Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

Робот строит дом

Пожалуй, самые прочные на сегодняшний день дома – кирпичные и бетонные. Однако при сооружении кирпичных стен никак не обойтись без ручного труда. Куда быстрее с помощью механизмов можно построить «коробку» из железобетонных панелей. Но и тут есть своя ахиллесова пята.

Недостатки бетона. Обращали ли вы внимание, что панельных построек нет уже в 150–200 км от ближайшего города. Почему? Да потому, что для изготовления самих плит нужен специализированный завод. Возить же их за тридевять земель – себе дороже. Лучше использовать местные строительные материалы.

Кстати, сырье для производства бетона есть практически в любом месте: песок, гравий и прочие наполнители вовсе не представляют собой стратегических материалов. Остается привезти с завода на место стройки лишь цемент, но его требуется не так уж много.

Были и попытки механизировать, даже автоматизировать бетонные работы. Скажем, лет тридцать тому назад армянские специалисты разработали технологию строительства сейсмостойких зданий начиная с потолка. А в Прибалтике примерно в то же время опробовали метод возведения монолитобетонных жилых домов и производственных зданий с использованием скользящей опалубки.

Однако широкого распространения подобные методы так и не получили. Причины тому – строительство из панелей требует опять-таки специализированного завода; распространению же монолитов мешает наличие опалубки, будь она даже скользящей, то есть перемещаемой с места на место. Уж больно много с нею хлопот – сначала устанавливай, наполняй бетонной смесью, жди, пока она затвердеет, а потом разбирай опалубку, переноси на этаж выше и начинай все сначала.

Причем схватываясь, бетон выделяет так называемое «молочко». Высохнув, оно образует пленку, которая мешает соединению раздельно изготовляемых участков стены в единый монолит. Приходится перед заливкой очередного участка сбивать верхний слой бетона, насекать его, а это опять-таки ручная работа.

«Крамола» дизайнера. А нельзя ли вообще обойтись без опалубки? Ведь, в конце концов, она представляет собой чисто вспомогательную деталь, не позволяющую жидкому бетону растекаться, пока он не затвердеет. Но ведь можно изначально использовать достаточно густую смесь…

Поначалу строителям мысль московского дизайнера Сергея Дудина показалась крамольной. По традиции они интересуются бетоном лишь в двух видах – жидком и уже застывшем. Экспериментировать с бетоном в промежуточных стадиях никто, похоже, и не пытался. Во всяком случае, Дудину и его коллегам из ТОО «Ультралайт» пришлось обращаться за консультацией не в строительный институт, а в МХТИ имени Д. И. Менделеева.

Химики, привыкшие работать с разными веществами, вскоре дали заключение: да, можно подобрать такую смесь, усадка конуса для которой будет составлять порядка 8—12 см. В переводе на обыденный язык это означает, что бетон достаточной густоты можно положить слоем сантиметров десять без всякой опалубки. А если еще вертикальные стенки раструба, из которого выходит смесь, сделать с соответствующей обратной конусностью – нижнюю часть чуть меньше верхней, – то стена будет такой же гладкой и ровной, как и при формовке в опалубке.

Таков был первый «камень», заложенный в основание конструкции. За ним последовали другие… Раскладывать густую смесь с надлежащей точностью вручную замаешься. Надо бы приспособить для такого дела механизм. Самый подходящий – конечно же, промышленный робот, только соответствующим образом модернизированный.

Высота его должна быть метров десять, чтобы можно было класть стены 8-метровой высоты (из расчета на два этажа с цоколем). А понадобится выше, пусть робот сам себя подтягивает вверх, подобно тому как Мюнхгаузен за волосы тащил себя из болота, – для этого вполне реально приспособить, скажем, гидравлические подъемники. Манипулятор же робота должен быть в состоянии описывать круг диаметром порядка 16 м (как показывает практика, большинство современных домов представляют собой квадраты или прямоугольники, вписанные в окружность примерно такого диаметра).

Прототип робота-строителя

Можно ли создать подобную конструкцию? С этим вопросом Сергей обратился в НИИ физико-технических проблем, где как раз и занимаются промышленными роботами. И снова получил положительный ответ: создать подобную конструкцию, математическое обеспечение для компьютера, который будет ею управлять, не составляет особого труда. Так в основание был положен второй «камень»…

И наконец, «камень» третий: можно ли сконструировать автоматизированный бетонно-растворный узел, который будет не только готовить смесь необходимой консистенции, но и обеспечивать бесперебойную доставку ее на расстояние порядка 30 м (именно такую длину имел бетоновод в первом варианте, ныне его удалось сделать короче). И опять-таки специалисты, теперь уже из НИИ железобетона, дали положительный ответ.

Таким образом, дизайнеру Сергею Дудину оставалось соединить вместе несколько узлов, прототип каждого из которых в той или иной мере используется в одной из отраслей промышленности. Что он и сделал с присущим ему блеском. Получился РСК – роботизированный строительный комплекс.

Работа для робота. Работать он будет так. На место строительства, к предварительно отрытому котловану подкатывает автотрейлер. Из его чрева бригада монтажников извлекает основные узлы комплекса и быстро соединяет их вместе. Проходит час-другой, и вот уже бригадир монтажников нажимает кнопку пуска. Оживает, будто выходит из летаргии, могучая рука стального великана. Начинает работать бетономешалка, и вот уже готовая смесь широкой струей льется из раструба. Робот, подчиняясь алгоритму, заложенному в компьютер, распределяет ее по периметру будущего фундамента. Причем, пока он делает планомерный обход по кругу, ранее выложенная смесь успевает застыть настолько, что воспринимает на себя нагрузку в виде следующего слоя без деформации. И так слой за слоем, пока не будет готов фундамент.

Бетонный узел тут же переходит на другой режим работы – вместо гальки, гранитной или базальтовой крошки теперь в качестве наполнителя в бетон начинают добавлять, скажем, куда более легкий, обладающий отличной тепло– и шумоизоляцией керамзит. По вашему желанию также в смесь можно добавить и какой-либо краситель, стена будет уж не серой, а розовой, голубой или зеленой… А захотите, так в каждую порцию смеси можно добавлять краситель особого цвета – дом получится разноцветным, словно радуга.

По расчетам, готовый остов двухэтажного коттеджа с подвальными помещениями, может быть готов за день – менее чем за 10 часов работы. Остается перекрыть его крышей, вставить окна-двери, произвести внутреннюю отделку… И можно въезжать. Причем стоимость такого дома будет как минимум в 2–3 раза дешевле, чем нынешняя.

Продолжение следует… Технология Дудина была предложена еще в 1994 году. Ну а что случилось дальше? А ничего… Нашим строителям так и не удалось найти инвестора, который бы не пожалел миллиона долларов для создания первого робота-строителя. И дело застыло на мертвой точке.

Но ведь не зря же говорят, что мысли витают в воздухе. По странному стечению обстоятельств в том же 1994 году на другом краю Земли, в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, случилось очередное землетрясение. И в стене дома профессора Университета Южной Калифорнии Бероха Хошневиса появилась изрядная трещина.

Профессору не оставалось ничего иного, как взять в руки мастерок и самому заделать ее – профессиональные строители в тот момент были нарасхват. Орудуя мастерком, он и задумался: «А нельзя ли создать механическую руку, которая бы выполняла подобную работу вместо человека?»

Будучи по природе человеком настойчивым, профессор стал думать над созданием подобной конструкции. И вот, в конце концов, до чего додумался.

На место очередного землетрясения он теперь предлагает посылать не только бригады строителей, но и специальные конструкции, отдаленно напоминающие портальные краны.

После окончания монтажа машины оживают и начинают двигаться взад-вперед по проложенным рельсам, словно обычные строительные краны. Только вместо крюка каждая стрела заканчивается «хоботом», по которому подается бетонная смесь. А на конце хобота раструб с узкой щелью. Двигаясь вперед и назад по рельсам, они манипулируют «хоботом», из щели которого бетон выдавливается, словно зубная паста из тюбика. Компьютер с помощью телеглаз следит за процессом и контролирует его. И вот уже дома на месте бывшей трагедии начинают расти, словно грибы.

Поскольку профессор, по всей вероятности, ничего не знал о разработке москвичей, то в его конструкции есть свои отличия. Так, например, он предлагает вести строительство не одной, а сразу 2–3 механическими руками. Первая отливает внешнюю и внутреннюю части стены. Когда эти, скажем так, панели затвердеют, то они послужат опалубкой, которая будет держать основную часть бетонной смеси, заливаемой внутрь третьей рукой. А предшествующая ей вторая рука будет монтировать в пока еще пустом пространстве все необходимые трубопроводы и коммуникации.

Управлять же форсунками, выделяющими бетонную смесь, профессор предложил по тем же алгоритмам, которые ныне используются в так называемых 3D-принтерах. Она позволяет печатать не только плоские тексты и рисунки, но и объемные, трехмерные объекты, наращивая их слой за слоем по определенной программе.

Таким образом, по мнению калифорнийских конструкторов, устройство Contour Crafting сможет возвести одноэтажный дом общей площадью 200 кв. м менее чем за сутки! При этом вся работа будет проведена под руководством одного оператора, сидящего у дисплея.

Отели в космосе…

Говорят, что «Мир» в свое время затопили столь поспешно потому, что некий американский мультимиллиардер хотел выкупить его и превратить в своего рода туристско-развлекательный центр, чего идеологи нашей космической программы никак допустить не хотели…

Скорее всего, это байка – станция была уж слишком стара, чтобы продержаться в космосе еще сколько-нибудь значительный срок. Но вот строить отели в космосе собираются и в самом деле.

Космическое колесо и другие варианты. За годы, прошедшие с момента запуска в космическое пространство корабля «Восток» с Юрием Гагариным на борту, все уже успели привыкнуть к тому, что в космос летают, как правило, великолепно подготовленные, тренированные люди. Однако о путешествиях за пределы земной атмосферы мечтают и обычные представители рода человеческого. И не только мечтают.

Так, согласно данным агентства «Ассошиэйтед Пресс», среди американцев на сегодняшний день насчитывается более 3 млн человек, которые готовы заплатить 100 тыс. долларов за сутки пребывания на околоземной орбите. А всего, по предварительным расчетам, в мире насчитывается более 20 млн потенциальных космических туристов, способных выложить за экскурсию в космос значительные суммы.

Ну а спрос, естественно, рождает предложение. Именно для космических туристов американская фирма «Спейс Айленд Групп» и предложила в 2008 году проект отеля на околоземной орбите. За поддержкой и финансовой помощью в осуществлении проекта фирма обратилась к сети отелей «Хилтон» и ряду крупнейших туристических компаний.

Будущий отель видится проектировщикам как огромное колесо, состоящее из двенадцати отработанных топливных баков ракетоносителей. Ракетные двигатели обеспечат постоянное вращение станции, необходимое для создания минимальной гравитации.

Модуль TransHab в составе МКС-1

Внутри отеля планируется создать шикарный интерьер, роскошные номера, ресторан и космическое казино. Но главной приманкой для туристов станет возможность побывать в невесомости. В центре-ступице вращающейся колесообразной конструкции расположатся помещения, где будет отсутствовать гравитация. Там любители экзотики смогут вдоволь полетать, полюбоваться панорамой Земли или, уединившись в отдельных каютах, выспаться в невесомости.

Космический отель планирует принимать 350 гостей одновременно, а его персонал составит 50 человек. Вот только до его открытия придется подождать по крайней мере лет двадцать.

Впрочем, может дела пойдут и быстрее. Ведь, кроме «Хилтона», еще три крупнейшие корпорации заявили о начале работы над аналогичными проектами. Так, скажем, японский концерн «Шимицу» запланировал открытие собственного отеля на орбите в период между 2015 и 2025 годами.

Согласно существующим разработкам, конструкция также будет иметь вид колеса диаметром 140 м. Реактивные двигатели, расположенные на корпусе, придадут колесу вращение, за счет чего внутри станции будет обеспечена постоянная сила тяжести. Отель концерна «Шимицу» сможет принять 64 туриста, а стоимость путевки на одного человека составит не менее 50 тыс. долларов.

О серьезности намерений японцев свидетельствует участие в проекте такого промышленного гиганта, как «Кавасаки». По существующей договоренности «Кавасаки» изготовит специальный космический «шаттл» весом 500 т, который будет осуществлять челночные рейсы по маршруту Земля – космический отель – Земля.

Недавно и немецко-американский концерн «Даймлер-Крайслер» также объявил о планировании постройки к 2020 году крупной космической станции-отеля на 224 места. Помимо номеров со всеми удобствами, там будет действовать необычный аттракцион. В центре станции в зале, стилизованном под арабские мотивы, где не будет существовать силы тяжести, туристы смогут летать на специальных коврах-самолетах, подражая героям сказок «Тысячи и одной ночи».

Приступим к «надувательству»? Зеркала антенн и телескопов, стены и перегородки космических станций, панели солнечных батарей, даже дома на Луне или Марсе – все это позволяет создать технология, разрабатываемая российскими учеными из Научно-производственного объединения имени С. А. Лавочкина. Вот что рассказал журналистам о ее сути представитель разработчиков, руководитель проекта, главный специалист Научно-исследовательского центра имени Г. Н. Бабакина при НПО имени Лавочкина Сергей Иванов.

Сегодня доставка в космос килограмма полезной нагрузки стоит порядка 10–20 тыс. долларов. Понятное дело, специалисты стараются максимально экономить, делая свои конструкции как можно более легкими и компактными. Но что на свете может быть легче мыльного пузыря? Причем для его получения необходимо самое простейшее оборудование. Вот эта-то простота и подкупила космических специалистов.

Правда, они вовсе не собираются прямо на Земле выдувать некие, особо прочные мыльные пузыри, которые смогут подниматься до космических высот. Нет, операция будет выглядеть куда прозаичнее. На космодром доставят что-то вроде невзрачных влажных мешков в плотных пакетах. На одном, например, будет написано – перегородка номер такая-то жилого отсека. На другом, может быть, рабочий стол. На третьем – зеркало телескопа…

Вариантов масса, и как это будет выглядеть наверняка – пока не так уж существенно. Важно то, что на орбите каждую заготовку надуют с помощью баллончика со сжатым газом. И уже через несколько часов ткань, затвердев за счет специальной пропитки, превратится в жесткую прочную конструкцию – скажем, модуль космической станции или будущей лунной или марсианской базы.

Как это делается, Сергей Иванов продемонстрировал на макете. Взял тонкую трубу из специального синтетического материала и полил ее водой. Через несколько минут материал стал мягким и гибким, она запросто складывается в маленькую гармошку. Именно она и отправится в космос. А там достаточно вдуть в нее сжатый газ, и гармошка расправится, отвердеет и снова станет трубой. Вот так, если объяснять на пальцах, выглядит такое превращение.

Пневмоконструкции позволят на порядок сократить число рейсов на орбиту. Долговечность же их, по словам Иванова, не меньше, чем металлических, – около 15 лет.

Мечта Биглоу. Параллельно с нашими конструкторами над подобными сооружениями работают и зарубежные специалисты. Так, 13 июля 2006 года ракета-носитель «Днепр» вывела на околоземную орбиту опытный вариант первого в мире обитаемого космического модуля Genesis-1. Финансирует проект бизнесмен и мультимиллионер Роберт Биглоу, владелец сети малобюджетных гостиниц Budget Suite.

Роберт Биглоу начал мечтать о космосе в 13-летнем возрасте, в 1957 году, когда на орбиту вышел первый советский спутник. Однако подросток решил, что путь к мечте через центр подготовки астронавтов или научную карьеру слишком долог, скучен и ненадежен. Биглоу решил заняться девелоперским бизнесом, заработать побольше, а уж затем вернуться к детской мечте о звездах.

Тридцать восемь лет спустя, в 1995 году, Биглоу вспомнил о своей детской мечте. Еще спустя четыре года предприниматель зарегистрировал в родном Лас-Вегасе компанию Bigelow Aerospace. Как раз в этот момент ему на глаза попалась информация о группе специалистов аэрокосмического агентства NASA, которая во главе с инженером Уильямом Шнайдером с 1997 года занимается разработкой надувных космических модулей. Технология под названием Transit Habitat (TransHab) по замыслу разработчиков позволяет упростить доставку модулей в открытый космос и сделать запуски менее энергоемкими.

К 2004 году были построены и прошли лабораторные испытания первые модели космических модулей, получивших рабочее название Nautilus.

После успешного запуска Genesis-1 Биглоу провел масштабную пиар-кампанию. По его словам, после запуска и успешных испытаний рабочей версии модуля компания планирует наладить их массовое производство и построить несколько орбитальных станций. Затем, уверен предприниматель, можно будет сдавать станции в лизинг научным организациям и крупным частным корпорациям для проведения исследовательских работ, а также космических экскурсий.

А пока суд да дело, фирма Bigelow Aerospace объявила среди космонавтов и астронавтов набор на должности обслуживающего персонала в сети космических отелей, которые, по мнению Бидлоу, будут выведены на орбиту Земли уже в 2015 году. Всего компании требуется пока 44 сотрудника. Планируется, что одна ночь в космическом отеле будет стоить 1 млн долларов.

Заселим Луну?. Поняв, что космическая индустрия набирает обороты, засуетились и представители компании «Хилтон», с упоминания проектов которой начат этот рассказ. Ныне они сделали следующий шаг, объявив о планах строительства отелей на… Луне! Такое решение владельцы фирмы приняли после того, как на Селене была обнаружена вода.

По словам управляющего компанией Питера Джорджа, «Хилтон» надеется стать первым из тех, кто построит на Луне гостиницу. Специалисты компании работают в тесном контакте с экспертами из NASA. На изучение различных предложений и разработок уже израсходовано 170 тыс. долларов.

Британский архитектор Петер Инстон, разработавший этот проект, предложил возвести на Луне 325-метровый комплекс, который станет самым высоким отелем во Вселенной. Предполагается, что в комплексе будет 5000 номеров. Энергию для них обеспечат две солнечные панели.

Внутри всех помещений комплекса, по планам «Хилтона», будет поддерживаться нормальное, земное давление. Посетители, дабы компенсировать недостаток земного притяжения, будут ходить в обуви с магнитной подошвой. Кроме того, проектом предусмотрен собственный космодром, где будут причаливать космические лайнеры, а также система защиты от астероидов.

И это не единственная идея подобного рода. Три японские компании затратили на аналогичные разработки почти 42 млн. долларов. «Симицу» планирует построить комплекс с теннисными кортами и площадками для гольфа. «Нисимацу констракшн корпорейшн» намерена возвести на Луне комплекс «Эскарго-Сити», состоящий из трех 10-этажных башен. Еще одна компания, «Обаяси», работает над проектом по созданию лунной коммуны с населением 10 тыс. жителей. Так что, видите сами, идея развития космического туризма получила весьма мощную поддержку влиятельных компаний.

Как вырастить… дом?

«Дома растут как грибы после дождя». Эту метафору мы частенько употребляем, когда хотим сказать, что строительство ведется исключительно быстрыми темпами. А нельзя ли действительно дома культивировать, словно грибы?

Оказывается, эта мысль пришла в некоторые умные головы вовсе не вчера. Еще двадцать с лишним лет тому назад Диана Широкова и ее друзья из Центрального городского клуба биоников г. Горький (ныне Нижний Новгород) задумались над проектом удивительного дома-гриб, который растет не сам по себе, а подчиняясь законам генной инженерии. Управляют процессом с помощью направленных пучков излучения, например ультрафиолета.

Стоит посеять споры такого чудо-гриба в землю, и он начинает развиваться, перерабатывая в строительный материал вещества, которые содержатся в почве, используя свет и воду. Ну а архитекторам-ботаникам надо лишь следить за ростом этого удивительного растения-строения, подправлять по мере необходимости отдельные его элементы, согласно своим замыслам.

Проект морского дома Р. Дернаха

На международном конкурсе в Штутгарте (ФРГ) проект ребят занял первое место, о нем много писали в газетах и журналах. Ну да дело это прошлое, хоть и в очередной раз показавшее неуемность ребячьей фантазии. Казалось, на том все и кончится.

Однако оригинальные идеи, сколь бы фантастичны они ни были, дают нередко прекрасные побеги. Так и кажется, что немецкий архитектор Р. Дернах был вдохновлен фантазией наших школьников, работая над своим проектом морского города.

Море, полагает он, предоставляет огромные возможности для градостроительства, надо лишь их умело использовать. В его водах обитают более двух тысяч видов растений и животных, которые со временем покрывают плотной известковой коркой любой предмет, находящийся в воде.

Так отчего же не воспользоваться этим свойством?

Дернах предлагает погружать в море своего рода затравку – каркас той или иной детали из тонкого материала, скажем пластика. В процессе естественного обрастания он покроется крепкой коркой. А когда деталь достигнет необходимых размеров, поднимай ее краном или вертолетом из воды и доставляй на стройку.

Правда, чтобы подобная технология стала реальностью, надо бы получше изучить жизнь обитателей моря, да с помощью генной инженерии стимулировать их деятельность. Ведь пока она не очень продуктивна. Чтобы нарастить на каркасе известный слой толщиной в 3 см, потребуется целый год. Впрочем, это дело вполне по силам науке и технике.

Так что, как видим, фантазия школьников постепенно обретает вполне реальные черты.

Скажем, дом, который собираются построить английские архитекторы, пока не умеет расти подобно живому организму. Стены его и крыша будут сделаны из современных синтетических материалов. Зато во всем остальном новый «экологический» тип жилища во многом повторяет идею горьковских школьников.

Дом этот не будет подключен ни к водопроводу, ни к канализации, ни к электрической сети. По существу, он представляет собой замкнутую экологическую систему, использующую энергию солнца. И воплощает в себе, пусть упрощенную, модель земной биосферы.

Отходы, которые обычно отправляются в мусоропровод и в канализацию, здесь станут поступать в специальный отсек, где под воздействием солнечного тепла в них размножатся одноклеточные зеленые водоросли. Они выделят кислород, который частично окислит органические остатки. Затем сточные воды попадут во второй отсек, где за дело возьмутся специальные бактерии. В результате их деятельности выделится горючий газ метан. Его можно использовать для приготовления пищи на обычной газовой плите. А остатки переработки отходов подаются в оранжерею, где послужат удобрениями для выращивания различных овощей и фруктов.

Потребность в воде будет удовлетворена за счет атмосферных осадков, сбора утренней и вечерней росы. По расчетам специалистов, за сутки таким образом можно получать около 90 л – вполне достаточно для домашних нужд. А плоские стеклянные ящики, установленные рядом с домом, при помощи солнечного тепла нагреют эту воду до 27° С даже зимой.