Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 04
В тот момент, когда пишутся эти строки, специалисты ждут, оправдаются ли их расчеты. Впрочем, даже если «Нодзоми» и не станет спутником Марса, как планировалось, длительное космическое путешествие уже принесло кое-какие плоды. В ходе его получены тысячи фотографий Марса, Юпитера и других небесных тел Солнечной системы.
Зонд «Нодзоми» перед стартом.
Подобным опытом исследователи надеются пользоваться и в дальнейшем. Специалисты из Лаборатории реактивного движения в Пасадене (штат Калифорния, США) подумывают даже о том, чтобы создать атлас межпланетных «шоссе», которые позволят сделать космические путешествия по Солнечной системе более дешевыми и скоростными.
Идею создания такого атласа подал ведущий инженер лаборатории Мартин Ло, опираясь как на эффект космической пращи, так и на точки Лагранжа. Об эффекте пращи уже сказано. Но не следует также забывать, что многие планеты имеют собственные спутники и нельзя не учитывать гравитационное взаимодействие между ними.
Наша Земля, например, в совокупности с Луной создает несколько так называемых лагранжевых точек, где силы тяготения Луны и Земли уравновешивают друг друга. (Впервые задачу о гравитационном равновесии трех тел поставил французский математик Жозеф Луи Лагранж в XVIII веке, отсюда и название.) В таких точках космический корабль может двигаться, затрачивая для маневра минимум горючего.
Так вот, определив все лагранжевы точки нашей Солнечной системы, Мартин Ло создал карту «межпланетного хайвея». Если прокладывать трассы межпланетных путешествий через них, можно сделать полет гораздо дешевле.
Задачи на равновесие небесных тел Ж. Лагранж начал решать еще в XVIII веке.
Г. СМИРНОВ
«Ракета» на шоссе
Недавно услышал по радио о новом четырехколесном мотоцикле «Томагавк». Известны ли какие-либо подробности о нем?
Саша Капустин,
г. Ижевск
Впервые показанный на последнем Североамериканском Международном автосалоне в Детройте, этот мотоцикл привел публику в восторг. «Его не случайно назвали «Томагавком», позаимствовав это имя у крылатой ракеты, — писали газеты. — Ведь максимальная скорость новой машины 420 миль в час!»
Что уж говорить о заявленной скорости. Четыреста двадцать миль, или почти 670 км/ч. Кто и на каком шоссе может лететь почти как самолет?
Такую скорость, по идее, мотоциклу обеспечит двигатель Viper V10 мощностью в 500 л.с. с общим объемом цилиндров в 8,3 л. А повышенную устойчивость машине создадут не два, как обычно, а четыре колеса. Как видно на снимках, они сдвоены. Причем так хитро, что даже при поворотах, когда мотоциклист вместе с машиной наклоняется, входя в вираж, мотоцикл будет цепляться за грунт всеми четырьмя шинами (см. фото).
Огромный мотор занял почти все пространство. И чтобы его разместить, мотоцикл пришлось сделать необычно длинным — его общая длина — 260 см. Соответственно возросла и масса: несмотря на то, что сделан мотоцикл в основном из легких алюминиевых сплавов, его вес — 680 кг. Так что если он вдруг все же завалится набок, одному его не поднять.
Расход горючего в паспортных данных не указан. Но ясно, что он не мал: бак мотоцикла столь велик, что мотоциклист вынужден не сидеть, а скорее лежать на этом «алюминиевом коне». Впрочем, об экономии никто не думал. Все здесь сделано на заказ из огромных цельных блоков алюминия, отфрезерованных до нужного размера.
Обратите внимание на вилки подвески задних и передних колес. Они не вертикальные и даже не наклонные, как на обычных мотоциклах, а горизонтальные. При резком разгоне и торможении вертикальные вилки могли бы попросту сломаться.
Чтобы остановить такую махину, пришлось оснастить ее мощными дисковыми тормозами, способными намертво «прихватить» и гоночный автомобиль.
Тем не менее, по мнению известного гонщика Дэйва Кампоса, не раз разгонявшегося на мотоциклах до скорости более 200 км/ч, вряд ли найдется смельчак, который сможет достичь на новом супербайке 300-километрового рубежа. «На высоких скоростях гонщика просто сорвет с мотоцикла встречным потоком воздуха», — сказал он. Поразмыслив немного, и сами создатели Dodge Tomahawk снизили планку. Сейчас речь идет уже о скорости «в 300 миль с небольшим», или о 480 км/ч. И достичь ее решили не на шоссе и даже не на гоночной трассе, а в ходе показательного заезда по дну соляного озера, где обычно проводят заезды рекордных автомобилей.
НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ
Колебания вокруг маятника
Эту удивительную историю рассказал мне студент мехмата МГУ Кирилл Пшинник. Познакомились мы на одной из выставок научно-технического творчества молодежи, где он демонстрировал довольно странную конструкцию — торчащий вертикально стержень с грузиком-маховиком наверху, отклонить который в сторону было довольно трудно — тот упрямо возвращался к первоначальному положению.
— Перед вами наглядная демонстрация одного из положений теоретической механики, — пояснил тогда Кирилл. — Когда в курсе теормеха изучают маятник, почему-то многие забывают, что у него, в принципе, может быть два устойчивых положения. Первое, когда грузик направлен вертикально вниз. И второе, когда он направлен вертикально вверх. Наша лабораторная установка и предназначена для наглядной демонстрации этого эффекта…
Примитивным аналогом такой установки может послужить известный многим «фокус». Практически каждому после небольшой тренировки удается удержать на кончике пальца стоящую вертикально палку. Равновесие мы удерживаем, благодаря едва заметным перемещениям пальца, не позволяя вектору центра тяжести выходить за пределы окружности поперечного сечения палки. А коли так, соблюдаются условия равновесия. Палец студенты заменили вращающимся маховиком. Появился гироскопический эффект, позволяющий маятнику устойчиво держать равновесие в непривычном положении.
И это еще не все. Сама по себе демонстрационная установка — лишь предтеча довольно серьезных исследований по устойчивости механической системы, имеющей лишь одну опору. Говоря проще, с помощью таких систем Кирилл и его коллеги изучают, каким образом может сохранить равновесие робот, «прыгающий на одной ножке».
— Подобные тренировки позволяют и нам, людям, устойчиво сохранять равновесие при ходьбе и даже беге, — пояснил Пшинник. — Этому же мы ныне «обучаем» и создаваемых нами роботов-андроидов. Научившись сохранять равновесие на одной опоре, он затем будет не только стоять устойчиво на своих двоих, но и сможет ходить, бегать и прыгать…
Пока что андроиды — не более чем экспериментальные модели. Но в будущем, как предполагают конструкторы, таким машинам можно будет доверить работу спасателей, пожарных, бойцов из отрядов спецназначения, которым зачастую приходится выполнять задания с риском для собственной жизни.
— Вашим читателям, наверное, будет интересно узнать, что начало научным исследованиям по «обратному маятнику» положил еще в первой половине прошлого века наш замечательный конструктор, академик В.Н. Челомей, — продолжал свой рассказ Кирилл. — Тот самый Владимир Николаевич Челомей, под руководством и при непосредственном участии которого были разработаны корабельные крылатые ракеты, могучая ракета-носитель «Протон», орбитальная станция специального назначения «Алмаз» и многие другие конструкции.
Парадокс: при определенных условиях (при совпадении собственной и возбуждающей частоты) положение маятника «вверх» так же устойчиво, как и положение «вниз». Цифрами обозначены:
1 — маятник в положении «вверх»; 2 — маятник в положении «вниз»; 3 — основание; 4 — величина возможного отклонения при сохранении равновесия; 5 — траектория перехода из положения «вверх» в положение «вниз».
Двигаясь по траектории 3, искривленной случайными воздействиями, ракета уйдет далеко от цели. А вот согласование динамических характеристик автопилота и ракеты на участке 2 выводит ее на нормальную траекторию 4, близкую к идеальной траектории 1.
При чем тут «обратный маятник»? — спросите вы. В свое время совсем еще молодой кандидат технических наук Владимир Челомей из уравнений движения вывел, что могут существовать условия, при которых положение маятника «вертикально вверх» так же устойчиво, как и «вертикально вниз». Иными словами, если маятник в таком положении чуть отклонить и освободить, он не свалится вниз, а вернется в первоначальное положение.
