Рубрики: 
Авг.8,2010Что бы вы сказали, если океанский лайнер стоимостью сотни миллионов долларов после первого же рейса на другой континент нужно было отправлять на свалку! Или то же самое делать с автомобилем после первой по-ездки! Наверное, такие «шедевры» техники никому не нужны: пользоваться ими слишком дорогое удовольствие.
Однако, как это поначалу ни покажется странным, именно так (или почти так) обстоит сегодня дело с использованием космической техники. И поразительнее всего это досадное обстоятельство видно на примере американской ракетной системы «Сатурн-5» с кораблем «Аполлон», предназначенной для полета на Луну. Вспомним ее конструктивное решение. Трехступенчатая ракета с венчающим ее кораблем имеет пред¬стартовый вес 2700—2900 т. Разгонные блоки выводят на орбиту искусственного спутника Земли полезную нагрузку 130 т, а затем на трассу к Луне корабль «Аполлон» весом 45 т. Сам корабль состоит из командного и служебного отсеков (28,3 т) и 2-ступенчатого лунного модуля (14,5 т). Подробнее…
Изведанное и интересное
статьи, публикации и прочие синонимы
Привет! Спасибо что вы посетили мой блог! Подписывайтесь
на RSS канал чтобы всегда быть в курсе новостей блога!
Работали над усовершенствованием мембран и конструкторы. Они знали, что пленка не самая выгодная форма мембраны. Тогда были предложены новые мембраны — трубчатые, похожие на макароны, только очень узкие. На таких мембранах работает, например, установка для дистилляции воды, изображенная на рисунке. Наружный диаметр трубчатой мембраны — 85 микрон, внутренний — 42 микрона. Трубочка еще одета в оболочку из полимера толщиной 0,1 микрона. В патроне уложено 900 тыс. таких трубочек метровой длины. Производительность установки, в которую входят 72 па¬трона, — 600 тыс. л воды в день. А места она занимает мало — чуть больше шкафа — 6 м. Обычная установка для дистилляции воды в сотни раз больше и в десятки раз дороже.
Заманчиво все-таки догнать природу и в мембранах с узкоспецифическими свойствами, чтобы она могла, например, отделять изотопы урана, разделять обычную и тяжелую воду. Когда такие мембраны будут созданы, химические заводы станут компактными, чистыми, бесшумными и почти безвредными для окружающей природы. Новейшие катализаторы быстро и аккуратно переработают исходное сырье, а мембраны позволят разделить и сконцентрировать нужные вещества и растворы. А сэкономленная энергия пригодится для других целей.
Процесс перехода веществ из смеси или раствора не может идти сквозь мембрану до бесконечности. Просочившееся вещество нужно сразу откачивать, иначе осмос пойдет в обратном направлении.
Технологическое решение процесса напрашивалось само собой. Смесь поступает в циркуляционный контур с мембраной, полученное вещество непрерывно отводят, а в контур подводят свежую смесь.
Мембраны стали применять и в новых, и в обычных, десятилетиями проверенных и отработанных процессах. Например, когда мембраны применили для очистки сточных вод в сыроварении, то вода потекла чистая, полностью пригодная для питья, а остающиеся растворы настолько сконцентрировались, что стало возможным выделять из них белки и жиры простым выпариванием.
Однако трудностей еще не¬мало. В процессе работы в растворах органических веществ мембраны набухают, понижается их избирательная способность, начинают просачиваться ненужные молекулы. Живая мембрана восстанавливается, сама себя чинит. Искусственная мембрана восстановиться сама не может. Подробнее…
Нетрудно, скажем, смешать растворы соляной кислоты и азотнокислого серебра. Но чтобы отделить хлористое серебро от остальных продуктов реакции, надо дать осадку отстояться, декантировать, то есть аккуратно слить жидкость, промыть, снова декантировать, отфильтровать и, наконец, осторожно высушить. А если продукты реакции растворимы? Их выпаривают, разделяют по различным точкам кипения. Все это требует громадной энергии.
Технологи начали фантазировать: «Вот бы нам «сито» для молекул. Процедил сквозь него раствор — нужные молекулы выловил, а все остальное — обратно в сосуд!» Мечта эта не была фантазией. «Сито» действовало миллионы лет. Называется оно мембрана и действует в живой клетке. Весь обмен веществ с окружающей средой клетка осуществляет через это «сито» с отверстиями под размер молекул.
Основой деятельности мембраны является осмос — так называют способность вещества проходить сквозь мембрану и сторону уменьшения концентрации. При этом агрегатное состояние вещества не изменяется.
Но мембрана не просто нейтральное «решето» с крохотными отверстиями. Она обладает способностью избирательно пропускать молекулы и даже ионы, каким-то образом мгновенно проверяя их способность вступать в определенные химические реакции.
В технику недавно, но прочно вошли тантал, молибден, ниобий, вольфрам. Но получить их не просто нужны очень высокая температура и идеальная чистота, как в вакууме. Этим условиям удовлетворяет вакуумно-дуговая плавка. Из переплавляемого, еще не очищенного металла делают электрод. Когда между ним и низом . печи вспыхивает вольтова дуга, электрод плавится, капли расплавленного металла стекают вниз, а посторонние примеси выгорают. Но вакуумно-дуговая плавка — процесс еще не до конца изученный, особенно при плавке жаропрочных металлов. Как же заглянуть внутрь дуги! Для этого ученые применили скоростную киносъемку. Они снимали процесс со скоростью 2 тыс. кадров в секунду и одновременно записывали, показания приборов. На первом снимке — один из кадров киносъемки плавки молибдена в аргоне. Подробнее…
Один этот станок может заменить целый цех. Он сверлит и фрезерует, зенкерует и растачивает, развертывает и нарезает резьбу. И все это делается автоматически, по программе. Рабочему остается Лишь следить за тем, как перемещаются стол и шпиндельная головка, как сам меняется и корректируется инструмент и обрабатывается деталь.
Производительность станка, разработанного : одесскими конструкторами, в 3—4 раза выше, чем у лучших универсальных работников.
Пистолет в руке спортсмена дрожит — это знает каждый. Но избрать это Явление темой научной работы впервые решил младший научный сотрудник Научно-исследовательского института физической культуры В. Меркулов. Изучая с помощью датчиков биотоки мышц, он нашел связь мышечной активности и устойчивости оружия. Оказалось, что дрожание руки с оружием можно значительно уменьшить, если «отвлечь» мышцы. Для этого нужно определенным образом напрячь мышцы противоположной руки. Методика В. Меркулова уже взята на вооружение нашими стрелками.
Само по себе изображение объекта, полученное в фокусе телескопа, особенно если это далекая звезда, не несет важной информации о его природе. Для получения такой информации астрономы используют разные вспомогательные приборы. Самыми известными из них являются спектрографы. Изучая спектры космических тел, можно узнать химический состав, температуру, наличие и величины электрических и магнитных полей этих объектов, скорость их движения в пространстве и т. п.
Очень часто наблюдения проводят с применением светофильтров, с помощью которых выделяют излучения объектов в отдельных диапазонах спектра.
Сконструированы электронно-оптические преобразователи (ЭОП), благодаря которым инфракрасное изображение трансформируется в видимое. Простейший ЭОП напоминает однокаскадный фотоумножитель, в котором анод изготовлен в виде цилиндрической трубки, выполняющей функции фокусирующей системы. Фотоэлектроны свободно проходят сквозь нее и, попадая на экран, покрытый люминофором (сульфидом цинка или кадмия), резко тормозятся. При этом экран начинает светиться (флюоресцировать). Таким образом электронное изображение преврап1;ается в световое, которое потом фотографируется.
Начиная с 50-х годов XX в., в астрономии стал использоваться телевизионный метод наблюдений слабых объектов, позволяющий значительно усиливать слабые по яркости объекты, передавать их изображения от телескопа в лабораторное помещение, увеличивать масштаб изображения, его контрастность и яркость, рассматривать или фотографировать это изображение.
Благодаря телевизионному методу появилась спекл-интерфероме-рия — метод получения моментального изображения объекта (за несколько сотых долей секунды), диаметр которого близок к дифракционному. Тем самым устраняется эффект рассеивания световых лучей на неоднородностях земной атмосферы, а значит можно не только определять двойственность отдельных астрономических объектов, но и оценивать основные параметры таких систем.
Разнообразные вспомогательные приспособления и методы регистрации энергии разработаны для внеоптических диапазонов спектра. Опишем кратко принцип работы нейтринного телескопа, то есть детектора нейтрино, которые приходят к Земле от Солнца и других звезд.
С 1880 г. в астрономии начали систематически использовать фотографию. В наше время свыше 50% всех астрономических наблюдений осуществляют путем фотографирования небесных объектов. Фотографическая эмульсия, в отличие от глаза, способна накапливать кванты света, на ней одновременно появляются изображения сотен и тысяч светил. Такие изображения определенного участка неба или объекта могут сохраняться много лет. В наше время небо фотографируют на цветную эмульсию, что дает возможность определять, например, особенности структуры газовых туманностей и т. п.
Если I — продолжительность экспозиции в минутах, то предельная звездная величина зафиксированного объекта оценивается формулой
- 14,8- + 2,5 1§ О -Ь 1,25 !§ г, (12.2)
где В – в см. При В = 250 см и * = 100 мин фотографическая звездная величина равна 24′”.
Однако за пределами земной атмосферы такой же телескоп способен улавливать сигналы, поступающие от объектов, которые в 40 раз слабее (до 28″). ‘
С 40-х годов XX в. успешно используют фотоэлектронные умножители, в которых поток фотонов, поступающий от небесного светила, превращается в электрический ток. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) — это стеклянный прозрачный баллон, в котором создан вакуум и в который вмонтированы фотокатод, эмиттеры или диноды (общим количеством до двух десятков) и анод. Все они имеют выводы, на которые подаются всевозрастающие электрические потенциалы. Электрон, вырванный вследствие фотоэффекта из фотокатода, ускоряется в электрическом поле, ударяется о поверхность первого эмиттера и выбивает из него несколько электронов, которые, в свою очередь, двигаются в направлении второго эмиттера, ударяются о него и выбивают еще большее количество электронов и т. д.
В итоге количество электронов, попадающих на анод, будет в 10”-10^ раз больше начального количества, вырванного из катода.
С начала 70-х годов XX в. в астрономии используются приемники, действие которых основывается на явлении внутреннего фотоэффекта.
присущего всем полупроводникам. Для снижения шумов прибор охлаждают до температуры жидкого азота (77 К). Одним из вариантов таких фотоприемников являются приборы с зарядовой связью (ПЗС, англоязычная аббревиатура ССВ). В этом случае электроны, освободившиеся при поглош;ении вегцеством фотонов, хранятся в отдельных элементах кремниевой кристаллической пластинки — пикселах, а считываюп];ее устройство подсчитывает и регистрирует величину накопленного реального заряда.
Благодаря применению ПЗС предельная звездная величина, которую, например, можно зарегистрировать на 5-метровом рефлекторе, возросла с 25″ до 28″‘, то есть появилась возможность регистрировать потоки, которые в 16 раз слабее. Для достижения такого прогресса со старыми (фотографическими) приемниками, надо было бы построить оптический телескоп с диаметром зеркала 31м.
Информацию о явлениях и процессах, происходящих во Вселенной, астрономы получают путем регистрации электромагнитного излучения, которое приходит от космических объектов. До сих пор мы рассматривали его как электромагнитные волны определенной длины (или частоты), но можно представить его потоком частиц, называемых фотонами.
От Солнца на каждый квадратный сантиметр земной поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, в среднем поступает энергия д = 1370 Вт/м\ Средняя частота этого излучения V = 6 • 10″ Гц. Таким образом, средняя энергия одного кванта составляет Ну = 4 • 10′” Дж. За одну секунду на площадь в 1 см^ от Солнца поступает 1370 / (4 • 10 ^”) = = 3,4 • 10″ квантов электромагнитного излучения.
Как известно, поток энергии, через избранную площадь изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до источника. Расстояния до ближайших звезд в среднем почти в 300 тысяч раз превышают расстояние до Солнца. Если бы Солнце находилось на таком расстоянии, мы бы получали от него лишь 4,1 • 10″ квант/см^ в секунду. Самая известная галактика Туманность Андромеды находится от нас на расстоянии 2,3 млн св. лет, что почти в 1,5 • 10^’ раз дальше, чем Солнце. Пусть в ней находится 225 млрд таких солнц, как наше. Следовательно, от нее имеем поток квантов 3,1 • 10″ квант/см^ в секунду. От такой же галактики на расстоянии в 2 млрд св. лет получим лишь 3 квант/см^ в секунду, а на расстоянии в 10 млрд св. лет — 1 квант/см^ за 10 секунд.
Вот почему для изучения явлений и процессов, происходящих в таких далеких объектах, нужны мощные телескопы и сверхчувствительные регистрирующие приборы. Мы уже знаем , что освещенность от небесных светил оценивают в звездных величинах. Следовательно, если диаметр объектива телескопа В [см], то предельная звездная величина, которую увидит наблюдатель в телескоп:
т,-р = 7,0″‘-Ь 5 1§ О . (12.1)
В частности, в телескоп с диаметром зеркала 6 м можно видеть звезды до 22″. Световой поток от таких звезд в 2,5 млн раз меньше, чем от самой слабой звезды, которую мы наблюдаем невооруженным глазом.