Текст книги "Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия"

Глава 54

Исследования планет Солнечной системы

Начиная с конца 50-х годов ХХ века ракеты-носители не только выводили на околоземную орбиту искусственные спутники самого различного назначения и доставляли на орбиту экипажи космических кораблей, но и использовались для запуска автоматических межпланетных станций для изучения планет солнечной системы.

Одним из самых примечательных искусственных спутников нашей планеты можно считать космический телескоп «Хаббл». Это обычный оптический телескоп-рефрактор с диаметром зеркала 2,4 метра, изображение с которого передается на Землю по телевизионному каналу. «Хаббл» запущен американцами в апреле 1990 года. При выводе на орбиту американским космическим челноком, главное зеркало телескопа было деформировано. В 1993 году космический челнок состыковался с «Хабблом» для того, чтобы астронавты смогли установить на телескоп корректирующую оптику. С тех пор «Хаббл» работает бесперебойно и радует ученых великолепными снимками объектов дальнего космоса. Главное достоинство космического телескопа в том, что ему не мешает атмосферная дымка. Поэтому «Хаббл» на сегодня может считаться самым мощным телескопом в мире. Хотя на земле работают рефракторы с 10-метровыми зеркалами, обладающие большей степенью увеличения, но до безупречного качества изображения «Хаббла» им очень далеко. Раз в три года космический телескоп посещает корабль-челнок, который проводит ремонтные работы.

«Хаббл» не единственный инструмент для изучения космических объектов. Кроме него с начала 60-х годов прошлого столетия используются автоматические зонды, запускавшиеся к Луне, планетам Солнечной системы, к астероидам и кометам. Каждый из таких спутников несет на борту исследовательскую аппаратуру, собирающую и передающую на Землю информацию о поверхности изучаемой планеты. Вот лишь некоторые из этих удивительных аппаратов…

В 1962 году американский аппарат «Маринер 2» пролетел рядом с Венерой.

До этого полёта учёные не оставляли надежды на то, что поверхность Венеры может быть пригодна для жизни. Было ясно, что на Венере жарко. Но – насколько именно? Может ли там быть жидкая вода (предполагалось существование огромного океана), один из компонентов, необходимых для возникновения жизни? Как велика температура на поверхности, из чего состоят венерианские облака?

Фотографии и измерения, полученные с «Маринера 2» поставили крест на оптимистических ожиданиях. Климат Венеры оказался крайне «недружественным» и совершенно несовместим с известными нам формами жизни (включая и предваряющие саму жизнь, вроде протобелковых молекул). После «Маринера 2» на Венеру были отправлены десятки орбитальных, атмосферных и посадочных зондов. Теперь мы знаем, что поверхность планеты имеет температуру выше точки плавления свинца, из-за чего кора находится в пластичном состоянии. То есть на Венере нет ни кратеров, ни гор, ни каких-либо иных стабильных долговременных формирований. Чрезвычайно плотная атмосфера планеты состоит из горячего углекислого газа, а в ней плавают облака из серной кислоты. Получается крайне враждебный для нас, землян, мир, в котором нет места жизни.

В 1965 году, автоматическая станция «Маринер 4» достигла Марса.

1971 год, «Маринер 9» был выведен на низкую орбиту Марса и передал на Землю тысячи высококачественных снимков поверхности планеты.

1971 год, зонд «Марс 3» опустился на поверхность Марса.

Сегодня Марс изучен лучше любой другой планеты Солнечной системы, не считая, конечно, Луны, на которой побывали 12 астронавтов в составе 6 лунных экспедиций. Но начинались исследования именно с этих первых автоматических зондов.

Первые же данные поразили учёных и развеяли некоторые сомнения. В частности, никаких каналов на поверхности планеты нет. Наблюдаемые в прошлом каналы, скорее всего, обусловлены несовершенством оптики телескопов и помехами атмосферы Земли. Снимки, сделанные «Маринером 4» показали, что поверхность планеты густо покрыта кратерами, как и поверхность Луны. На фотографиях, переданных «Маринером 6» и «Маринером 7», учёные увидели образования, похожие на русла рек, которые могли быть оставлены потоками воды. «Маринер 9» снял гигантские древние вулканы (ныне бездействующие) … Реки, значит вода, вулканы и вода, значит… жизнь?! Только сейчас, после длительного обследования поверхности Марса двумя самоходными зондами, мы знаем, что воды в свободном виде на Марсе, нет. Нет и жизни… Но до сих пор не знаем, была ли вода и была ли жизнь. Надежда на это остаётся, хотя и очень небольшая. Если на Марсе была хотя бы примитивная жизнь, на поверхности должны были остаться осадочные породы, следы этой жизни. Таких следов пока не обнаружено. Но сама планета предстаёт очень интересным миром с любопытным прошлым и своей геологической историей.

Сопоставление данных по исследованию Венеры и Марса позволили учёным создать картину эволюции этих планет, которая не совпадает с картиной возникновения и развития Земли. То же, в принципе, произошло и с Луной. Теперь мы знаем, что Луна не реликтовая планета (то есть не образовавшаяся при помощи отрыва части Земного шара, а образовавшаяся самостоятельно). А это означает, что у каждой из ближайшей к нам планет собственная история формирования…

1973 год, межпланетная автоматическая станция «Пионер 10» достигла Юпитера.

Полученные с Юпитера данные также весьма удивили исследователей. Тёмные полосы и светлые зоны между ними, а также пятна, видимые с Земли в телескопы, оказались многочисленными вихрями в атмосфере Юпитера. Но природа открытого ещё в 1955 году мощного радиоизлучения гигантской планеты осталась неизученной. Вокруг планеты было открыто тонкое кольцо.

1974 год, зонд «Маринер 10» пролетел рядом с Венерой и Меркурием.

Фотографии Меркурия, полученные с «Маринера 10», который трижды облетел ближайшую к Солнцу планету нашей системы, показали, что эта планета покрыта кратерами, похожими на лунные. «Меркурий 10» сумел сфотографировать более половины поверхности Меркурия.

1975 год, «Пионер 11» прошел вблизи Сатурна.

Ещё в пятидесятые годы на спутнике Сатурна Титане была обнаружена атмосфера (астрономом Койпером), что вызывало особый интерес к этой огромной планете и её спутникам. «Пионер 11» показал, что колец у Сатурна огромное количество. Некоторые из них, возможно, закручены в спираль (современные исследования показали, что это не так). Новейшие данные (со станции «Кассини», уже в нашем столетии) получены и с Титана, спутника Сатурна. Оказалось, что поверхность планеты имеет желеобразную консистенцию, а облака изливают в атмосферу метановые дожди. Более того, зонд, опустившийся на эту малую планету, передал на Землю звуки ветра – «голос» планеты Титан.

1975 год, «Венера 9» и «Венера 10» передали на землю фотографии с поверхности Венеры.

1976 год, «Викинг 1» и «Викинг 2» совершают посадку на Марс…

Исследования ближнего и дальнего космоса продолжаются. Сегодня мы знаем, что ледяные спутники всех больших планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят светлыми точками, оказались весьма любопытными объектами с собственной историей. На некоторых их них космические зонды обнаружили активные геологические процессы – на спутнике Юпитера Ио действующие вулканы, извергающие серу, а на спутнике Нептуна Тритоне гейзеры, извергающие жидкий азот.

В 1986 году множество автоматических станций были направлены на комету Галлея, благодаря чему было изучено ядро этой кометы. А в начале 90-х годов автоматическая станция «Галилео» по пути к Юпитеру, к которому она летела в течение 2 лет, приблизилась к двум астероидам, а затем сбросила в атмосферу Юпитера зонд, благодаря которому стало понятно её строение. На Юпитере на большой высоте с огромной скоростью дуют постоянные ветры, что, вероятно, и приводит к образованию стабильных атмосферных вихрей, которые видны на большом расстоянии.

Глава 55

Бытовая техника ХХ века – микроволновая печь, стеклокерамическая и индукционная плита

Поговорим о самой обычной бытовой технике, о той, что используется на наших кухнях. В этой кухонной технике вроде бы нет ничего особенного. Действительно, плита, как плита. Современный электрический очаг, прибор для нагревания пищи. Но стоит лишь внимательней присмотреться, чтобы понять – не так уж она проста, эта самая что ни на есть обычная бытовая техника…

Как вы думаете, когда появилась первая микроволновка? В 80-е годы? В 70-е? А вот и нет. Микроволновая печь была изобретена в Америке в годы Второй мировой войны учёным-физиком Перси Спенсером. Правда, для повсеместного распространения этого удивительно удобного устройства понадобилось почти два с половиной десятилетия. Первые микроволновые печи, выпущенные американской компанией «Raytheon» имели огромные размеры, нешуточный вес (три центнера!) и впечатляющую стоимость. И только в начале 60-х годов усилиями конструкторов японской компании «Sharp» микроволновая печь приобрела современные очертания, приемлемую цену и универсальность массового бытового прибора.

Излучателем электромагнитных колебаний в микроволновой печи является вакуумный прибор магнетрон. Речь идёт о сверхвысокочастотных электромагнитных колебаниях строго фиксированной частоты – 2,42 Гигагерца. Длина этих волн очень невелика, отсюда и название «микро», а частота, наоборот, велика, отсюда и второе название СВЧ или волны «сверхвысокой частоты». Магнетрон – основной узел микроволновки. Поток излучения по специальному каналу-волноводу поступает вовнутрь камеры печи и воздействует на органические вещества, то есть на приготовляемую в СВЧ печи пищу.

Что происходит внутри печи? Отчего продукты разогреваются? СВЧ излучение проникает в толщу органических тканей и заставляет молекулы (как известно, в органических веществах не связанных кристаллической решёткой) свободно и хаотично колебаться, опять же, с высокой частотой. В результате молекулы взаимодействуют друг с другом или, говоря проще, сталкиваются. При этом выделяется большое количество тепла. Это тепло и используется для тепловой обработки продуктов. Всё достаточно просто.

Чтобы пища прогревалась в печи равномерно, внутри микроволновки установлен круглый вращающийся поддон и специальный вентилятор. Вентилятор гоняет по внутренней полости горячий воздух, а вращающийся поддон поворачивает блюдо, обеспечивая равномерное воздействие потока волн на приготовляемую пищу. Кроме того в любой микроволновке есть лампа подсветки – чтобы мы видели, что происходит внутри печи – и целый набор защитных и регулировочных устройств.

Если присмотреться к стеклу дверцы печи, можно заметить какую-то сетку, прикрывающую это стекло изнутри. Это защитный экран, специальное металлизированное покрытие, препятствующее выходу микроволн наружу. Сама дверца снабжена надёжным уплотнителем. Поток микроволн распространяется только во внутренней полости СВЧ печи. Он надёжно изолирован от внешней среды металлическими стенками нагревательной камеры печи. Но у микроволн есть одна потенциально опасная особенность, которую можно условно назвать «текучестью». Если в уплотнитель дверцы засунуть тряпку и во время работы печи прикоснуться к ней, можно получить ощутимый ожог. Правда, большинство печей в этом случае просто не включаться, но осторожность всё же не помешает…

А сейчас обратимся к кухонным электроплитам. В простых и самых доступных по стоимости электроплитах нагревательным элементом является чугунный «блин». Наряду с трубчатыми элементами (ТЭНами, трубками с нагревательными спиралями внутри) это самый распространённый тип нагревателя. Внутри «блина» располагается набор элементов, которые при подводе тока выделяют большое количество тепла. Переключая мощность плиты, мы соединяем элементы «блина» в различных комбинациях, регулируя тем самым количество выделяемого плитой тепла. «Блины» стандартизированы. Они выпускаются трёх основных типоразмеров – диаметром 145, 180 и 220 мм, и мощностью, соответственно, 1000, 1500 и 2000 ватт. Красный кружок в центре «блина» говорит о том, что перед нами усовершенствованный нагреватель повышенной (до 2500 ватт) мощности с сокращённым на треть временем разогрева – то есть «экспресс-конфорка».

Наибольшей популярностью (и вполне заслуженно) пользуются плиты более высокого уровня – со стеклокерамической верхней панелью. Это одно из наиболее практичных решений. Стеклокерамика не подвержена царапинам и сколам. У обычной электрической плиты с «блинами» эмаль верхней панели быстро теряет вид – во время чисток абразивными препаратами эмаль истончается, покрывается трещинами и сколами. Но назвать стеклокерамическую панель электроплиты вечной всё же нельзя. Срок её службы ограничен примерно 15-ю годами (при нагреве до 580 градусов по часу в день), она подвержена царапинам при чистке абразивами, может растрескаться и даже разбиться. Особо вреден для стеклокерамики сахар и содержащие сахар жидкости. Пригорая, сахар вступает в реакцию со стеклокерамикой и приводит к образованию неудаляемых раковин. Поэтому любую сбежавшую на панель пищу надо немедленно удалить влажной тряпицей.

Самое качественное стеклокерамическое покрытие нагревательных элементов (говорим всего лишь о защитном покрытии, нагревательные элементы – всё те же ТЭНы, но усовершенствованной конструкции) выпускается германской компанией «Schott Glass». Это изобретатель самой технологии и крупнейший производитель этого материала, продающий стеклокерамику фирмам, выпускающим электроплиты. Следовательно, на панели хорошей электроплиты должна быть марка этой компании. Стеклокерамика – стекло, подвергнутое специальной высокотемпературной обработке, при которой оно приобретает новые свойства. Лист стеклокерамики хорошо проводит тепло в вертикальном направлении, вдоль толщины листа, и почти не проводит тепло в горизонтальных направлениях – по поверхности. Если на конфорку плиты поставить посуду, заполненную водой, то при включении плиты вода быстро закипит, а поверхность стеклокерамического листа рядом с конфоркой на расстоянии всего в 5 см будет только тёплой (порядка 50 градусов). Кроме того, стеклокерамика обладает очень низким коэффициентом теплового расширения. Благодаря этому при резком охлаждении стеклокерамическая панель не деформируется и не трескается. Если на разогретую конфорку пролить воду или уронить лёд, то ничего страшного не произойдёт. Стеклокерамику легко чистить. Но при этом следует помнить, что этот материал совершенно не терпит чистки абразивными средствами…

Индукционная плита – королева в «кухонном царстве». Эти плиты пришли к нам из Франции, где чрезвычайно популярны, несмотря на высокую (от тысячи долларов и выше) стоимость. Главная особенность индукционной плиты – нагрев посуды вихревыми токами. В двух словах принцип работы индукционной плиты таков. Представьте себе трансформатор. При подаче тока на первичную обмотку во вторичной обмотке возникнет ток индукции. При этом вторичная обмотка, обладающая определённым сопротивлением, несколько разогреется. Так вот, первичная обмотка «трансформатора» индукционной плиты – конфорка, а вторичная – металлическая кастрюля. Таким образом, готовить можно только в металлической посуде, стекло, керамика и пластик на этой плите не работают. Но при этом годится любая посуда из металла.

Что отличает индукционную плиту от других? Прежде всего, высочайший уровень безопасности. Если с индукционной конфорки снять кипящий чайник, то её поверхность будет лишь теплой от самого чайника, а спустя минуту-другую конфорка остынет окончательно. Если на конфорку пролить жидкость или нечаянно уронить какой-либо продукт, то ничего не произойдёт – конфорка просто не включится, а без установленной на неё посуды она всегда находится в выключенном состоянии. Если на конфорку попадёт металлический предмет – ложка, вилка, нож – плита не включится из-за того, что слишком мала поверхность нагрева. Если сдвинуть закипающий чайник с конфорки, граница которой обозначена на верхней панели плиты рисунком, то плита автоматически выключится. Индукционная плита – вершина инженерной мысли. Это самое безопасное устройство на кухне. Обжечься попросту нечем, верхняя панель индукционной плиты во время готовки пищи не разогревается.

Ещё одна особенность индукционной плиты – высокая экономичность. На нагрев литра воды ей нужно почти вдвое меньше времени, чем плите со стеклокерамической панелью и на треть меньше, чем газовой плите. При этом расход электроэнергии, если сравнивать с той же стеклокерамикой, меньше процентов на двадцать.

Глава 56

Магнитная видеозапись

Мы уже однажды упоминали американскую электротехническую компанию Ampex, которая первой в Америке освоила выпуск магнитофонов, изучив трофейные немецкие образцы. Наступило время поговорить об этой компании более подробно.

Что означает название той или иной компании? Очень часто в названии фирмы в той или иной форме зафиксировано имя её основателя – «Мерседес-Бенц», «Роллс-Ройс», «Шкода»… Не стала исключением и компания Ampex. Её имя – это сокращение первых букв имени, отчества и фамилии основателя, Александра Матвеевича Понятова (годы жизни 1892—1980) и английского слова excellence, или «превосходство». Да, первым мировым производителем магнитофонов (после немцев, разумеется) стал русский предприниматель, эмигрировавший в США ещё в годы «первой волны». Он же после Второй мировой войны стал разработчиком и крупнейшим производителем аппаратуры магнитной видеозаписи. А кроме того, открыл множество талантливых и даже великих изобретателей… Но обо всё по порядку.

Александр Матвеевич Понятов родился в Казанской губернии в семье крестьянина, занявшегося торговлей лесом. В 1914 году окончил Политехнический институт в немецком городе Карлсруэ. В годы первой мировой войны служил летчиком Военно-морского флота России, затем участвовал в гражданской войне на стороне белой армии, а после ее поражения эмигрировал в Китай. В 1920—1927 годы работал в Шанхайской электрической компании, затем уехал в США. В сороковые годы основал небольшую компанию, получившую название Ampex и располагавшуюся в Редвуд-сити, в двухстах километрах от Сан-Франциско, Калифорния. В годы второй мировой войны эта компания производила электромеханические устройства для точного следящего привода авиационных радиолокационных антенн, закупавшиеся правительством для Военно-морского флота США.

Производство было совсем небольшим. Поначалу фирма располагала старым гаражом, а штат сотрудников, помимо самого Понятова, состоял всего из троих молодых инженеров – Андерсена, Гинзбурга и Хендерсона. Впоследствии к этой группе молодых дарований присоединился Рей Долби, имя которого известно сегодня всем, благодаря основанной им компании Dolby и её разработкам в области записи и воспроизведения звука и видео.

После войны поступление военных заказов прекратилось, и компании надо было переключаться на выпуск какой-нибудь мирной продукции. Тут и подвернулся Джон Мулин со своими трофейными магнитофонами «Телефункен», которые Ampex тут же стала производить в собственном варианте. К слову, тот самый Дэйв Сарнов, президент компании RCA, о котором мы уже много говорили, на этот раз ошибся. Он не разглядел в технологии магнитной записи звука каких-либо перспектив. Магнитофоны того времени считались аппаратурой капризной и слишком дорогой. RCA продвигала свою технологию механической звукозаписи, в которую вложила большие средства, и даже подготовила к выпуску записывающий аппарат и пластинки из толстой пластмассовой плёнки. Как бы там ни было, но со временем Ampex стала ведущей американской компанией по производству магнитофонов.

В начале 50-х годов американская радиопромышленность, накопившая за годы войны огромный технологический потенциал, осталась не у дел. Военные заказы сократились во много раз, и освободившиеся силы радиопромышленности ринулись на новый для Америки рынок телевидения. В огромных количествах выпускались черно-белые телевизоры, росло количестве телевизионных станций. В 1953 году началось практическое внедрение цветного телевидения по только что разработанной системе NTSC.

Но что представляла собой телепередача того времени? Прямая трансляция, в которой все огрехи ведущих тут же подмечались зрителями. Концерты, запись музыки, фильмов – всё это требовало записывающей техники. Телевидение остро нуждалось в технике видеозаписи.

Ещё в 1922 году в СССР, а позже и в странах Европы, была запатентована магнитная запись изображения по системе Бориса Александровича Рчеулова (годы жизни 1899—1942). В компании Ampex изучали и эту систему, но признали её непригодной. Запись велась на ленте, как в обычном (тогда, впрочем, совсем не обычном) магнитофоне. Но полоса частот телевизионного сигнала превышает полосу частот звукового вещательного канала в 500 раз! Чтобы записать на ленту сигнал с приемлемым качеством, необходимо протягивать ленту мимо записывающей головки со скоростью… 50 метров в секунду! Многодорожечная запись оказалась не по силам даже Дэйву Сарнову и специалистам RCA. Нужно было какое-то свежее решение.

Оно было предложено молодым инженером компании Чарльзом Гинзбургом и принято самим Понятовым и его техническими советниками Столяровым и Селстедом. Идея была и поразительно простой и технически очень сложно выполнимой. Гинзбург предложил записывать телевизионный сигнал поперёк широкой ленты вращающейся головкой. В результате линейная скорость перемещения головки мимо магнитного слоя ленты достигала 40 метров в секунду, при относительно небольшой скорости линейного перемещения самой ленты. На словах выглядит великолепно, но была одна загвоздка – головка должна была точно попадать на поперечные отрезки магнитной дорожки, вращаясь при этом с огромной скоростью.

Была выбрана схема с четырьмя головками, объединёнными в блок, который, собственно, и вращался. Перемещение ленты корректировалось точными сервомеханизмами, притормаживающими или ускоряющими ленту, когда головки промахивались мимо дорожек. Конструкция получилась такой сложной в наладке, что однажды Александр Матвеевич Понятов сказал, что если бы он и его коллеги заранее представляли себе все трудности, которые предстояло преодолеть при создании видеомагнитофона, то никогда не взялись бы за эту разработку. Видеомагнитофон требовал совершенного носителя. После множества экспериментов за основу была взята пластиковая лента с гладким лаковым слоем. Но при этом нужно было обеспечить очень низкую абразивность – головка моментально стачивалась при применении обычной ленты, а сама лента просто сгорала – температура в точке соприкосновения головки и ленты достигает 700 градусов по Цельсию! Кроме этого при сборке и наладке видеомагнитофона нужно соблюдать микронные допуски – иначе головка будет промахиваться мимо поперечной дорожке постоянно. Электродвигатели должны работать со строго заданной скоростью, а сигналы обрабатываться быстро и точно. Но речь-то о времени, когда не было ни микросхем, ни отработанных прецизионных технологий. В результате видеомагнитофон производства Ampex, этой небольшой по размерам компании, был самым сложным (и самым дорогим) серийным радиоприбором 50-х годов. Как говорил сам Понятов – «в течение семи лет впереди нас в этом деле был только бог».

В апреле 1956 года на конференции теле и радиовещателей в Чикаго Ampex продемонстрировала первый действующий видеомагнитофон с вращающимися головками. Первая телевизионная передача с использованием видеомагнитофона (это был, разумеется, Ampex) 30 ноября 1956 года провела американская компания CBS. В последующие годы Ampex была ведущей мировой компанией в области производства профессиональной аппаратуры видеозаписи. Видеоаппаратура системы Ampex выпускалась во многих странах мира – в США, в Японии, во Франции, в Германии, в Англии и в СССР. Даже сам термин «видеозапись» в те годы произносился, как «ампексирование».