наэлектризованной стеклянной палочке притягиваются бумажки и соринки. Увеличив поле, можно даже оторвать от поверхности одиночный атом, перенести его в другое место, а затем внедрить его там, сменив полярность напряжения на игле так, чтобы атом отталкивался от нее.
    Именно таким образом, например, в 1990 году специалисты фирмы IBM «нарисовали» фирменный знак своего предприятия, использовав всего 35 атомов ксенона. А первый в мире робот, созданный компанией «Ксерокс» в начале 90-х годов, вылавливал отдельные атомы, а затем использовал их для художественного конструирования. Так маленькие дети используют элементы конструктора для своих поделок.
    Первые шаги в развитии нанотехнологии были сделаны. Что дальше?

Детские забавы?

    Большинство предметов, созданных человеком, как известно, насчитывают в своей структуре триллионы триллионов атомов. И для того чтобы получить из какого-то сырья полезную вещь, надо эти атомы упорядочить.
    Конечно, от изготовления первых кремневых рубил до создания компьютеров на кремниевых микрочипах — дистанция огромного размера. Но суть методики всегда одна — обрабатывая детали, мы отсекаем лишнее, пытаемся навести какой-то порядок в кристаллической структуре. Современные технологи уже научились обращаться с объектами микрометровых размеров. Свидетельством тому те же микрочипы, в которых работают группы в тысячи атомов или даже в сотни.
    Еще один шаг вниз — в наномир — позволит производить вещи из отдельных атомов, делать машины, сравнимые по размеру с крупными молекулами.
    Да, пока первые опыты постижения наномира опять-таки похожи скорее на детские забавы. Как уже упоминалось, с помощью туннельного микроскопа исследователи выкладывают буквы высотой в 6–8 атомов, образующие название корпорации. Или с помощью приложенного электроимпульса открывают и закрывают коробочку длиной в несколько нанометров. Или заставляют крутиться молекулу-пропеллер…
    Все это не более чем «проба пера». Хотя современная технология позволяет манипулировать отдельными атомами, но выглядят такие операции довольно неуклюже: для транспортировки одного-единственного атома служит огромный по сравнению с ним прибор. Это как если бы многотонный самосвал вез одну горошину.
    Исследователи понимают недостатки нынешней технологии и мечтают научиться создавать настоящих нанороботов, которые бы работали с атомами, сами будучи размером с нанометр.
    Дело дошло до того, что Институт Форсайта пообещал премию в четверть миллиона долларов тому, кто построит «руку», способную манипулировать с веществом на молекулярном уровне. И ныне уже есть подробный проект такого устройства.
    У позиционирующего устройства будет шесть степеней свободы. Каждая будет управляться своей пневмосистемой, приводимой в действие давлением инертного газа, а цилиндрами послужат углеродные нанотрубки. Все в общем-то довольно просто, даже примитивно. Однако пока такая «рука» не создана. Ведь осуществить такой «примитив» куда сложнее, чем, скажем, подковать пресловутую лесковскую блоху.
    Тем не менее, исследователи надеются, что первые «наноруки» вот-вот появятся.


    Так выглядит сегодня главный блок атомного силового микроскопа.

«Наноруки» на нанозаводах

    Первой областью, в которой они начнут работать, наверное, станет микро-, точнее, наноэлектроника. Дело в том, что у микросхем, изготовляемых традиционным способом, есть два фундаментальных недостатка. Во-первых, традиционная технология, как уже говорилось, не может оперировать с элементами схем меньше сотен атомов в размере. И во-вторых, она не позволяет создавать объемные схемы, что повысило бы вместимость чипов в десятки раз и во столько же уменьшило их размеры. А это, в свою очередь, открыло бы возможности создания нейронных схем, подобных тем, что работают в человеческом мозге.
    Первые шаги в этом направлении уже сделаны! В 1998 году датские ученые продемонстрировали атомный триггер, состоящий из… одного атома кремния и двух атомов водорода.
    Можно сказать, что современная техника уже вплотную приблизилась к теоретической возможности запоминать и передавать бит информации с помощью одного электрона.
    Однако настоящая революция в нанотехнологии произойдет, лишь когда десятки, сотни «нанорук» под управлением нанокомпьютеров будут собраны в бригады, появятся первые нанозаводы, способные, следуя заданным программам, собирать из отдельных атомов другие наномашины.
    Такие устройства некоторые специалисты называют «ассемблерами», или сборщиками. Ну а бригады, состоящие из них, — соответственно «ассамблеями» или «ансамблями».
    Полагают, что лет через 10–15 такие ансамбли смогут переставлять с места на место примерно миллион атомов в секунду. За тысячу секунд, или немногим больше чем за 15 минут, такой ассемблер сможет скопировать самого себя. Это уже сопоставимо с тем временем, за которое воспроизводит сама себя обыкновенная бактерия.

По нашему образу и подобию?

    Отсюда вытекают уже грандиозные возможности — тонна ассамблеров сможет быстро построить тонну еще чего-нибудь. Причем конечный продукт будет иметь все свои триллионы триллионов атомов в нужных местах без всяких стружек и прочих отходов.
    А это фактически приведет к тому, что станут совершенно ненужными все современные производства, начиная от сталеплавильных комбинатов и машиностроительных заводов и кончая агрофермами и пищевыми комбинатами. Зачем что-то растить на огороде, когда готовый продукт можно сразу получить в чане биореактора?..
    В свое время (см. «ЮТ» № 10 за 1988 г.) мы писали о том, что современная технология позволяет ракеты не строить, а… ткать. Сегодня мы можем помечтать о том времени, когда ракетные двигатели для тех ракет будут выращивать.
    Представьте, в цехе стоит огромный бак, внутри которого расположена опорная плита. На ней — «семя»-механозародыш — нанокомпьютер с хранящимися в кем планами будущей конструкции. На поверхности «зародыша» имеются места, к которым прикрепляются ассемблеры.
    Насосы заполняют емкость густой жидкостью, которая состоит из ассамблеров (их вырастили и перепрограммировали в другом чане), а также того сырья, из которого хотят получить нужное нам изделие.
    Ассамблер-сборщик прилипает к «семени» и получает от него инструкцию по дальнейшим действиям. А дальше все идет примерно так же, как в живом организме после оплодотворения. Одна клетка делится на две, те еще пополам… Сначала эти «клетки» не имеют специализации, они просто наращивают количество себе подобных.
    Но вот рубикон перейден, количество перешло в новое качество. И ассамблеры начинают специализироваться. Их сообщества постепенно превращаются в органы — детали будущего агрегата. За несколько часов каркас из ассамблеров вырастает так, что уже соответствует конечной форме двигателя.
    По мере того, как ведется сборка, в «семя» поступают запросы на те или иные химические элементы, и их по мере надобности добавляет в бак. И к концу смены, глядишь, из него вынимают уже готовый двигатель. Или тонну колбасы… Или фруктовое пюре…
    Ведь ассамблерам в общем-то без разницы, что именно делать.

Растущие механизмы

    Когда же можно будет ожидать появления первых наномеханизмов? Известный специалист Эрик Дрекслер полагает, что такое производство получит широкое распространение уже к середине нынешнего века.
    И тогда наше хозяйство преобразится. Комплексы нанороботов заменят естественные «машины» для производства пищи — растения и животных. Вместо длинных цепочек «почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко» останутся лишь «почва — нанороботы — молоко».
    Или, если хотите, сразу творог. Или мясо. Уже жареное…
    В быту появятся умные вещи, созданные наномашинами. Мало того, что они смогут видеть, слышать и даже соображать. На базе нанотехники ничего не стоит создавать предметы и конструкции, изменяющие свою форму и свойства.
    Скажем, в зависимости от количества пассажиров автомобиль, например, сможет отращивать дополнительные сиденья, а его двигатель — заживлять царапины на стенках цилиндров.
    Человечество перестанет вредно влиять на окружающую среду. Потому как все отходы будут тут же превращаться в полезное исходное сырье для новой нанопереработки.
    Таковы перспективы завтрашнего дня, обрисованные зарубежными специалистами.

Скатерть-самобранка XXI века

    «Ну а что делают наши нанотехнологи?» — наверняка спросите вы.
    Мы уже рассказывали (см. «ЮТ» № 10 за 1993 г.), как работают специалисты в НИИ «Дельта», где создают первые образцы «скатертей-самобранок XXI века». Именно так называет устройства, создаваемые здесь, один из его конструкторов — П.Н. Лускинович.
    И ему вполне можно верить, поскольку его слова подтверждаются работами сотрудников возглавляемой им лаборатории.
    Со стороны все выглядит на редкость обыденно. 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, а тот, в свою очередь, командовал молекулярной сборкой. И на телеэкране было отчетливо видно, как на глазах менялся рельеф бугристой поверхности — одни атомы замещались другими.
    Атом к атому, молекула к молекуле… Получается клетка. 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 довольно 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 уже не забудет. И вскоре сможет выполнять разученные операции со сказочной быстротой, круглые сутки без остановки.


    П.Н. Лускинович (в центре) со своими коллегами.
    Станислав СЛАВИН

СЕКРЕТЫ НАШИХ УДОБСТВ
Цифры вместо «птичек»

    Последнее время в магазинах все чаще наряду с обычными фотоаппаратами продают так называемые цифровые фотокамеры. Не могли бы вы рассказать, чем они отличаются от обычных? Каковы их преимущества и недостатки?
    Олег Воротников,
    Московская область

    Цифровой аппарат отличается от пленочного прежде всего тем, что в нем изображение воспринимает не пленка, а электронная матрица. В большинстве бытовых цифровых аппаратов она имеет меньшие размеры, чем стандартный кадр 24x36 мм. А если размер «негатива» составляет всего 1/8 пленочного кадра, это позволяет значительно уменьшить габариты самого аппарата, снизить стоимость объективов к нему. В итоге аппаратура получается весьма компактной, легкой и довольно дешевой при неплохом качестве изображения.
    Дело в том, что качество цифрового снимка определяется не размером негатива, как в обычной фотографии, а разрешением матрицы. Она измеряется в пикселях — точках на единицу площади. Так, скажем, для журнальной обложки хорошего качества размером А4 (то есть стандартный бумажный лист 210x297 мм) требуется, чтобы качество изображения было в пределах 3 млн. пикселей (или 240–250 пикселей на дюйм). Если вам нужно изображение размером АЗ — то есть вы собрались печатать шикарный многокрасочный календарь, — вам необходимо 4–5 млн. пикселей (или 400–450 пикселей на дюйм).
    Причем количество чувствительных точек на матрице, вообще-то говоря, слабо связано с ее собственными размерами. Даже при площади в 1/8 обычного кадра число пикселей может достигать 3 и более млн. Правда, при увеличении размеров самой матрицы, как правило, повышается чувствительность каждого элемента. Если, скажем, при мини-формате максимальная чувствительность составляет около 400 ед. АСА, то при размерах матрицы, скажем, в 1/2 стандартного кадра чувствительность уже может быть 1600 ед. АСА, а то и выше.
    Обычные пленки такой чувствительности уже имеют довольно сильное зерно и искаженную цветопередачу. В общем, при съемке на такую пленку никогда не знаешь толком, что у тебя получится. Здесь же без особого напряжения можно проводить съемки в ночном городе с рук, не пользуясь штативом. И все получится резким, без обычной в таких случаях «шевеленки».


    Цифровая камера «Nicon D1» созданная на базе обычного фотоаппарата.

    Цифровой аппарат «Olimpus C-2500L».


    Цифровой аналог обычной мыльницы «С-3030 Zoom».


    Изображение кадра можно наблюдать непосредственно на задней стенке камеры.

    Вполне приличный цифровой фотоаппарат типа «мыльницы» в начале 2001 года можно было купить за 300 долларов. За 400 долларов — вы уже выбираете, какие «примочки» в вашей камере должны иметь место. В пределах 700 — 1000 долларов стоит зеркальный цифровой фотоаппарат, снимки с которого уже можно использовать профессионально.
    Причем такой аппарат уже может быть оснащен 10-кратным «зумом». Такой же объектив с переменным фокусным расстоянием для обычной пленочной камеры стоит порядка 2500 долларов, имеет такой вес и размеры, что держать в руках камеру с таким объективом становится тяжело, для съемки обязательно нужен унипод или штатив.
    Само изображение, несмотря на то, что в электронном виде оно может занимать десятки мегабайт, не создает особых неудобств. После дня съемки фотограф сгружает все «картинки» в свой портативный ноут-бук и переписывает затем на компакт-диски. Скажем, в камере Д-30 производства фирмы «Кэнон» носитель размерами в половину спичечного коробка имеет вместимость около 1 гигабайта. Этого вполне достаточно, чтобы сделать около 100 снимков.
    Более того, уже появились камеры, которые имеют компакт-диски внутри. И когда один заполнен, то его можно заменить, как меняют ролик пленки в обычной камере.
    В Японии ныне продают больше цифровых фотоаппаратов, чем пленочных, потому что в стране налажена инфраструктура обработки изображений — качественной их печати на бумаге. На начало XXI века в Европе имеется 10 процентов цифровой техники, в нашей стране — не более 1 процента. Потому как в Москве всего несколько точек, где можно обработать такие цифровые снимки. Но процесс уже пошел.
    Наконец, несколько слов о том, что делают после того, как съемка окончена. Компакт-диск с изображением помещают в приемную щель обычного персонального компьютера. На экране дисплея кадр можно ретушировать, менять цветовой баланс, убирать «красноглазие», добавлять по желанию романтическую дымку на дальнем плане, «впечатывать» на чистое небо облака, монтировать изображение с двух или нескольких кадров.
    После того, как обработка закончена, нажимается кнопка и струйный принтер в течение 2–3 минут выдает готовый снимок на писчей бумаге. При этом можно гарантировать, что его качество будет не хуже обычного цветного фотоотпечатка. А если еще воспользоваться специальной бумагой, то полученные картинки будут наверняка красочнее, сочнее, чем даже иллюстрации в хорошем альбоме, выполненном по всем правилам офсетной печати.
    Особенно удобна цифровая фотосъемка для репортеров. Современная техника позв