Текст книги "100 знаменитых изобретений"

Интернет

С увеличением количества компьютеров возникла проблема обмена информацией. Для постоянного обмена необходимо соединить компьютеры в сеть. Две машины, соединенных проводами, представляют собой простейшую сеть.

Запуск Советским Союзом в 1957 г. искусственного спутника Земли, полет Юрия Гагарина в 1961 г. побудил американцев начать широкомасштабные исследования в области передовых технологий.

В 1968 году Министерство обороны США встало перед необходимостью решения задачи: как связать между собой несколько компьютеров. Тому было две причины:

– проведение научных исследований в военно-промышленной сфере;

– создание сети, устойчивой, в отличие от телефонной, к массовым повреждениям в результате ядерного удара или бомбардировки.

Эта работа была возложена на Advanced Research Projects Agency (ARPA) – Управление передовых исследований Министерства обороны США. Через пять лет появилась ARPA-net. К этой сети предъявлялись следующие требования:

– устойчивость – любая часть сети может быть разрушена без ущерба для функционирования сети в целом;

– равноправность конечных систем – любой компьютер может связаться с другим компьютером как с равным.

Передача данных основана на межсетевом протоколе – Internet Protocol (IP). Протокол IP представляет собой свод правил и описание принципов работы сети. Он включает в себя правила налаживания и поддержания связи в сети, правила общения с данными – указания о том, как и куда их передавать по сети. IP работает в паре с TCP или UDP. UDP обеспечивает транспортировку отдельных сообщений без проверки, тогда как TCP более надежен и предполагает проверку установления соединения.

Сеть проектировалась таким образом, чтобы от пользователя не требовалось никаких знаний о ее структуре, которая может измениться в любой момент. Ею может пользоваться человек, не имеющий технического образования и очень далекий от техники. Для того чтобы послать сообщение по сети, ему достаточно поместить его в некоторый конверт (IP), указать на нем конечный адрес и передать полученные в результате этих процедур пакеты в сеть.

В первые десять лет сети развивались незаметно – они были предназначены для специалистов в области военной техники и для сотрудников вычислительных учреждений. Через десять лет после появления ARPA-net, в конце 1970-х, стали появляться локальные вычислительные сети (ЛВС), например Ethernet. В это же время появились первые суперкомпьютеры и операционная система UNIX. Эти суперкомпьютеры обладали вычислительными мощностями, превышающими возможности больших ЭВМ. Суперкомпьютеры были очень дороги, но при совместном использовании доступными по цене. В Америке было поставлено 5 таких суперкомпьютеров: предполагалось, что на них будут производиться математические расчеты на основе данных, посылаемых по сети из различных научных центров. Затем результаты должны были высылаться обратно. Однако, когда эти компьютеры связали в сеть, оказалось, что их обслуживание слишком дорого. Но сеть для доступа к ним уже была создана.

В то же время стали создаваться другие сети, например сеть NASA. Они использовали протоколы, напоминающие IP. Постепенно эти сети стали объединяться в сеть сетей, и пришлось создавать единое адресное пространство. Единая сеть стала называться Интернет, сеть сетей. В 1972 году было произведено первое международное подключение к Интернет – подключились Англия и Норвегия. Интернет стала сетью международной. В конце 1980-х годов к Интернет стали подключаться страны Восточной Европы.

Одним из достоинств сети была возможность подключения к ней компьютеров различных производителей, которые могли работать совместно с любыми другими компьютерами.

В 1982 году был создан единый протокол TCP/IP, объединяющий ранее действовавшие протоколы. ARPA начала использовать его в ARPA-net – это событие можно считать рождением Internet. В этом же году EUnet начала предоставлять услуги e-mail – электронной почты и Usenet сервис.

В 1983 г. был разработан Name server. Теперь пользователям не надо было знать точный путь к другой системе.

Количество серверов с 1984 по 1992 г. возросло с 1000 до 1 000 000.

В 1990 г. прекратил свое существование прародитель Интернет – ARPA-net.

Интернет – это не одна сеть, а тысячи взаимосвязанных отдельных сетей, каждая из которых имеет свои собственные правила. Попасть в Интернет можно через любую из них. Для подключения к Интернет необходим провайдер – поставщик сетевых услуг.

Для соединения компьютеров используются кабели в сочетании со специальной электроникой – сетевой платой. Они обеспечивают передачу информации на сотни метров. Сетевые платы позволяют нескольким компьютерам использовать для связи один кабель.

Для соединения компьютеров, расположенных на большом расстоянии, например в разных городах, используется телефонная связь. Но применять телефонные провода напрямую нельзя, поскольку телефонная сеть предназначена для передачи звуковой информации, компьютерные же сигналы имеют иную природу.

Для соединения компьютеров по телефонным линиям применяется модем. Он модулирует и демодулирует сигнал, отсюда и название – модем (модулятор – демодулятор). Модем переводит информацию в особые импульсы, которые затем расшифровывает модем, находящийся на другом конце провода.

Модемы бывают разных форм и размеров, внутренние и внешние. Они также отличаются скоростью передачи данных, полученных от компьютера, в телефонную линию.

Модемы принимают специальные меры, позволяющие им работать при помехах на телефонной линии: если принимающий модем не уверен на 100 % в том, что он правильно понял то, что ему было передано, он переспрашивает заново. В результате вся информация будет передана без искажений, но чем больше помехи, тем меньше скорость передачи. Кроме того, помимо информации модем передает объем этой информации («контрольную цифру»), и принимающий модем сравнивает полученный им объем с «контрольной цифрой».

В 1992 г. был разработан WWW (World Wide Web – дословно: «всемирная паутина»). Он представляет собой глобальную гипертекстовую систему отображения информации. Гипертекст – это текст со вставленными в него перекрестными ссылками.

Для чтения гипертекстов используются специальные программы просмотра – броузеры (наиболее популярные броузеры Netscape Navigator и Internet Explorer). Текст содержит специальные ссылки на тексты, звуковые файлы, фотографии, рисунки, видео, и браузер обрабатывает их. Такой текст похож на энциклопедию со ссылками на список литературы и с приложениями в конце.

В последнее время все чаще используется гипермедиа – синтез гипертекста и мультимедиа. Гипермедиа документ может включать в себя не только текст, но и графику, звук и видеоинформацию.

Долгое время гипертекстовые системы использовались как удобный инструмент при работе с большими объемами научной информации. Постепенно стало ясно, что WWW – великое изобретение, способное вывести сетевые технологии на качественно новый уровень. В конце концов гипертекстовая система стала глобальной. Интернет стала похожа на книгу. Поэтому отдельные блоки информации называются Web-страницами (Web-page), а совокупности Web-страниц (например об одной организации) называется Web-сайтом (Web-site).

Часть глобальной или локальной сети, которая дает возможность пользователям сети получать доступ к гипертекстовым документам, расположенным на данном сервере, называется Web-сервером.

Работа с WWW происходит по следующей схеме:

Пользователь посылает запрос на интересующую его тему на броузер, тот, в свою очередь, переадресует его в Сеть. Ответ идет в обратном порядке. В большом количестве информации трудно найти сведения на интересующую тему. Для облегчения поиска созданы специальные поисковые системы. Среди наиболее известных поисковых систем в русскоязычном Интернете – ALTAVISTA, YAHOO, GOOGLE.

Весьма популярной услугой в Интернете является электронная почта (electronic mail, или e-mail сокращенно). Она позволяет быстро и недорого посылать сообщения в любой конец света и получать ответы. Использование электронной почты имеет свои преимущества:

– она дешевле, чем обычная почта или телефонный звонок;

– быстрее, чем обычная почта, – время доставки сообщения в любой конец мира обычно составляет несколько секунд или минут;

– не надо беспокоиться, на месте ли получатель письма;

– создав список рассылки и написав одно письмо разослать его группе людей;

– можно использовать логические имена, не запоминая сложные адреса;

– можно подписаться на группу новостей по интересующей тематике.

Еще одна возможность сети Интернет – это общение on-line – в режиме реального времени. При наличии специальной программы можно заходить в каналы общения и переговариваться с другими людьми. Текст сообщения приходит к собеседнику через несколько секунд. Разговор происходит в каналах с определенными названиями, которые отражают общую направленность (тематику) разговора.

В данный момент существует несколько типов программ, используемых для общения, различающихся оформлением, наличием различных опций и способом подключения. Некоторые программы позволяют передавать не только текст, а звук и видео. Наиболее распространенными программами являются IRC и ICQ.

Некоторые специалисты считают появление сети Интернет новой информационной революцией, третьей по счету после появления письменности и книгопечатания. Насколько они правы, покажет время.

Искусственный спутник Земли

В соответствии с международной договоренностью космический аппарат называется спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли.

Большую роль в подготовке запусков искусственных спутников Земли сыграли научные исследования, заложившие основы теории реактивных двигателей и космических полетов. Важнейшее место в этом занимают работы К. Э. Циолковского. Он обосновал возможность применения ракетных аппаратов для межпланетных сообщений. Чтобы достигнуть космических скоростей, Циолковский выдвинул идею применения многоступенчатых ракет, которые он назвал «ракетными поездами».

Предшественницами космических ракет, выводивших на орбиту искусственные спутники Земли и космические корабли, были баллистические ракеты. В начале развития ракетной техники первенство в этой области было у Германии: в 1933 г., сразу после прихода Гитлера к власти, В. фон Браун стал вести работу над секретным проектом А-1 (Агрегат первый). А-1 представлял собой жидкостную ракету, работающую на спирте и жидком кислороде. Ее длина составляла около 1,5 м, стартовый вес – 150 кг.

Конструкция А-1 была неудачной: центр тяжести конструкции находился слишком далеко от двигателя, что приводило к кувырканию в полете. В 1934 г. появился новый вариант – А-2. Пуск этой ракеты прошел удачно, она поднялась на высоту 220 м.

Благодаря этому успеху, руководство вооруженных сил Германии приняло решение о создании «Армейской экспериментальной станции» в Пенемюнде на Балтийском море. На создание ракетного оружия в 1937–1940 гг. было выделено 550 млн марок.

Испытания следующей ракеты, А-3, шли неудачно: она либо тонула в море, либо взрывалась при падении на сушу. Фон Браун и его коллега К. Ридель считали ее промежуточным этапом перед своим главным детищем – ракетой-снарядом А-4.

А-4 по своим параметрам превосходила все ранее созданное в ракетной технике. Ее длина составляла 14 м, наибольший диаметр – 1,65 м. В головной части ракеты имелось боевое отделение, где содержался боевой заряд –1 т взрывчатого вещества. В снаряде было два бака: один с горючим – спиртом и второй с окислителем – жидким кислородом. Горючего в ракете было 3 т, а окислителя – 5,5 т.

А-4 имел специальный насос для подачи окислителя и горючего, камеру сгорания, а также отделение с приборами управления. Направляющие плоскости стабилизатора и газовые и воздушные рули были нужны для управления ракетой и ее устойчивости. Мощность жидкостно-реактивного двигателя превышала 500 000 л. с, а двигатель развивал тягу в 25,4 т, значительно превышающую стартовый вес ракеты. Предельная, максимальная скорость ракеты составляла 5500–5700 км/ч, а дальность полета – 300–400 км.

В мае 1943 г. в Пенемюнде состоялись запуски крылатой ракеты, также разрабатывавшейся на этом полигоне, и А-4. Крылатые ракеты взорвались сразу после старта, а запуски обоих А-4 прошли успешно. Кроме того, крылатая ракета требовала для запуска громоздкую эстакаду, а А-4 взлетала с небольшой бетонированной площадки. Поэтому, несмотря на то что крылатая ракета стоила 50 000 марок, а А-4 – 300 000 и они несли одинаковое количество динамита, было решено продолжать работу в обоих направлениях.

После показа Гитлеру документального фильма о стартах ракет, А-4 получила название Фау-2 (от первой буквы немецкого слова «Vergeltungswaffe» – «Оружие возмездия»).

Фон Брауну удалось соединить в Фау-2 мировые достижения в конструировании жидкостных ракет. Так, использовались компоненты топлива, найденные Г. Обертом для ракеты еще в 1917 г., учитывались идеи Циолковского о применении жидких компонентов для охлаждения двигателя и создании специальных насосов для их подачи в камеру сгорания. Схему расположения баков и конструкцию турбонасосов, аналогичную брауновской, создал американец Р. Годдард.

18 сентября 1944 г. на Лондон была выпущена первая Фау-2. Затем в течение семи месяцев немцы вели систематический обстрел Англии ракетными снарядами. Таким образом немцы могли перебросить тонну взрывчатого вещества на расстояние 300–350 км и бомбардировать Лондон из Гааги. Но точность попадания снарядов была очень мала, они несли сравнительно немного взрывчатого вещества и в целом не были эффективны как военное оружие, хотя, конечно, причиняли большие разрушения.

Менее чем через минуту после взлета ракета достигала высоты 30 км, а вскоре развивала огромную скорость – более 5500 км/ч. Специальные установки управления автоматически поворачивали ракету, которая, достигнув высоты 90 км, продолжала полет, спускаясь к цели по параболической траектории.

Ракета падала на цель со скоростью, превышающей скорость звука более чем в два раза. При быстром движении ракеты ее обшивка накалялась, и, по рассказам очевидцев, ракеты «А-4», падавшие на Лондон, светились слабым красным светом.

После разгрома нацистской Германии дальнейшие работы по совершенствованию А-4 проводились в Америке. В 1945 г. в США оказались немецкие специалисты, в том числе В. фон Браун, один из создателей «А-3» и «А-4». Он возглавлял все космические разработки в США в 1952–1956 годах.

В течение 1946–1952 гг. на испытательном полигоне Уайт-Сэндс (штат Нью-Мексико) американцы производили запуск нескольких десятков ракет типа А-4.

Отдельные ракеты достигли высоты 160 км, а одноступенчатая ракета «Викинг», созданная в США (имевшая большую длину и меньший диаметр, чем А-4), в 1951 г. поднялась на высоту более 210 км. Она развивала силу тяги более 8000 кг и имела скорость до 6400 км/ч. Одноступенчатая ракета «Викинг», запущенная в мае 1954 г., достигла высоты 253 км. Стартовый вес ее был равен 7,5 т, а максимальная скорость превышала 6880 км/ч. При запуске двухступенчатой ракеты «Бампер» была достигнута скорость 8 тыс. км/ч и высота 400 км.

Разработка ракет велась и в СССР. 18 октября 1947 г. в Советском Союзе был проведен запуск первой советской баллистической ракеты Р-1, созданной под руководством С. П. Королева.

В мае 1949 г. в СССР был произведен вертикальный запуск одноступенчатой ракеты В-1А, созданной на базе Р-1 на высоту в 110 км. Вес научной аппаратуры, который она подняла, достигал 130 кг.

Такая ракета включала головную часть с полезным грузом исследовательской аппаратуры, среднюю часть с топливными баками и хвостовую с двигателями и наружными стабилизаторами. Корпус ракеты, созданный из алюминиевых сплавов, имел цилиндрическую, с заостренной головной частью форму. Для запуска ракеты применялись специальные стартовые площадки и устройства. Приборы и оборудование ракет включали радиотехнические устройства, позволявшие вести наблюдения за верхними слоями атмосферы и передавать показания приборов по радио на землю. Применялся также особый механизм для сброса аппаратуры при вхождении ракеты в плотные слои атмосферы при спуске.

Расчеты, проведенные сотрудниками КБ Королева, показали, что для запуска спутника Земли необходима многоступенчатая ракета, способная взлетать на большую высоту, чем одноступенчатая. До этого были известны две схемы размещения ступеней – последовательно одна за одной, вдоль по оси ракеты или параллельно – боком друг к другу. Различные схемы обсчитывались группой математиков под руководством Д. Е. Охоцимского.

В окончательном варианте были соединены оба известных до того типа расположения ступеней. На одноступенчатую ракету сбоку навешивались еще 4 блока. На старте включались двигатели основного, центрального блока и боковых. После выработки топлива боковые блоки отстреливались, а центральный блок продолжал подъем. Таким образом, боковые блоки были первой ступенью, а центральный одновременно первой и второй.

В начале 1956 г. советское правительство поддержало инициативу С. П. Королева и Академии наук СССР и приняло решение о создании в 1957–1958 гг. искусственного спутника Земли. Была создана специальная комиссия по ИСЗ, которую возглавил советский ученый в области математики и механики М. В. Келдыш. В нее вошли С. П. Королев и крупный специалист в области ракетостроения М. К. Тихонравов. 23 сентября Королев сделал доклад о разработке эскизного проекта спутника.

Сначала предполагалось создать орбитальную научную лабораторию. Но работа над ней продвигалась медленнее, чем создание ракеты, поэтому было принято решение запустить аппарат упрощенной конструкции, чтобы проверить возможность его выведения на орбиту, контроля за ходом полета, надежности систем энергоснабжения, связи, терморегулирования.

21 августа 1957 г. был проведен первый удачный пуск баллистической ракеты, ставшей прообразом космической ракеты «Восток». Для того чтобы вывести спутник на орбиту, была необходима первая космическая скорость в 8 км/с.

4 октября 1957 г. в 22 ч 58 мин по московскому времени состоялся отрыв ракеты-носителя первого искусственного спутника Земли от стартового комплекса.

Первый спутник представлял собой сферический аппарат диаметром 58 см с 4 антеннами длиной 2,4 и 2,9 м. Внутри заполненного жидким азотом корпуса из алюминиевого сплава находились три аккумуляторные серебряно-цинковые батареи для питания радиопередатчиков, работавших на волнах длиной 15 и 7,5 м и вентилятор. Масса спутника достигала 83,6 кг. Он назывался ПС – простейший спутник.

Эллиптическая орбита первого спутника имела наибольшее удаление от Земли, апогей, 947 км, наименьшее, перигей, 228 км, время обращения вокруг Земли – 96 минут.

Первый искусственный спутник Земли просуществовал как космическое тело 92 суток, за это время он совершил 1400 оборотов вокруг Земли и прошел около 60 млн км. И вот 4 января 1958 г. он вошел в плотные слои атмосферы и прекратил свое существование.

3 ноября 1957 г. на орбиту был выведен второй ИСЗ. Он представлял собой последнюю ступень ракеты-носителя, в которой была размещена вся научная аппаратура. В передней части последней ступени ракеты были установлены приборы для исследования излучения Солнца и космических лучей, сферический контейнер с радиопередатчиками и другой аппаратурой, а также герметическая кабина с подопытным животным, собакой Лайкой. Системы регенерации и терморегулирования поддерживали в кабине условия, необходимые для существования собаки. Общий вес аппаратуры, животного и источников питания составлял 508,3 кг.

Приборы и контейнер ракеты были защищены во время полета в плотных слоях атмосферы от аэродинамических и тепловых воздействий специальным защитным кожухом. После выведения последней ступени ракеты на орбиту защитный кожух был сброшен.

Во время полета спутника автоматически велась передача разнообразных наблюдений. Эти передачи обеспечивались при помощи специальной радиоаппаратуры. Мощность установленных радиопередатчиков позволила принимать сигналы спутника любительскими приемниками на расстояние нескольких тысяч километров. Сигналы, излучаемые передатчиками, имели вид телеграфных посылок. Эти сигналы использовались для наблюдения за орбитой спутника, а также для передачи изменений параметров на спутнике. Это достигалось путем установления на спутнике чувствительных элементов, которые в зависимости от изменения тех или иных параметров автоматически меняли длительность посылок и пауз. Радиотелепередающая аппаратура, установленная в корпусе последней ступени ракеты, где находилась герметическая кабина с подопытным животным, значительно расширила имеющиеся сведения о состоянии подопытного животного.

Второй искусственный спутник весил 508,3 кг. Высота перигея была 225 км, апогея – 1671 км. Второй ИСЗ находился на орбите до 14 апреля 1958 г. Проведенные на нем исследования дали первые научные сведения о состоянии живого организма в условиях космического полета.

31 января 1958 г. с помощью ракеты «Юпитер-С» был запущен первый американский спутник «Эксплорер-1» массой 14 кг.

15 мая 1958 г. состоялся запуск третьего советского искусственного спутника Земли. Его вес достигал 1327 кг, длина – 3,57 м, наибольший диаметр 1,73 м (без учета выступающих антенн). Параметры орбиты: перигей – 226 км, апогей – 1881 км.

Этот спутник представлял собой первую в мире автоматическую космическую станцию. На нем были установлены 12 научных приборов, многоканальная телеметрическая система с запоминающим устройством, система терморегулирования, программно-временное оборудование. В результате полета был обнаружен радиационный пояс, существующий вокруг Земли, изучены распределение плотности и состав атмосферы, концентрация заряженных частиц магнитного и электростатического поля. Третий спутник прекратил свое существование на 10 037-м обороте 6 апреля 1960 года.

Современные ИСЗ имеют различное назначение. Существуют исследовательские ИСЗ для научных исследований космоса и верхних слоев атмосферы. Спутники связи применяются для ретрансляции радиосигналов между наземными станциями. Метеорологические спутники помогают наблюдать за распределением облачного покрова и теплового излучения Земли с целью получения данных для прогноза погоды. Навигационные спутники служат для определения положения кораблей и самолетов относительно спутника в нескольких точках его орбиты. Военные ИСЗ ведут разведку из космоса, могут поражать другие спутники или наземные цели.

Без искусственных спутников Земли невозможно развитие многих отраслей науки и народного хозяйства.