Супертворения высокого разума
«Наука без практики — пустоцвет!» — сказал полвека назад приснопамятный Никита Хрущев. И в этом был прав. Огромные антенные поля, «Z-машина» с адской температурой, шахтные суперсамосвалы, вышка для испытания лифтов и ангар для определения уровня шума самолетов — такие уникальные цветы расцвели сегодня на научно-техническом поле.
Супердетектор для исследования субатомных частиц SuperKamiokande. Размещен в горах Японии на глубине 1 км. Его волноуловитель — семимильный осветлитель (40х40 м) из нержавеющей стали, набитый 50000 т чистой воды, которая служит мишенью для частиц. На поверхности резервуара размещены 11146 фотоумножителей (ФЭУ). Уникальный видеодетектор для физических исследований окружен слоем обычной воды, который называется внешним детектором и контролируется ФЭУ. В дополнение к световым коллекторам у японцев есть еще огромное количество электроники, компьютеров, калибровочных устройств и оборудования для очистки воды (в самом детекторе или в нескольких шагах от него).
Десять лет назад участники первого эксперимента SuperKamiokande заявили о регистрации явлений, похожих на нейтринные осцилляции. В ходе эксперимента исследовались особенности мюонных нейтрино, рожденных в верхних слоях земной атмосферы при столкновении протонов космических лучей с ядрами атомов воздуха, приходящих в фотодетектор с разных расстояний. Оказалось, что меньше мюонных частиц приходило с тех направлений, где нейтрино преодолевали большие дистанции. Эти результаты дали основание полагать, что число мютрино данного класса зависит от пройденного ими пути.
«Бенефилд BAF». В безэховой камере антенного полигона «Бенефилд BAF» (Benefield Anechoic Facility, авиабаза Эдвардс, Калифорния) проходили испытания гиперзвукового демонстратора Х-43А, оснащенного прямоточным воздушно-реактивным двигателем со сверхзвуковым горением (СПВРД). С помощью безэховой камеры исследуются такие показатели, как эффективная отражательная/поглотительная неосновательность и точные характеристики антенных устройств объектов, испытывается бортовое радиоэлектронное оборудование, в том числе и радиостанции, системы управления оружием и контейнеры средств радиоэлектронного противодействия. Камера полигона BAF — самая большая в мире. Ее объем — 80х76х21 м — позволяет испытывать объекты размерами с бомбардировщик В-52 или военно- лесотранспортный самолет-разведчик С-17. А беспилотный аппарат Х-43А длиной 3,7 м был самым маленьким объектом, испытанным в этой камере. Тут же тестировались телеметрический кардиопередатчик демонстратора, функционирующий в S-диапазоне, и антенны транспондера диапазона C.
Very Large Array (VLA) — астрономическая радиометеорологическая обсерватория, находится в 80 км к западу от г.Соккоро (штат Нью-Мехико, США) на высоте 2124 метра над уровнем моря. 27 независимых антенн расположены по сторонам длиной 21 километр, напоминая букву Y. Каждая антенна имеет 25 метров в диаметре и весит 230 т. Используя рельсовую дорогу, антенны передвигаются на нужную позицию для наблюдения. Все это используется в международных программах по поиску внеземных цивилизаций с помощью радиоволн. Не иначе, как этими антеннами был пойман печально известный светосигнал Wow.
Радиобашня Solae высотой 173 метра для испытания лифтов. Японская Mitsubishi Electric построила в городе Иназава самую высокую в мире башню для испытания лифтов. Пойти на строительство супернебоскреба корпорацию заставила появившаяся в последнее время популярность на возведение сверхвысоких зданий. В небоскребе Taipei 101 скорость движения лифтов уже достигает 61 км/ч. Строительство башни обошлось Mitsubishi Electric в пять миллиардов йен (около $50 млн).
Z-machine — «адская машина». В США ученым-физикам и металлургам удалось получить плазму с рекордно высокой в земных условиях температурой, превышающей 2 миллиарда градусов (!!!) по Цельсию. Открытие сделано в национальной лаборатории «Сандия», расположенной вблизи г. Альбукерке (штат Нью-Мехико, США). Рекордное значение было достигнуто на лабораторной установке Z-machine: на наносекунды физики вернулись в доисторическое марево нашего мира, когда Вселенная, стиснутая в центре абсолютного ноля, вдруг вспыхнула и разлилась светлой лужицей, бесформенная, безымянная. Некоторые технические подробности этого уникального опыта разъяснил автору профессор Владимир Шаповалов, главный специалист этой лаборатории и, кстати, выпускник Днепропетровского металлургического института:
— Вот виртуозный лаборант помещает в центр реактора моток тончайших вольфрамовых нитей, тоньше человеческого волоса — чем качественнее материал, тем выше температура. Эта штука, похожая на обыкновенную катушку, влетела Sandia в копеечку. Но лаборант не подведет. Все готово, и руководитель эксперимента давит на красную кнопку. В сердце установки впивается ток силой в 20 миллионов ампер, и вольфрам моментально превращается в облачко заряженных частиц. Это и есть плазма. Она крайне неустойчива, и современная физика не располагает приборами, способными удержать плазму в стабильном состоянии. Она вот-вот исчезнет. Однако этого крохотного «вот-вот» хватает на то, чтобы ионы вольфрама попали в магнитное поле, которое стиснет облачко до ничтожных размеров — да, как на модели Большого взрыва, только наоборот! В следующее мгновение голые ядра окажутся вместе со свободными электронами в одной куче. Микрочастицам буквально некуда деться, и от безысходности они выделяют огромную энергию в виде рентгеновских лучей. В магнитных тисках система нагревается до нескольких миллионов градусов, после чего все рушится…»
Но еще удивительнее, говорит В.Шаповалов, то, что такие же опыты потом ставились и с вольфрамом, и со многими другими тугоплавкими металлами. А вот получилось все только — на чем бы вы думали? — на железе! Именно железная мишень дала такой удивительный результат, и объяснить это пока ученые не могут. Вот какой фокус повторен был в той же лаборатории с использованием сверхмощной лазерной установки — 12 лазеров били в одну железную мишень одновременно.
Действительно, американские ученые каким-то образом нарушили закон сохранения энергии. Вопреки всем законам физики в Sandia поставили температурный рекорд, результат превзошел ожидаемый на три порядка. О таком Солнце с его карликовыми миллионами можно только мечтать. Один из ведущих сотрудников Sandia, профессор Малколм Хейнс, лишь предполагает, что некая сила удерживала сгусток плазмы в магнитном поле дольше обычного. Природа этой силы, продлившей ад на целых 10 наносекунд, остается загадкой.
Мощнейший лазер. Физики из университета Мичигана испытали необычайно мощный лазер, пусть и развивающий эту мощность на очень короткое время. «Если бы вы могли поместить в космос гигантское увеличительное стекло и сосредоточить весь солнечный свет, падающий на Землю, на одной единственной песчинке — вы получили бы интенсивность света, которая достигается в нашем лазерном луче», — красиво описали ученые МТУ свое достижение. Титан-сапфировый лазер HERCULES (High Energy Repetitive CUos Laser System), или импульсный высокоэнергетический лазер Центра ультрабыстрой оптики — CUOS, выдал луч мощностью 300 тераватт. Это примерно в 100 раз больше суммарной мощности земных электростанций, причем этот огромный световой поток был сосредоточен в луче диаметром всего 1,3 микрометра. Так что плотность мощности достигла 20 миллиардов триллионов ватт на квадратный сантиметр.
Длительность импульса составила всего 30 фемтосекунд. Карл Крушельник, один из соавторов опыта , заявил: «Я не знаю другого места во Вселенной, в котором достигалась бы такая высокая интенсивность света». Также ученые добавили, что интенсивность лазерного луча, генерируемого HERCULES, в 100 раз больше, чем у любого другого лазера. Эта установка, по словам физиков, поможет в разработке радиационных методов лечения рака и в ряде других исследований. Примечательной особенностью HERCULES также является возможная частота повторения таких мощных импульсов — один раз в 10 секунд, в то время как другие сверхмощные лазеры требуют минуты и часы для «перезарядки».
Самосвалы-мастодонты для угольных карьеров. Специалисты из университета Карнеги-Меллона (CMU) и компании Caterpillar работают над созданием самого большого в мире автомобиля-робота. Они занялись переделкой — ни много ни мало — самого тяжелого в мире карьерного самосвала. Гигантский «интеллектуальный беспилотник» ученые создают на базе грузовика Caterpillar 797B с номинальной грузоподъемностью 345 т и полной массой 624 т. Правда, есть еще и немецкий карьерный монстр LiebherrT282. Он несколько превосходит своего американского собрата в грузоподъемности, но зато уступает в полной массе и немного в габаритах. «Автономные транспортные средства еще находятся в стадии становления», — говорит Тони Стенц, один из авторов проекта. Но все же ученый полагает, что в следующие 5—10 лет технология автомобилей-роботов, опробованная на практике в карьерах, распространится и на обычные легковушки.
Собственно, превращение огромного Caterpillar в робота и заключается в адаптации к самосвалу той же самой электронной начинки и той же программы, которые позволили победить в Urban Challenge питтсбургскому внедорожнику. ПО, впрочем, будет скорректировано с учетом работы в карьере. Итак, вскоре «железная гора» получит GPS-приемник, а также набор лазерных дальномеров и видеокамер, сканирующих обстановку вокруг. Вся информация с них будет попадать в бортовой компьютер, решающий, как действовать грузовику в том или ином рабочем случае. Однако Caterpillar в ипостаси робота не будет первым автоматизированным карьерным гигантом. Тут американцев опередили японские специалисты из компании «Комацу», выведшие недавно подобный опытный грузовик на просторы рудника Gaby в Чили. Зато Caterpillar будет крупнейшим. Данный эксперимент должен стать пробой перед переводом не одного, а многих карьерных самосвалов на автономную работу.
Самый быстрый электромотор в мире. Миллион с хвостиком оборотов в минуту развивает крошечный электромотор, построенный в швейцарском Федеральном технологическом институте (ETH Z?rich). Пару лет назад здесь показали микромотор на 500 тысяч оборотов и тогда же обещали построить образец-миллионник — и вот он готов. Новый аппарат, по размеру сопоставимый с коробком спичек, обладает титановым ротором и ультратонкой медной обмоткой, вставленной в цилиндр из некоего железного сплава, не применявшегося ранее для электрических машин. Мощность его — 100 ватт. Прочие секреты швейцарцы не раскрывают. Достижение впечатляет, учитывая, что столь быстрых вращающихся объектов практически не найти ни в космосе, ни на Земле.
Швейцарская новинка оставляет все подобные объекты далеко позади. Разве что одна экспериментальная микроскопическая газовая турбинка 2005 года да стальной шарик в 0,8 мм, подвешенный в магнитных полях в вакууме, могут похвалиться более высокой скоростью. Для электрических же систем привода достижение в миллион оборотов — абсолютный рекорд! Потому для коммерциализации разработки создана компания Celeroton. Среди потенциальных сфер применения мотора — ультраскоростные дрели (они необходимы для аккуратного просверливания отверстий очень малого диаметра, которые можно найти в электронных устройствах), а также более компактные компрессоры самого разного назначения. «Наши находки будут быстро переведены в плоскость конкретных приложений и продуктов», — заявил один из авторов супермотора Иоганн Колар.
Бегущая дорожка для автоболидов. Американская компания Jacobs Engineering соорудила уникальную бегущую дорожку, на которой может испытываться гоночный болид чемпионата NASCAR. Она станет частью мощной аэродинамической трубы стоимостью в $ 40 миллионов, возводимой в г.Конкорд (Калифорния). Первая в Северной Америке и одна из немногих в мире, «спортивная» аэротруба позволит точно моделировать потоки под днищем на высоких скоростях. Сооружается она для компании WindShear — дочернего предприятия промышленного станкостроительного гиганта Haas Automation.
Беговая дорожка необходима для более точного воспроизведения условий движения на высоких скоростях (для моделирования обтекания автомобиля воздухом важно учитывать влияние «убегающей» дороги). Ее широкая стальная лента толщиной всего 1 мм может разгоняться до скорости 290 км/ч. Под поверхностью бегущей ленты спрятаны датчики, способные передавать параметры нагрузки от каждого из четырех колес. В аэродинамической трубе в первую очередь будут испытываться болиды команды NASCAR.
