Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 02

ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»

НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ

№ 2 февраль 2005

Популярный детский и юношеский журнал.

Выходит один раз в месяц.

Издается с сентября 1956 года.

КУРЬЕР «ЮТ»

Проявление электросилы

Каждый день ученые и инженеры изобретают новые приборы и устройства. Расскажем о некоторых, продемонстрированных на Международной специализированной выставке «Электротехноэкспо-2004», прошедшей в конце прошлого года в Москве.

Знаете, какая подушка самая мягкая? Магнитная! В том я убедился на собственном опыте, прокатившись в вагончике на магнитной подвеске (или на магнитной подушке), который создали преподаватели и студенты Московского авиационного института совместно с сотрудниками Федерального государственного предприятия «Новые транспортные технологии» под руководством доктора технических наук Л.К. Львова. Стоит закрыть глаза — и кажется, будто летишь во сне — настолько бесшумным и мягким было движение небольшого одноместного вагончика.

«Летает» он пока на высоте всего нескольких сантиметров, а длина трассы не превышает десятка метров. Причем перед тем как совершить такой полет, мне пришлось наблюдать, как в специальный холодильник заливают жидкий азот из сосуда Дьюара, а потом ждать еще минут сорок, пока вся система охладится настолько, что в обмотках электромагнитов подвески проявится сверхпроводимость.

Так выглядит вагончик на воздушной подушке.

По словам одного из разработчиков системы, С.М. Конеева, в сверхпроводящих магнитах как раз вся и загвоздка. Вообще-то эффект магнитной левитации, когда магнит повисает над магнитом, известен еще с XIX века. И так называемые высокотемпературные сверхпроводники, с помощью которых инженеры смогли в сотни раз увеличить мощь электромагнитов, были открыты еще в 1986 году Джорджем Беднорзом и Алексом Мюллером, работавшими в Цюрихской лаборатории американской компьютерной фирмы IBM.

Специалисты надеялись вскоре поднять рабочую температуру сверхпроводящих обмоток этих электромагнитов до комнатной. Однако и сейчас сверхпроводимость наступает при температуре на десяток-другой градусов выше абсолютного нуля. Но электротехники рады уж и тому, что охлаждение теперь ведется не дорогостоящим жидким гелием, а более дешевым жидким азотом. Кроме того, в последнее время появились гибкие провода из сверхпроводящих материалов.

Это позволило, в частности, поменять электрические кабели на одной из подстанций Детройта на сверхпроводящие. В итоге 125 кг сверхпроводящего материала заменили 9000 кг меди и позволили утроить передаваемую мощность.

Такие же сверхпроводники уже используются для улучшения качества связи при ретрансляции телефонных переговоров, в научной аппаратуре. На очереди — электродвигатели со сверхпроводящими обмотками. Однако необходимость все время поддерживать сверхнизкую температуру обмоток все же сильно сдерживает широкое применение сверхпроводников. В том числе и развитие транспорта на магнитной подушке. А жаль. Ведь тогда поезда смогут летать над рельсами со скоростями до 900 км/ч.

Для того чтобы получить сверхпроводимость, необходимо залить в охлаждающую систему жидкий азот…

Рецепт получения алмазов из графита известен уже довольно давно — нужно подвергнуть графит воздействию высокого давления и температуры. Эксперименты американских исследователей показали недавно, что аналогичная «алхимия» возможна и с азотом. При охлаждении до ~196 °C этот газ превращается в жидкость. А при давлении порядка 10 000 атм становится твердым. И выглядит как обычный лед, только теплый на ощупь. Если же подвергнуть этот инертный газ сжатию под давлением 2 млн. атмосфер, он превращается в… полупроводник. При этом азот остается твердым и после снятия давления. Правда, хранить его при этом приходится при температуре около 170 °C ниже нуля.

Теоретики предсказывали, что при давлениях 0,5–1 млн. атмосфер азотные атомы образуют циклические длинные связи, аналогичные тем, что характерны, скажем, для фосфора и мышьяка.

И действительно, при увеличении давления до 1,7 млн. атм прозрачный азот сначала пожелтел, потом покраснел, а затем стал коричневым… Было очевидно, что химические связи между его атомами меняют свою конфигурацию.

«Полупроводниковые чипы из твердого азота делать пока никто не собирается, — говорит профессор Ричард Мартин из Иллинойского университета. — Однако заключенная в нем огромная энергия позволяет надеяться, что он станет отличным горючим для ракет. Но и это, впрочем, пока еще чисто умозрительная гипотеза»…

Пока же подобные эксперименты позволили трансформировать кислород в рубиново-красный металл. Теоретики также предсказывают, что и водород при достаточно высоких давлениях также можно превратить в твердый металл, который будет обладать сверхпроводимостью при комнатной температуре. Но для этого нужны давления больше, чем 3,5 млн. атм.

Эти исследования представляют определенный интерес и для планетологов. Ведь они моделируют в какой-то мере условия, которые имеют место в недрах как нашей планеты, так и других. В частности, есть предположения, что ядро Юпитера состоит из металлического водорода.

«Электричество можно получать прямо из топлива, минуя промежуточные циклы», — утверждают сотрудники новосибирского Института теплофизики, разработавшие электрохимический генератор нового поколения.

У существующих генераторов проблема — топливные элементы. Для их получения приходится изготавливать по сложной технологии пористые топливные элементы, используя для этого подчас драгоценные металлы и сплавы.

Михаил Предтеченский, Владимир Накоряков, Андрей Смаль и их коллеги нашли способ избавиться от столь хлопотных операций. По разработанной ими технологии пористость топливных элементов получается как бы сама собой в результате нагрева заготовок. Подробности процесса его создатели пока не сообщают — «ноу-хау», — но утверждают, что теперь стоимость топливных элементов может упасть в 2–3 раза, а в некоторых случаях и на порядок. Насколько это серьезно, можно судить хотя бы по таким показателям: сегодня стоимость электромобиля на базе «Жигулей», в котором используются топливные элементы, снятые с космического самолета «Буран», составляет около 200 тыс. долларов.

Если же подобная технология получит массовое распространение, отпадет надобность в огромных электростанциях, линиях электропередачи, подстанциях и прочем энергетическом хозяйстве. Энергию в необходимых количествах можно будет получать прямо на месте с помощью компактных, дешевых и простых в обслуживании электрохимических генераторов.

Честно говоря, лично мне и в голову не приходило, что для освещения в космосе нужны какие-то особые светильники. Тем не менее, это так. Как пояснил один из их разработчиков, президент Lighting Sciences Inc. Ян Левин, дело в том, что космос — довольно жесткая среда.

Вибрации, огромные перепады температур, постоянные излучения, бомбардировка космической пылью и микрометеоритами — все это требует повышенной надежности работы любой аппаратуры. В особенности, если ей придется работать на внешней поверхности станции. А данные светильники предназначались как раз для этого. Дело в том, что, выходя в открытый космос, астронавты и космонавты обнаружили, что работать им, а уж тем более вести видеосъемки становится невозможно, как только станция попадает в тень Земли. Она же, не забывайте, совершает облет вокруг земного шара примерно за 90 минут.

В общем, специалистам пришлось разработать для МКС особый вид источников света. Всего на поверхности станции сейчас установлено 11 светильников, причем 4 из них предназначены специально для видеосъемки.

Отличие их от земных — прежде всего в экономичности и долговечности. Экономия продиктована тем соображением, что общая мощность источников питания для всех электроприборов на борту не должна превышать 75 кВт.

Что же касается долговечности, то это на Земле сменить электролампочку проще простого. На орбите для этого приходится надевать скафандр и совершать многочасовую прогулку за борт. Причем в толстых перчатках даже заменить одну лампу другой не так просто. Поэтому все светильники имеют по две лампы. Если перегорит основная, тут же автоматически включается резервная. А на борту, на контрольном пульте, загорается специальный сигнал, показывающий, что одна лампочка уже неисправна. Так что, выходя в очередной раз в открытый космос, космонавты могут заменить ее.