Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2010 № 07
Но не зря же говорят, что новое — это хорошо забытое старое. Специалисты вспомнили об опыте нашего замечательного ученого и инженера В.Г. Шухова, который еще в начале прошлого века создал ажурное перекрытие на Киевском вокзале, а потом сконструировал металлическую сетчатую башню на Шаболовке, откуда начинались первые в нашей стране телетрансляции.
И решили использовать прочные и легкие сетчатые конструкции в космическом деле.
Микрофотографии металлических сетеполотен: а и в — из стальной проволоки диаметром 20 мкм; б и г — из вольфрамовой нити диаметром 15 мкм.
Сейчас по этой технологии серийно изготавливают оболочки ракет боевого ракетного комплекса «Тополь-М», тяжелой грузовой ракеты «Протон-М», а также морской ракеты нового поколения «Булава». На стадии экспериментального производства находятся также космические платформы, разрабатываемые в Центре информационных спутниковых систем им. М.Ф. Решетнева, а также и проектируются конструкции космических носителей в РКК «Энергия» им. С.П. Королева.
Разработанные в России сетчатые композитные конструкции получили признание за рубежом и даже особое название — Russian Anisogrid Structures.
Подобная технология интересна и авиастроителям. Уже завершен эскизный проект композитной конструкции секции фюзеляжа, стабилизатора и концевой части крыла для отечественного пассажирского самолета МС-21.
Понятное дело, что освоить такую технологию инженерам помогают текстильщики. Они принимают активное участие в новых разработках. Так, по словам ректора Московского государственного текстильного университета (МГТУ), профессора, доктора технических наук С.Д. Николаева, более трети материалов, используемых в летательных аппаратах, состоит из «технотекстиля».
Работы эти были начаты на кафедре технологии трикотажа еще в 70-х годах прошлого столетия совместно со специалистами НПО прикладной механики, возглавляемым тогда академиком М.Ф. Решетневым. Текстильщики совместно с инженерами трудились над созданием легких, прочных и гибких материалов на базе вязаных сетеполотен.
Группа специалистов под руководством профессоров Л. А. Кудрявина и В.А. Заваруева разработала технологию производства трикотажа из тончайших металлических нитей. Нить, а точнее, проволока диаметром 30–50 мкм, была использована для создания антенны, которую в 1985 году установили на космической станции «Мир».
В последующих разработках для повышения эластичности материала и снижения его веса была разработана технология вязания антенн из вольфрамовой микропроволоки диаметром 11–15 мкм и стальной — диаметром 20 мкм. Из них стали «ткать» сетеполотна с размеров ячейки до 0,2 мм.
Шуховская башня на Шаболовке.
Обрабатывать такие волокна на обычных текстильных машинах оказалось не просто: проволока не переносит многократных изгибов, ломается, пружинит. Но наши ученые нашли выход из положения — проволоку окутали оболочкой из материала, который можно было после того, как трикотаж готов, просто-напросто сжечь.
Трикотажное сетеполотно оказалось почти идеальным материалом для отражательной поверхности антенн телекоммуникационных спутников. Оно прекрасно складывается или разворачивается, не оставляя складок на поверхности антенны. А для улучшения радиоотражающих свойств на сетеполотно наносятся покрытия из золота или никеля; в итоге коэффициент радиоотражения достигает 99 %.
Сетка легкая, она весит всего около 30–40 г/м2, что очень важно для космической техники, когда каждый избыточный килограмм, выводимый на орбиту, обходится в несколько лишних тысяч долларов. В качестве материала для полотна наши специалисты используют сталь, вольфрам или молибден. Трикотажный материал поверхности антенны выдерживает удары космических частиц. Сегодня, когда идет подготовка к запуску космических радиотелескопов «Радиоастрон» и «Миллиметрон», сетеполотна для отражения радиоволн востребованы как никогда.
На кафедре технологии трикотажа занимаются и крупноячеистым сетеполотном, которое успешно применяется для изготовления подложек солнечных батарей космических кораблей, а также, как уже сказано, для изготовления элементов конструкций самих ракет.
Публикацию подготовил В. ВЛАДИМИРОВ
ПРЕМИИ
Свет и электричество
ПОЗВОЛЯЮТ ЗАФИКСИРОВАТЬ И ПЕРЕДАТЬ ИНФОРМАЦИЮ ЗА СОТЫЕ ДОЛИ СЕКУНДЫ
Лауреатами Нобелевской премии по физике 2009 года стали трое американских ученых.
76-летний Чарлз Као удостоился высокой награды «за новаторские достижения в области оптоволоконной связи». Или, говоря проще, за то, что в 1966 году выполнил вычисления, которые позволили ему с уверенностью заявить: световой сигнал по стекловолокну можно передать на расстояние более 100 км. Это было на редкость смелое заявление, поскольку на практике в то время по волоконным проводникам сигнал передавали на расстояние не более… 20 м!
Однако Као это не смутило. Он верил в свои расчеты и показал, как достичь теоретических показателей на практике. По его мнению, нужно было не столько улучшить конструкцию волоконного кабеля, сколько повысить качество самого стекла, избавив его от примесей, задерживающих и искажающих сигнал.
С его легкой руки был разработан метод зонной плавки, позволивший получать сверхчистое волокно. Через 4 года Као представил всем практическое доказательство верности своих расчетов. Образец длиной в 1 км побил тогда все рекорды дальности передачи оптического сигнала. И это было лишь началом. Као словно бы открыл шлюз некоей плотины: изобретения полились потоком, дальность передачи полезного сигнала по стекловолокну непрерывно нарастала. Так, в 1988 году по дну Атлантического океана был проложен стекловолоконный кабель длиной в 6000 км, который соединил Европу с Америкой. Ну, а сегодня суммарная длина таких кабелей превысила уже 1 млрд. км! Работа Всемирной паутины — Интернета — попросту немыслима без исследований Чарлза Као.
Стекловолокно удобно еще и тем, что не чувствительно ни к молниям и другим электромагнитным помехам, как медные провода, ни к магнитным бурям, как радиопередачи. При этом затухание самого сигнала составляет всего 5 % на километр. А ведь на заре сверхдальних передач инженеры бились над тем, чтобы до конца километровой дистанции добиралась хотя бы одна сотая первоначальной мощности.
Не менее революционно и второе открытие, удостоенное той же премии. Заслуги американцев — 85-летнего Уилларда Бойла и 79-летнего Джорджа Смита может оценить каждый, кто держал в руках цифровой фотоаппарат или мобильный телефон с камерой. Их ядро — ПЗС-матрица, прибор с зарядовой связью, прототип которого создали в 1969 году Бойл и Смит.
Джордж Смит.
Уиллард Бойл.
Как подчеркнул У. Бойл, они со Смитом вряд ли бы взялись за создание ПЗС-матрицы, если бы не особая атмосфера, царившая в лаборатории Белла, где они тогда работали. Никто никого не подгонял, не заставлял писать бесчисленные планы и отчеты, не указывал, что именно следует делать в первую очередь. И такая свобода позволила ученым решиться на разработку «безумной идеи», которая, казалось, не имеет перспектив.
Кроме того, исследователям было всегда с кем посоветоваться — ведь в лаборатории Белла к тому времени уже работало около десятка нобелевских лауреатов, и они всегда могли подсказать что-то дельное.
Предполагалось, что разработка Бойла и Смита может, в первую очередь, пригодиться в телевидении. Но со временем выяснилось, что она может произвести переворот в фотографии и кинематографе. Сегодня, вы знаете, на смену пленке пришли электронные матрицы и фотография из аналоговой стала цифровой. Цифровые снимки можно распечатать на бумаге, а можно переслать по волоконным линиям связи из одного конца земного шара в другой.
Кроме того, цифровые методы визуализации изображения оказались весьма полезны в криминалистике, медицине, астрономии. Благодаря ПЗС-матрицам мы получаем снимки из далекого космоса с помощью космических станций и орбитальных телескопов, можем заглянуть на океанское дно, получать изображения почти в полной темноте из глубин человеческого организма…
С. ЗИГУНЕНКО
ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Блин на шаре, или как совершить прорыв в математике
Наш соотечественник, математик Григорий Перельман из Санкт-Петербурга, удостоен престижной международной Премии тысячелетия за доказательство теоремы Пуанкаре.
