Институт Инновационного Проектирования | Как стать изобретателем. Выпуск 42.
 
Гл
Пс
Кс
 
Изобретателями не рождаются, ими становятся
МЕНЮ
 
   
ВХОД
 
Пароль
ОПРОС
 
 
    Слышали ли Вы о ТРИЗ?

    Хотел бы изучить.:
    Нет, не слышал.:
    ТРИЗ умер...:
    Я изучаю ТРИЗ.:
    Я изучил, изучаю и применяю ТРИЗ для решения задач.:

 
ПОИСК
 
 



 


Все системы оплаты на сайте








ИННОВАЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сертификация инноваторов
инновационные технологии
БИБЛИОТЕКА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
Это интересно
ПРОДУКЦИЯ
 

 


Инновационное
обучение

Об авторе

Отзывы
участников

Программа
обучения

Вопрос
Ю.Саламатову

Поступить на обучение

Общественное
объединение



Молодому инноватору

FAQ
 

Сертификация
специалистов

Примеры заданий

Заявка на
сертификацию

Аттестационная
комиссия

Список
аттестованных
инноваторов

Инновационное
проектирование

О компании

Клиенты

Образцы проектов

Заявка
на проект

Семинары

Экспертиза проектов

   

Книги и статьи Ю.Саламатова

Теория Решения Изобретательских Задач

Развитие Творческого Воображения

ТРИЗ в нетехнических областях

Инновации 
в жизни науке и технике

Книги по теории творчества

Архивариус РТВ-ТРИЗ-ФСА

Научная Фантастика
 
 
Статьи о патентовани
   

Наука и Техника

Политика

Экономика

Изобретательские блоги 

Юмор 
 
Полигон задач

ТРИЗ в виртуальном мире
медиатехнологий
       

Книги для
инноваторов

CD/DVD видеокурсы для инноваторов

Програмное обеспечение
инноваторов

Покупка
товаров

Отзывы о
товарах
           

Как стать изобретателем. Выпуск 42.

 

Дорогой друг! 

 

Сегодня в выпуске:

 

 НОВЫЕ ИДЕИ, ТЕХНОЛОГИИ, МАТЕРИАЛЫ 

 

18 изобретений 2015 года


Безопасный грузовик
Описание: http://files5.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017860-650-1449586264-17424810-R3L8T8D-650-Safety_Main.jpg 
samsung 
Кажется фантастикой? А Samsung уже массово внедряет эту технологию в Аргентине. Все для того, чтобы избежать аварий при обгоне своих грузовиков.
Ховерборд
Описание: http://files6.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017360-650-1449586264-maxresdefault.jpg 
ytimg 
Наполовину сегвей, наполовину скейтборд. Управляется переносом веса тела. На нем можно делать различные трюки и даже танцевать.
Симулятор виртуальной реальности
Описание: http://files7.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017510-650-1449586264-Tech-immersives.png 
microsoft 
В отличие от очков Google Glass, которые дополняют реальность, компания Microsoft представила полноценный симулятор виртуальной реальности — Microsoft HoloLens. Устройство уже использует НАСА для моделирования поверхности Марса.
Сковорода, которая научит вас готовить 
Описание: http://files8.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017810-650-1449586264-pantelligent-100629633-orig.jpg 
pantelligent 
Больше не будет сомнений: достаточно ли разогрета сковорода, не пора ли помешать, еда уже готова или нужно еще подержать? Эта сковорода сама уведомит вас, когда перевернуть стейк, чтобы прожарка была, наример, средней.
Книга, очищающая воду
Описание: http://files1.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017160-650-1449586264-05_Drinkable_Book_Angle_Tear.jpg 
pagedrinkingpaper 
Cтраницы этой книги — фильтры для воды, которые задерживают до 99% вредных бактерий. Инструкции по использованию размещены на страницах книги.
Макароны, заряжающие энергией 
Описание: http://files2.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017110-650-1449586264-Banza-Vodka-Sauce-Ingrdients-5.jpg 
eatbanza 
Это паста, сделанная из нута, а не из пшеницы. Она содержит в два раза больше белка и в четыре раза больше клетчатки, но меньше углеводов и клейковины. Сейчас в планах компании переделать по такому же типу пиццу и каши.
Пылесос для океана
Описание: http://files3.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5016910-650-1449586264-boyan-slat-ocean-cleanup-waste-collecting-rays2.jpg 
theoceancleanup 
Простое вылавливание мусора сетями — дорогостоящий и трудоемкий процесс. Разработчики этого проекта хотят разместить плавающее заграждение длиной 100 км и захватывать мусор, используя течения.
Мячик, который учит детей программировать
Описание: http://files4.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5018010-650-1449586264-100.png 
ytimg 
Спрос на программистов стремительно растет, поэтому компания Made by Many предлагает обучать детей программированию с ранних лет. Hackaball — игрушка, которая синхронизируется с мобильным приложением и позволяет пользователям программировать, когда и как она загорится.
Личный детектор загрязнения воздуха
Описание: http://files5.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017560-650-1449586264-tzoa_20141119114133_00.jpg 
tzoa 
Он распознаёт состав воздуха вокруг вас, чтобы вы не дышали загрязнителями. Благодаря ему можно будет намечать пешеходные маршруты таким образом, чтобы избежать аллергенов вроде пыльцы, например.
Гамак с гидромассажной ванной внутри
Описание: http://files6.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017960-650-1449586264-101.png 
kickstarter 
Чувствуем, это гениальное изобретение Hydro Hammock будет самой желанной вещью для дачи!
Устройство, которое закроет ваш дом на ключ
Описание: http://files7.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017260-650-1449586264-800.jpg 
candyhouse 
Чудесное изобретение для тех, кто часто забывает закрыть дверь или не забывает, но, выйдя из дома, начинает волноваться по этому поводу. После синхронизации с телефоном вы будете точно знать, закрыта ли ваша дверь, а также следить за тем, кто и когда приходит и уходит.
Чип, избавляющий от сутулости
Описание: http://files8.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017660-650-1449586264-posture-exercises.jpg 
uprightpose 
Каждый раз, как только вы решите ссутулиться, устройство начнет вибрировать. Полезно для здоровья.
Умные уши
Описание: http://files1.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017210-650-1449586264-20150605174741.png 
kickstarter 
Благодаря этому девайсу, прямо в приложении для смартфона можно убирать неприятные звуки. Например, можно частично избавить себя от «удовольствия» слушать детский крик или рев отбойного молотка.
Система предотвращения храпа
Описание: http://files2.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017310-650-1449586264-fundnora-pillow-psfk1.jpg 
kickstarter 
Это устройство срабатывает на храп. Начинает работать помпа, надувающая вставку для подушки. Голова меняет положение при подъеме подушки, в результате сокращаются мускулы носоглотки. И храп исчезает.
Биобраслет самочувствия ребенка
Описание: http://files3.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5017460-650-1449586264-SproutlingFeat.jpg 
sproutling 
Устройство фиксирует сердечный ритм ребенка, температуру тела, положение и другие данные и, если есть повод для тревоги, посылает родителям уведомление в приложение для смартфона. Оно сможет прогнозировать, когда ребенок проснется.
Электронный оркестр для вашей гитары
Описание: http://files4.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5016860-650-1449586264-black_guitar.jpg 
acpad 
Всего лишь прикрепите панель ACPAD к вашей гитаре, и она зазвучит сотней инструментов.
Горшки, которые растут вместе с растениями
Описание: http://files5.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5018060-650-1449586264-102.png 
ayaskan 
Эти горшки-оригами от студии Ayaskan очень просто трансформируются в нужный вашему растению размер.
Игрушка, с которой можно поболтать
Описание: http://files6.adme.ru/files/news/part_112/1124760/5016960-650-1449586264-cognitoys-2.jpg 
cognitoys 
В отличие от других говорящих игрушек, которые только повторяют за ребенком фразы, этот динозавр осмысленно может общаться с детьми. Он умеет задавать и отвечать на вопросы и распознавать ответы детей.

18 изобретений, которые изменят нашу жизнь
Разного рода гаджеты и новые устройства все прочнее оседают в нашей повседневной жизни, делая ее удобнее, где бы мы ни находились — на кухне, в офисе, спальне или за рулем.
Перед вами изобретения, за которые хочется просто пожать руку их создателям.
Ну очень удобные скамейки

1Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Спасибо. Просто спасибо.
Дозатор для спагетти «Я мог бы съесть лошадь»

2Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Чтобы больше не ошибаться с размером порций.
Кондиционер для кровати

3Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Мы все знаем этот трюк — вытащить одну ногу из-под одеяла. С такой штукой это делать не обязательно.
Тапочки для игр с детьми

4Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Это же просто находка!
Клипсы для гриля

5Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Для овощей, бекона и много чего еще.
Суперчемодан

6Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Стильный чемодан становится шкафом с отделениями и вешалкой.
Карманная лампа в виде кредитной карты

7Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Помещается в бумажнике. Спасет, когда долго не удается найти что-то в сумке.
Три в одном: кофеварка, тостер, сковорода

8Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Кажется, это идеально для завтрака.
Магнитные выключатели

9Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Соберут в одном месте все нужное — инструменты, ключи, мелочь на проезд.
Саморазмешивающая кружка

10Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Размешает что угодно.
Лазерная клавиатура

11Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Спасет, когда нужно набрать много текста. На экранной клавиатуре смартфона делать это не всегда удобно.
Палатка на солнечных батареях

12Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь

13Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


В ней можно заряжать телефоны и другие гаджеты, а также ее удобно использовать для освещения. Есть функция обогрева пола, что тоже приятно.
Мешок для стирки

14Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Стиральную машину в дорогу не возьмешь, а вот этот мешочек — вполне.
Ваш личный Гидрометцентр

15Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Эта коробочка будет показывать вам погоду за окном.
Удобный держатель для стакана

16Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Пригодится и дома, и на работе.
Ручка с определителем цвета

17Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Почему я раньше до этого не додумался.
Скрытое ТВ

18Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Отличная маскировка.
«Умный» карандаш

19Описание: 18 изобретений, которые изменят нашу жизнь 


Почему у меня не было такого в школе?

Канадец изобрел колесо, позволяющее ездить боком
Инженер и изобретатель Уильям Лиддиард из Канады разработал уникальное колесо, конструкция которого позволяет автомобилю передвигаться в любом направлении. В настоящий момент данное колесо представляет собой концепт, однако у него уже есть рабочий образец. С помощью таких колес автомобиль Toyota Echo может двигаться в любом направлении, вращаться на 360 градусов и выполнять параллельную парковку в одно движение. 


1Описание: Канадец изобрел колесо, позволяющее ездить боком 



Новинка является мотор-колесом с хитроумной конструкцией, имеющей два ряда резиновых роликов по окружности. Во время вращения ролики обеспечивают авто очень большим крутящим моментом (2700 Ньютон-метров) и делают его очень маневренным в любых погодных условиях. 


2Описание: Канадец изобрел колесо, позволяющее ездить боком 



Подробности конструкции изобретатель пока держит в тайне и не сообщает, во сколько обойдется подобная переделка автомобиля. 


3Описание: Канадец изобрел колесо, позволяющее ездить боком

 

Как спрятать «Тополь» и «Ярс»: уникальная российская разработка спрячет ракеты от врага

Описание: http://tvzvezda.ru/news/krasnaya_zvezda/content/201604161042-eyrh.htm/2.jpgИнженеры Военной академии Ракетных войск стратегического назначения (РВСН) имени Петра Великого разработали уникальную систему голографической маскировки пусковых установок «Тополей» и «Ярсов».

«Война - искусство обмана»

Голограммы музейных редкостей уже стали довольно обычной вещью: они регулярно экспонируются на выставках. С их помощью можно распознавать и образы: искать объекты, схожие с заданными. Такими «объектами» могут быть, например, фотографии разыскиваемых террористов или отпечатки пальцев. А в оборонке дело не двинулось дальше использования голографических карт местности. По таким со времен войны с талибами в Афганистане, с 2001 года, воюет армия США. Российские военные ученые пошли дальше.

«Война - искусство обмана» - это одна из ключевых идей великого китайского полководца древности Сунь-Цзы. «Если ты силен, покажи слабость, - учил мудрый стратег. - Если ты слаб, покажи силу. Если ты близко, покажи, что ты далеко. Если ты далеко, покажи, что ты близко».

- А мы решили вообще ничего противнику не показывать, - улыбается младший научный сотрудник Научно-исследовательского центра (НИЦ) Военной академии РВСН имени Петра Великого майор Александр Брижан. - Пусть остается в счастливом неведении о наших передвижениях и намерениях.

Идея замаскировать позиционные районы пусковых установок стратегических ракет с помощью голографических изображений принадлежит полковнику запаса Всеволоду Алипову. Разработка научной темы ведется в академии РВСН около двух лет, и уже можно говорить о предварительных результатах.

 - Современные технологии уже позволяют создавать огромные голографические изображения, по своим габаритам идентичные пусковым установкам подвижных грунтовых ракетных комплексов (ПГРК), - рассказывает Александр Брижан. - Применение этих средств маскировки позволит сымитировать изображения, неотличимые от реальных комплексов стратегических ракет, которые способны ввести противника в заблуждение.

Технология имитации


В создании больших голографических изображений ничего секретного нет. Технология известна: их создают несколько проекторов, специальных лазерных установок, а для определения расстояния их размещения используются лазерные дальномеры. Секрет заключается в разработанном учеными НИЦ Военной академии РВСН алгоритме.

- Позиционные районы меняются нечасто, - рассказывает майор Брижан, - поэтому используется несколько стандартных схем с «нарисованными» объектами местности. Оборудование находится в нескольких не слишком больших и не слишком тяжелых ящиках. Разворачивается оно очень быстро, намного быстрее, чем надувные макеты ракетных комплексов.

Голографические изображения могут заменить используемые сейчас надувные имитационные макеты техники РВСН.

- Ну а высокоточное оружие, крылатые ракеты с «умной головой», спутники-шпионы - их же картинкой не обдуришь?

- Еще как! - уверен майор Александр Брижан. - Космический аппарат, как карась на червяка, «ловится» на излучение приборов-имитаторов и наводит ракету на цель. В полете она сверяет электронную карту с тем, что «видит». А «увидит» она то, что мы ей «нарисуем», плюс излучение имитационных средств. «Голова» у ракеты - от явного несоответствия заложенной программы и реальной картины - входит в ступор.

В голограммах будут так же, как и сейчас, использоваться все демаскирующие признаки боевой техники - тепловые и радиолокационные имитаторы, энергоблок, даже вентиляторы. Мало того, при организации голографической маскировки подвижных грунтовых ракетных комплексов учитываются еще и особенности боевого взаимодействия частей и соединений РВСН.

Нарисуем, будем жить!

В Государственной программе вооружений (ГПВ) России на период до 2020 года предусмотрены разработка маскировочной и имитационной техники и ее закупки. Как сообщалось в открытой печати, стоимость надувных макетов не превышает 2 - 3% от стоимости реального образца вооружения. Голографические комплексы, которые сейчас разрабатывают в Военной академии РВСН имени Петра Великого, обойдутся бюджету страны ненамного дешевле, однако это окупится оперативностью развертывания и реалистичностью средств маскировки.

А будущая сфера их применения поражает возможностями. Например, военные ученые-ракетчики предлагают применять голограммы и для прикрытия объектов. Получаемые изображения могут маскировать их под фон окружающей местности или под объекты другого предназначения. Был склад ГСМ, а неприятель увидит только сопки или поля…

А еще можно где-нибудь, скажем в Сирии, мгновенно нарисовать на линии соприкосновения с ИГ (запрещенная в РФ организация) развертывающуюся к бою мотострелковую дивизию. То-то «зрители» порадуются…

- Возможностей действительно много открывается, - говорит заканчивающий писать кандидатскую диссертацию майор Александр Брижан. - Но нам сейчас важнее научиться прикрывать «Тополя» и «Ярсы» в движении на марше. Тогда под такой оптической масксетью противник не сможет увидеть вообще ничего.

Автор: Александр Хохлов

Источник: http://tvzvezda.ru/news/krasnaya_zvezda/content/201604161042-eyrh.htm

Занятные и остроумные гаджеты уходящего года

Позади ещё один год, отмеченный, кроме всего прочего, новым набором удивительных гаджетов.
Часы Ritot, проецирующие время на кисть руки
1Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 



Простое и гениальное устройство для отделения яичного желтка
2Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Устройство, которое следит за безопасностью вашего дома. На вашу собаку он не отреагирует, но если заметит что подозрительное, сразу отправит сообщение на ваш мобильный телефон.
3Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Зеркальце с подзарядкой для мобильного устройства
4Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Гибкий светильник Kangaroo
5Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Устройство для приготовления яичницы-болтуньи прямо в скорлупе
6Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Умный стакан Vessyl. Он умеет: распознавать напитки (моментально отличает кока-колу от пепси-колы, чай от кофе, вино от пива), высчитывать потреблённые вами калории, количество кофеина, сахара, белков и тд.
7Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Чудо-кулер, совмещающий функции блендера, кондиционера и зарядного устройства
8Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Умные беруши, которые полностью защищают от раздражающего шума, но не позволят проспать будильник
9Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Самоочищающийся аквариум Avo (с вечно чистой водой внутри)
10Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Нагревающийся нож SpreadTHAT для масла из холодильника
11Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Устройство для автоматического кормления кошек Bistro. Если вам нужно уехать и не на кого оставить своего четвероногого любимца, то о нём может позаботиться Bistro. Устройство оснащено весами и камерой. В случае любых изменений на ваш мобильный придёт сообщение. Вы также дистанционно можете управлять кормлением вашего кота, меняя корм (если вы не забыли заправить его в устройство, конечно) в зависимости от ситуации.
12Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Умный чемодан с весами, встроенными устройствами для подзарядки мобильных устройств и отслеживания месторасположения
13Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Беспроводный левитирующий Bluetooth-динамик Mars. Беспроводный левитирующий Bluetooth-динамик Mars
14Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года 


Первый домашний робот JIBO. У робота JIBO масса полезных функций. Можно попросить его поснимать семейное рождество (видео или фото – нужно просто сказать, чего вы хотите), он напомнит вам о важных делах, развлечёт, поможет в учёбе, поиграет с ребёнком, расскажет сказку на ночь, позволит общаться с семьёй, находясь вдали от дома и тд.
15Описание: Занятные и остроумные гаджеты уходящего года

 

Если мы хотим на Марс, нам нужны туалеты получше
Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/thumbs/2015/OmohjLu.png


Естественные потребности, необходимость их справлять, следуют за человеком везде. Если люди собираются на Марс или добывать на астероидах руду, переработка отходов (опять же, естественных) оказывается очень важной вещью. В замкнутой экосистеме, которой станет капсула, летящая на Красную планету, а после, собственно, и на Марсе, придется перерабатывать все — включая, простите, эцсамое гуано.

Разумеется, NASA усердно пытается решить эти проблемы, поскольку утилизация отходов жизнедеятельности человека представляет собой один из краеугольных камней строительства космического аппарата, который отправится на Марс или еще куда. Межпланетные миссии будут не в состоянии получать помощь с Земли. Ресурсы будут ограничены, а значит придется «замкнуть петлю» — нельзя будет выбросить не то что какулю, фантик какой-нибудь. И любая конструкция космического судна должна будет принимать это во внимание.
«Вам придется начать с системы жизнеобеспечения и выстраивать корабль вокруг нее», — говорит Мак Коэн, президент Astrotecture, консалтинговой фирмы, специализирующейся в космической архитектуре.
Положение дел
Для начала несколько фактов о человеческих отходах. Здоровый человек производит около 128 граммов фекалий в день, или 46,7 килограмма в год, если верить медицинской литературе. В полете на Марс, который может продлиться от двух до трех лет, команда из шести человек (как в «Марсианине») произведет 150 килограммов фекалий.
В эпоху «Аполлона» туалетом был пластиковый мешочек, который на клей усаживался к задницам астронавтов. Моча собиралась в устройстве типа презерватива и выбрасывалась в космос. Во время последнего полета «Меркурия» в 1963 году возникла проблема, связанная с утечкой мочесборника. Короче, мешки не работали. Плавающие человеческие отходы опасны для здоровья, поскольку крошечные кусочки кала или мочи можно вдохнуть, если они будут летать поблизости.
Дон Ретке, отставной инженер Hamilton Standard, ныне работающий в UTC Aerospace Systems, начинал свой путь с NASA: он работал над системой жизнеобеспечения для миссии «Аполлона-13». Он разработал хранилище, которое собирало мочу и фекалии отдельно. Работало оно на основе всасывания — и это важно, поскольку при нулевой гравитации жидкости собираются в шарики и плавают вокруг, а твердые отходы просто не ссыпаются в воронку. Моча собиралась в устройство по виду как чаша, а твердые штуковины всасывались в контейнер и подвергались воздействию вакуума, эффективно замерзая и сжимаясь. «Мы называли их фекальными пирожками», — говорит Ретке.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2015/11/abiggs_11192010_NASA089_0.jpg

Туалет на шаттле


Вариация такого дизайна имеется на Международной космической станции, кроме двух крупных отличий: моча обрабатывается таким образом, что воду можно извлекать и использовать повторно, а новая система не замораживает какашки насухо. (Система переработки МКС также извлекает влагу из воздуха, представленную в основном потом и чихами астронавтов). Твердые отходы просто возвращают обратно. На МКС они хранятся в пластиковых или металлических контейнерах. Наполнив, астронавты грузят их на отработанный русский «Прогресс», отстыковывают от МКС и позволяют упасть и сгореть в атмосфере вместе с прочим мусором со станции. (Вспомните об этом, когда увидите падающую звезду и решите загадать желание).
Выбрасывать какашки через шлюзовый отсек не вариант по нескольким причинам. Одна: если выбросить что-то с космического аппарата, оно не улетит далеко без существенного толчка. Поэтому вы если выбросите «оно» наружу, то оно будет повторять вашу траекторию — мусор будет преследовать вас до Марса. А чтобы вытолкнуть «оно» подальше, придется также открыть шлюз с воздухом, обеспечив своего рода взрывную декомпрессию. Пустая трата воздуха.
Есть еще проблема траектории — если даже выбросить мусор на определенной дистанции, его части могут дрейфовать в разных точках вокруг судна, выйдя на непредсказуемые орбиты. (Во времена эпохи шаттлов и «Аполлонов» никого не удивляло, когда космический аппарат встречался с облаками кристаллов мочи, которые выбрасывались раньше). В итоге выброс контейнера позади корабля будет крайне опасным. «Когда вы рядом с целью, вы хотите осуществить резкую остановку, — говорит Джон Фишер из Исследовательского центра Эймса при NASA, написавший несколько работ по переработке отходов в космосе. — Если вы ударите по тормозам, он влетит вам в зад». Даже килограммовый пакет, попадающий в замедляющийся космический аппарат, может приложить значительную силу.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2015/11/toile-650x366_0.png

Туалет на МКС


Вторая проблема в том, что некоторые человеческие фекалии — уже замороженные космосом — вероятно, вернутся на корабль; в отсутствие существенного толчка, какашки просто будет летать рядом. Они же, уже в порошковой кристаллической форме, осядут на окнах, говорит Фишер. Оптические датчики тоже будут ослеплены. В отличие от птичьего помета на лобовом стекле, у астронавтов не будет возможности соскрести все это добро.
Выходит, его придется хранить, говорит Ретке. На расцвете эпохи шаттлов думали бросать гуано в холодильник, чтобы сдержать рост бактерий. «Это потребует энергии, а также излишков в виде запасной системы на случай отказа основной», говорит он.
Кроме того, выбрасывать кал экипажу судна очень не хочется — в нем слишком много полезного. Он на 75% состоит из воды, также в его составе бактерии нашего кишечника и человеческие клетки. 80% массы кала представляют органические молекулы, содержащие углерод соединения. На четверть он состоит их бактериальной биомассы, еще на четверть из белка, остальное — непереваренное растительное вещество (клетчатка по большей части) и немного жира. Органические химические вещества и вода — на вес золота в космосе.
На Марсе человеческие отходы как минимум будут хорошим удобрением для выращивания пищи, говорит Ретке. «Я бы сбрасывал их в грибной отдел — и пусть Марс позаботится об этом».
Переработка и повторное использование
Кал людей не единственное, что подлежит утилизации. Люди производят много мусора. Все это добавляет сложности к проблеме переработки и повторного использования. Любые машины, которым придется этим заниматься, должны быть легкими, поскольку запуск чего-либо на орбиту влетает в копеечку, тысячи долларов за килограмм. Эти машины также должны быть небольшими, поскольку в космическом модуле места не так уж много. Они должны быть надежными и ремонтопригодными, поскольку сантехника с инструментом по дороге с Земли на Марс обычно не встретишь.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2015/11/Screen_Shot_2015-11-21_at_11.14.44_AM.0_0.png

Туалет на «Союзе»


Джей Перри, ведущий аэрокосмический инженер систем жизнеобеспечения и контроля окружающей среды в Центре управления космическими полетами Маршалла, говорит, что проектировать подобные системы сложно. Взять, к примеру, мочу: на Земле выделить из мочи воду несложно, но в невесомости ситуация совершенно меняется.
К примеру, кости невесомых астронавтов теряют массу и плотность, поскольку на них нет нагрузки. Поэтому астронавты на МКС соблюдают строгий режим упражнений. Костная масса истончается, поскольку кальций из нее утекает с мочой. Это накладывает ограничение на количество воды, которое можно извлечь, поскольку в итоге останется концентрированный рассол, «с которым не очень хочется иметь дело». Исследование United Technologies Aerospace Systems 2013 года показало, что кальций образует в почках мелкие камни, которые могут засорять клапаны туалета.
С калом человека проблемы похожие, как из-за нулевой гравитации, так и из-за того, какие химические вещества вы хотите сохранить. Добавьте к этому вопрос необходимой энергии и сложности системы, которую вы хотите построить. Исследование United Technologies, к примеру, отметило, что современные космические туалеты используют машины для сжатия кала. Это добавляет сложности — вместо этого авторы исследования предложили ручной рычаг, который не будет требовать энергии (за исключением приложенной силы руки члена экипажа).
Хотя в фекалиях много полезных химических веществ, выделить их весьма непросто. Химические туалеты не подойдут, потому что химические соединения, которые они используют для расщепления отходов, тоже нужно будет отправлять с астронавтами. Для путешествия длиной в пару лет потребуются сотни или тысячи литров этого синего вещества, по большей части состоящего из воды — потому что эффективным оно будет лишь в присутствии больших объемов воды, которая будет использоваться в туалетах, что само по себе не очень эффективно. Септики (отстойники) требуют гравитации для работы — и придется все равно где-то хранить каловые массы.
Ретке говорит, что предпочитаете природную биодеградацию; просто позволить фекальным вещества (и всему остальному — «менструальным отходам, рвотным массам, все оно там») в хранилище ферментироваться в металлическом контейнере в присутствии активированного угля для устранения амбре. Контейнер может испускать газ — почти весь из диоксида углерода — с которыми хорошо справятся скрубберы космического аппарата. Ретке даже построил такое устройство. «Я поставил его себе на стол на пару месяцев, — говорит он. — Никто не заметил». Как только астронавты доберутся до Марса, содержимое контейнеров можно будет пустить на удобрения. Обратной стороной будет хранение — придется увеличивать изначальные объемы.
И тут вы, возможно, будете ржать, но кал может обеспечить хорошую защиту от радиоактивного излучения. В космосе есть два источника ионизирующего излучения, которое вредит астронавтам. Одно это фон галактических космических лучей. Другое это солнечные бури. Оба процесса включают заряженные частицы, по большей части протоны.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2015/11/080529-iss-toilet-02_0.jpg

Российский туалетный модуль на МКС


Астронавтам на МКС эти источники радиации побоку, поскольку они находятся под защитой магнитного поля Земли. Но как только астронавты покинут это поле, космические лучи начнут провоцировать рак, а солнышко — неистово облучать.
Самым эффективным щитом является твердый водород, поскольку этот элемент с легкостью отражает летящие частицы. Но твердый водород недоступен за пределами газового гиганта, а жидкий водород сложно поддерживать: нужны высокие давления или криогенные температуры. Следующим в списке идет вода, в которой много водорода, или полиэтилен. Металлическое экранирование свинцом, например, которое хорошо защищает от гамма- и рентгеновских лучей, хуже чем ничего, поскольку протоны сталкиваются с атомами в металле и порождают каскад других частиц, создавая еще более вредоносное излучение.
Джек Миллер, физик-ядерщик из Национальной лаборатории Лоренса Беркли, вместе с Майклом Флинном и Марком Коэном из Исследовательского центра Эймса при NASA, провел эксперимент, чтобы увидеть, насколько хорошо человеческие отходы могли бы экранировать радиацию. Они не могли использовать реальные отходы, но взяли имитацию какашек из арахисового масла, пропиленгликоля, подорожника, соли, мочевины, дрожжей и еще кое-чего. Задача точно повторить химические вещества кала не стояла; они хотели что-то грубое вроде него, чтобы была вода и поглощалась радиация с частицами.
Испытуемую массу поместили под пучок частиц, чтобы увидеть, насколько хорошо она абсорбирует энергию летящих протонов. Этот пучок был энергетически похож на космические частицы. Фекальный симулятор поглотил определенное количество энергии, и ученые обнаружили, что толщина имеет значение. Слишком тонко — и возникает проблема с экранированием похуже той, что у металлов — рожденные космосом частицы порождают каскады. Однако удалось подсчитать, что фекальный щит толщиной в 8–11 дюймов может существенно срезать радиацию. Это хороший результат, хотя Миллер и отметил, что все не так просто.
Не забывайте, что в космическом пространстве есть два типа излучения: солнечное и космические лучи. Космические лучи переносят в пять раз больше энергии, чем солнечные частицы, и повышают риск развития рака. (В правилах NASA сказано, что рост риска для астронавтов не должен превышать 3% от общего фона). Фекальный симулятор не смог их остановить, но это предвиделось. Энергия космических лучей настолько высока, что они просто пролетают через все. Поэтому придется снижать риск до предела допустимого максимума.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2015/11/Earth-and-Space-Shuttle-Atlantis_0.jpg

 

Другая проблема заключается в том, что вы просто не можете положить какашки в запечатанные пакеты или металлические контейнеры, поскольку углекислый и другие газы приведут к тому, что те взорвутся. Поэтому стерилизация отходов может быть хорошей идеей.
Для этого были предложены системы, которые смогут эффективно сжигать отходы в отсутствии кислорода, в процессе так называемого пиролиза. Это также позволит использовать воду сразу. Advanced Fuel Research, компания в Ист-Хартфорде, штат Коннектикут, изучает вариант так называемой «обжарки» (которая потребует меньше энергии, чем обычный пиролиз). Отходы нагреваются до 300 градусов по Цельсию. После этого от них остается нечто компактное и сухое, в основном углерод. В то же время сохраняется много водорода.
Ретке отмечает, что в случае с пиролизом или обжаркой пока непонятно, что делать с оставшимся углеродом. «Кирпич — это одно, — говорит он. — Но с порошком сложнее». Не забывайте, что гравитации нет, поэтому любые частицы расплывутся вокруг и могут загрязнить воздухозаборники. Придется как-то уплотнять углерод для хранения.
У обжарки есть и другие проблемы, говорит Майкл Серио, президент Advanced Fuel Research. (Он автор двух работ по этой теме, и впереди у него серьезная работа — с участием птичьего и собачьего навоза). Некоторые вещества превращаются в пепел, некоторые нет. Хлопок, к примеру, содержит гемицеллюлозу, которая не разбивается. «Хлопковая футболка будет похожа на обгоревшую футболку», говорит он.
Можно просто собирать все отходы в брикеты, считает Серио. Берете весь мусор — пищевые обертки, отходы жизнедеятельности, все — и нагреваете достаточно, чтобы он сплавился в кирпич. Это уменьшит объем и устранит токсины из отходов. Из таких кирпичей можно делать частичные экраны от радиации, говорит Серио, или даже строить марсианские (или лунные) жилища. Серио работает с другими компаниями, чтобы выяснить, можно ли проводить утилизацию нагреванием в самом хранилище отходов. Проблема в том, что сложно будет делать это быстро и компактно, поэтому туалет придется закрывать на техобслуживание.
Впрочем, все эти технологии утилизации достаточно перспективны. Но Коэн выражает некоторое разочарование в связи с тем, как NASA распределяет финансирование. Он говорит, что помимо простеньких демонстраций, работа идет вяло. NASA не планировало масштабную миссию на Марс — в лучшем случае набросало план.
И все же задуматься об этом придется, если агентство серьезно планирует покинуть земную орбиту — даже для возвращения на Луну. «NASA хочет от тебя, чтобы ты бросил пакет с калом в канистру — процесс, который будет протекать в калосборнике, агентство не особо заботит», говорит Серио.
Ретке добавляет, что какой бы ни была используемая система, она чересчур сложна и ее можно улучшить. Природные бактерии, отмечает он, прекрасно разрушают вещество, не требуют сложных машин, электричества, еще и выдают полезные химикаты в этом процессе. (Диоксид углерода, к примеру, можно «прожечь» с водородом и сделать метан и воду). Поэтому он стоит за биоразложение.
«Все дело в том, сколько энергии задействует система, умноженной на хранилище, умноженной на вес, — говорит Ретке. — Я люблю, когда все просто».
Автор: По материалам The Verge

 Источник(и):
hi-news.ru

Ездить будем на алюминии
Пётр Образцов

Отечественным ученым удалось создать компактную установку для получения водорода - перспективного альтернативного топлива для выработки электроэнергии или взамен бензина в автомобилях.

В фантастических повестях и легендах об изобретателях уровня Николы Теслы рассказывается, как эти гении ездили на обычных автомобилях, заправляя их водопроводной водой. Сейчас эти истории перестали быть фантастическими - из воды получают водород, который можно просто сжигать в цилиндрах двигателя, а можно использовать для получения электроэнергии в так называемых топливных элементах.

При использовании водорода как просто топлива приходится размещать в автомобиле тяжелые, громоздкие и взрывоопасные баллоны со сжатым газом. Есть и другой вариант. Некоторые металлы, например платина, способны поглощать большие объемы водорода, который высвобождается при нагревании, но и это не слишком удобно. Лучше всего было бы получать водород прямо в "водородобаке", и для этого можно использовать именно Н2О. Наилучший способ - по реакции воды с обычным алюминием.

Хотя не совсем обычным. Алюминиевая ложка не растворяется в чае или супе, потому что алюминий покрыт тонким слоем прочного оксида. Алюминий необходимо измельчить, причем до гранул не слишком малого размера - использование тонких порошков взрывоопасно. Уникальную, не имеющую мировых аналогов установку для получения водорода на именно таких гранулах придумали ученые РНЦ "Прикладная химия" из Санкт-Петербурга во главе с Валерием Иконниковым (их работу поддержало Федеральное агентство по науке и инновациям).

Водород из установки можно использовать также на подводных лодках, в железнодорожном транспорте, для питания паровых турбин и коттеджных поселков. Побочный продукт - гидроокись алюминия - сам по себе является прекрасным сырьем, причем из него можно снова выделить алюминий. Получаем цикл: сибирская вода крутит генераторы Братской ГЭС - вырабатывается электроэнергия - методом электролиза из глинозема получают алюминий - по реакции алюминия и воды выделяют водород - в топливных элементах из водорода и воды снова генерируют электроэнергию, но уже "на месте" - из побочного продукта выделяют алюминий. В результате сибирская вода крутит электродвигатели в Москве, Владивостоке и Санкт-Петербурге.

 ЭТО ИНТЕРЕСНО 

 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали
Мы стали быстро привыкать к новому, а многочисленные "инновационные" изобретения воспринимаются нами как должное. Возможно, вы впервые увидите эти 18 новинок. Интересно, будут ли они пользоваться спросом.


1Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали

1. Квадрокоптер-официант
2Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



2. Набор для лечения акне "SWAG"
3Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



3. Такая игрушка - мечта всех ленивых владельцев кошек
4Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



4. Теперь можно наслаждаться фруктовым льдом без обморожения пальцев
5Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



5. Нож для пиццы в виде велосипеда
6Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



6. Не изобретение, но все равно удивляет!
7Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



7. Подставки для ножек кровати, которые приподнимут постель на нужный уровень, обеспечат дополнительное место для хранения вещей, да еще и подзарядят устройства
8Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали

8. Ложка для любителей макать печенье в молоко
9Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



9. Лежак-макарун для кота
10Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



10. Ванна для двоих
11Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



11. Вот такой вот гармоничный ансамбль: машина ,туфли, сумка,шляпка и платье
12Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



12. Кибер чай
13Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



13. Такой вот детский нагрудник
14Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



14. Электрические рукавички-грелки с USB-портом
15Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



15. Фильм с меткой PG (категория фильмов, требующая контроля со стороны взрослых)
16Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



16. Раскладной гриль-барбекю
17Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



17. Бальзам для губ с запахом макарон и сыра
18Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали



18. Камера для собак с функцией видеочата, а еще она оснащена резервуаром для лакомств, вкусности из которого будут выдаваться каждый раз, когда вы захотите напомнить собаке о том, как сильно любите ее и скучаете по ней.
19Описание: 18 вещей, о существовании которых вы, возможно, не знали

 

КАПИЦА П.Л. О БЕСПЕРСПЕКТИВНОСТИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

ВАЛЕРИЙ ЖИХАРЕВ
Сам доклад желающие могут почитать (см. ниже)
Очень умный человек и авторитетный ученый Петр Леонидович Капица доходчиво объясняет почему "зеленые технологии" - это практически абсолютное зло.

Для тех кто не сможет прочитать или не поймет разъясню: При использовании только "зеленых" технологий сохранить текущий уровень потребления населением планеты невозможно - надо в сотни раз сократить это население. Т.е. когда кто то говорит Вам, что на месте атомной электростанции хорошо было бы разместить кучу ветряков и солнечных панелей он забывает рассказать, что сделать это можно лишь при условии смерти Вас и Ваших близких как, впрочем и близких "зеленого недоумка" и его самого...

П.Л. Капица ЭНЕРГИЯ И ФИЗИКА Доклад на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, Москва, 8 октября 1975 г. См.: Вестник АН СССР. 1976. № 1. С. 34-43.

http://www.ksv.ru/%C8%F1...7%ED%EE%E5/Misc_39.shtml

8 октября 1975 г. на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, академик Петр Леонидович Капица, удостоенный тремя годами позже Нобелевской премии по физике, сделал концептуальный доклад, в котором, исходя из базовых физических принципов, по существу, похоронил все виды «альтернативной энергии», за исключением управляемого термоядерного синтеза.

Если кратко изложить соображения академика Капицы, они сводятся к следующему: какой бы источник энергии ни рассматривать, его можно охарактеризовать двумя параметрами: плотностью энергии — то есть ее количеством в единице объема, — и скоростью ее передачи (распространения). Произведение этих величин есть максимальная мощность, которую можно получить с единицы поверхности, используя энергию данного вида.

Вот, скажем, солнечная энергия. Ее плотность ничтожна. Зато она распространяется с огромной скоростью — скоростью света. В результате поток солнечной энергии, приходящий на Землю и дающий жизнь всему, оказывается совсем не мал — больше киловатта на квадратный метр. Увы, этот поток достаточен для жизни на планете, но как основной источник энергии для человечества крайне неэффективен. Как отмечал П. Капица, на уровне моря, с учетом потерь в атмосфере, реально человек может использовать поток в 100—200 ватт на квадратный метр. Даже сегодня КПД устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, составляет 15%. Чтобы покрыть только бытовые потребности одного современного домохозяйства, нужен преобразователь площадью не менее 40—50 квадратных метров. А для того, чтобы заменить солнечной энергией источники ископаемого топлива, нужно построить вдоль всей сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 50—60 километров. Совершенно очевидно, что подобный проект в обозримом будущем не может быть реализован ни по техническим, ни по финансовым, ни по политическим причинам.

Противоположный пример — топливные элементы, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию. Здесь плотность энергии велика, высока и эффективность такого преобразования, достигающая 70 и более процентов. Зато крайне мала скорость ее передачи, ограниченная очень низкой скоростью диффузии ионов в электролитах. В результате плотность потока энергии оказывается примерно такой же, как и для солнечной энергии. Петр Капица писал: «На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией». Значит, топливные элементы можно использовать только там, где не нужны большие мощности. Но для макроэнергетики они бесполезны.

Так, последовательно оценивая ветровую энергетику, геотермальную энергетику, волновую энергетику, гидроэнергетику, Капица доказывал, что все эти, на взгляд дилетанта вполне перспективные, источники никогда не смогут составить серьезную конкуренцию ископаемому топливу: низка плотность ветровой энергии и энергии морских волн; низкая теплопроводность пород ограничивает скромными масштабами геотермальные станции; всем хороша гидроэнергетика, однако для того, чтобы она была эффективной, либо нужны горные реки — когда уровень воды можно поднять на большую высоту и обеспечить тем самым высокую плотность гравитационной энергии воды, — но их мало, либо необходимо обеспечивать огромные площади водохранилищ и губить плодородные земли.

Мирный атом не торопится

В своем докладе Петр Леонидович Капица особо коснулся атомной энергетики и отметил три главные проблемы на пути ее становления в качестве главного источника энергии для человечества: проблему захоронения радиоактивных отходов, критическую опасность катастроф на атомных станциях и проблему неконтролируемого распространения плутония и ядерных технологий. Через десять лет, в Чернобыле, мир смог убедиться, что страховые компании и академик Капица были более чем правы в оценке опасности ядерной энергетики. Так что пока речи о переводе мировой энергетики на ядерное топливо нет, хотя можно ожидать увеличения ее доли в промышленном производстве электроэнергии.

Наибольшие надежды Петр Капица связывал с термоядерной энергетикой. Однако за прошедшие тридцать с лишним лет, несмотря на гигантские усилия ученых разных стран, проблема управляемого термояда не только не была решена, но со временем понимание сложности проблемы, скорее, только выросло.

В ноябре 2006 года Россия, Евросоюз, Китай, Индия, Япония, Южная Корея и США договорились начать строительство экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, основанного на принципе магнитного удержания высокотемпературной плазмы, который должен обеспечить 500 мегаватт тепловой мощностьи в течение 400 секунд. Чтобы оценить темпы развития, могу сказать, что в 1977—1978 гг. автор принимал участие в анализе возможности «подпитки» ИТЭР с помощью выстрела в плазму твердоводородной таблетки. Не в лучшем состоянии находится и идея лазерного термояда, основанного на быстром сжатии водородной мишени с помощью лазерного излучения.


Очень дорогая фантастика...

А как же водородная энергетика и пресловутое биотопливо, которые сегодня пропагандируются наиболее активно? Почему Капица не обращал на них внимания вообще? Ведь биотопливо в виде дров человечество использует уже веками, а водородная энергетика сегодня кажется настолько перспективной, что едва ли не каждый день приходят сообщения о том, что крупнейшие автомобильные компании демонстрируют концепт-кары на водородном топливе! Неужели академик был настолько недальновиден? Увы... Никакой водородной и даже биоэнергетики в буквальном смысле слова не может существовать.

Что касается водородной энергетики, то, поскольку природные месторождения водорода на Земле отсутствуют, ее адепты пытаются изобрести вечный двигатель планетарного масштаба, не более и не менее того. Есть два способа получить водород в промышленных масштабах: либо путем электролиза разложить воду на водород и кислород, но это требует энергии, заведомо превосходящей ту, что потом выделится при сжигании водорода и превращении его опять в воду, либо... из природного газа с помощью катализаторов и опять-таки затрат энергии — которую нужно получить... опять-таки сжигая природные горючие ископаемые! Правда, в последнем случае это все-таки не «вечный двигатель»: некоторая дополнительная энергия при сжигании водорода, полученного таким путем, все же образуется. Но она будет гораздо меньше той, что была бы получена при непосредственном сжигании природного газа, минуя его конверсию в водород. Значит, «электролитический водород» — это вообще не топливо, это просто «аккумулятор» энергии, полученной из другого источника... которого как раз и нет. Использование же водорода, полученного из природного газа, возможно, и сократит несколько выбросы углекислого газа в атмосферу, так как эти выбросы будут связаны только с генерацией энергии, необходимой для получения водорода. Но зато в результате процесса общее потребление невозобновляемых горючих ископаемых только вырастет!

Ничуть не лучше обстоят дела и с «биоэнергетикой». В этом случае речь идет либо о реанимации старинной идеи использования растительных и животных жиров для питания двигателей внутреннего сгорания (первый «дизель» Дизеля работал на арахисовом масле), либо об использовании этилового спирта, полученного путем брожения натуральных — зерна, кукурузы, риса, тростника и т.д. — или подвергнутых гидролизу (то есть разложению клетчатки на сахара) — агропродуктов.

Что касается производства масел, то это крайне низкоэффективное, по «критериям Капицы», производство. Так, например, урожайность арахиса составляет в лучшем случае 50 ц/га. Даже при трех урожаях в год выход орехов едва ли превысит 2 кг в год с квадратного метра. Из этого количества орехов получится в лучшем случае 1 кг масла: выход энергии получается чуть больше 1 ватта с квадратного метра — то есть на два порядка меньше, чем солнечная энергия, доступная с того же квадратного метра. При этом мы не учли того, что получение таких урожаев требует интенсивного применения энергоемких удобрений, затрат энергии на обработку почвы и полив. То есть, чтобы покрыть сегодняшние потребности человечества, пришлось бы полностью засеять арахисом пару-тройку земных шаров. Проведя аналогичный расчет для «спиртовой» энергетики, нетрудно убедиться, что ее эффективность еще ниже, чем у «дизельного» агро-цикла.
...Но очень выгодная для экономики «мыльного пузыря»

Что же, американские ученые не знают этих цифр и перспектив? Разумеется, знают. Ричард Хейнберг в своей нашумевшей книге PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (наиболее точный по смыслу перевод — «Конец света: Возможности и действия в пост-углеродном мире») самым детальным образом повторяет анализ Капицы и показывает, что никакая биоэнергетика мир не спасет.

Так что происходит? А вот что: только очень наивный человек полагает, что экономика сегодня, как и 150 лет назад, работает по марксистскому принципу: «деньги — товар — деньги». Новая формула «деньги — деньги» короче и эффективнее. Хлопотное звено в виде производства реальных товаров, обладающих для людей реальной полезностью в привычном смысле этого слова, стремительно вытесняется из «большой экономики». Связь между ценой и полезностью в материальном смысле — полезность вещи как пищи, одежды, жилья, средства передвижения или услуги как средства удовлетворения какой-то реальной потребности, — уходит в небытие точно так же, как некогда ушла в небытие связь между номиналом монеты и массой заключенного в ней драгоценного металла. Точно так же «вещи» нового века очищаются от всякой полезности. Единственная потребительная способность этих «вещей», единственная их «полезность», которая сохраняет смысл в экономике нового времени, — это их способность быть проданными, а главным «производством», приносящим прибыль, становится надувание «пузырей». Всеобщая вера в возможность продать воздух в виде акций, опционов, фьючерсов и многочисленных других «финансовых инструментов» становится главной движущей силой экономики и основным источником капитала для ксендзов этой веры.

После того, как последовательно лопнули пузыри «доткомов» и недвижимости, а «нанотехнология», рисующая сказочные перспективы, по большей части так и продолжает их рисовать без заметной материализации, американские финансисты, похоже, всерьез обратили внимание на альтернативные источники энергии. Вкладывая деньги в «зеленые проекты» и оплачивая наукообразную рекламу, они вполне могут рассчитывать на то, что многочисленные буратины прекрасно удобрят своими золотыми финансовую ниву чудес.

 


Доклад на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, 
Москва, 8 октября 1975 г. 

См.: Вестник АН СССР. 1976. № 1. С. 34-43.


ЭНЕРГИЯ И ФИЗИКА
П.Л. Капица

Общепризнано, что основным фактором, определяющим развитие материальной культуры людей, является создание и использование источников энергии. Производимая ими работа теперь во много раз превосходит мускульную. Так, в наиболее развитых странах используемая мощность разнообразных источников энергии составляет до 10 киловатт на человека в год. Это, по крайней мере, в 100 раз больше, чем средняя мускульная мощность одного человека.  
Описание: http://www.ksv.ru/%D0%98%D1%81%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D1%83%D0%B5%D0%BC/%D0%A7%D1%83%D0%B6%D0%BE%D0%B5/%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B5/PIC/MISC162.gif
Роль энергии в народном хозяйстве хорошо иллюстрируется рисунком. (Данные относятся к 1968 г.; составлены по материалам ООН и Международного банка реконструкции и развития.) По горизонтальной оси отложена стоимость валового национального продукта (ВНП) для различных стран (в долларах на человека), а по вертикали - потребление энергии в пересчете на каменный уголь (в килограммах на человека).
В пределах естественной флуктуации видно, что существует простая пропорциональность. Поэтому, если люди будут лишаться энергетических ресурсов, то, несомненно, их материальное благосостояние будет падать.
Получение, преобразование и консервирование энергии и есть фундаментальные процессы, изучаемые физикой. Основная закономерность, которую установила физика, - это закон сохранения энергии. На основании этого закона предсказывается глобальный кризис в получении энергии [1]. Сейчас в качестве основных энергетических ресурсов используются торф, уголь, нефть, природный газ. Установлено, что запасенная в них химическая энергия была накоплена в продолжение тысячелетий благодаря биологическим процессам. Статистические данные по использованию этих ресурсов показывают, что в ближайшие столетия они будут исчерпаны. Поэтому, на основе закона сохранения энергии, люди, если они не найдут других источников энергии, будут поставлены перед необходимостью ограничения ее потребления, и это приведет к снижению уровня материального благосостояния человечества.
Неизбежность глобального энергетического кризиса сейчас полностью осознана, и поэтому энергетическая проблема для техники и науки стала проблемой № 1. Сейчас в ведущих странах отпускаются большие средства на научно-технические исследования в этой области. Главное направление этих поисков обычно ведется с узкотехническим подходом, без достаточного учета тех закономерностей, которые установлены физикой. Жизнь показала, что эффективность исследований значительно повышается, если они ведутся с более глубоким учетом базисных законов физики.
В моем сообщении я хочу отметить те закономерности физики, которым следовало бы играть ведущую роль в решении энергетических проблем.
Энергия, которой пользуются люди, делится теперь на две части. Первая - это так называемая бытовая энергия. Она непосредственно обеспечивает культурный образ жизни. Эта энергия используется для освещения, для питания холодильников, телевизоров, электробритв, пылесосов и большого количества других приборов, которыми пользуются в повседневной жизни. Используемая в быту мощность исчисляется обычно киловаттами. Другой вид энергии - это промышленная энергия, энергия больших мощностей. Ее используют в металлургии, на транспорте, в машиностроении, в механизации строительства и сельского хозяйства и ряде подобных областей. Эта энергия значительно больше бытовой, мощность ее исчисляется в мегаваттах, ее масштабы и стоимость определяют уровень валового продукта в народном хозяйстве страны. Конечно, предстоящий кризис будет вызван недостатком ресурсов энергии только в энергетике больших мощностей: обеспечение получения этой энергии в достаточном количестве и является основной проблемой, которая ставится перед наукой.
Я уже сказал, что предсказания предстоящего энергетического кризиса делаются на основе закона сохранения энергии. Как известно, большую роль в ограничении возможности использования энергетических ресурсов играет также закон, требующий во всех процессах преобразования энергии возрастания энтропии. Оба эти закона накладывают "вето" на преодоление кризиса путем создания "перпетуум мобиле". Закон сохранения энергии накладывает "вето" на "перпетуум мобиле" 1-го рода. Энтропия накладывает "вето" на так называемый "перпетуум мобиле" 2-го рода. Интересно отметить, что этот второй род "перпетуум мобиле" и по сей день продолжают предлагать изобретательные инженеры, и часто опровержение такого рода устройств связано с большими хлопотами. Эта область относится к термодинамике, она хорошо изучена, и я на ней останавливаться не буду.
Я ограничусь рассмотрением закономерностей, которые определяют развитие энергетики больших мощностей и связаны с существованием в природе ограничений для плотности потока энергии. Как будет видно, часто эти ограничения не учитываются, что ведет к затратам на проекты, заведомо бесперспективные. Это и будет основной темой моего доклада.
Все интересующие нас энергетические процессы сводятся к трансформации одного вида энергии в другой, и это происходит согласно закону сохранения энергии. Наиболее употребительные виды энергии - электрическая, тепловая, химическая, механическая, а теперь и так называемая ядерная. Трансформацию энергии обычно можно рассматривать как происходящую в некотором объеме, в который через поверхность поступает один вид энергии, а выходит преобразованная энергия.
Плотность поступающей энергии ограничена физическими свойствами той среды, через которую она течет. В материальной среде плотность потока энергии U ограничивается следующим выражением:
U < vF,          (1)
где - скорость распространения деформации, обычно равная скорости звука, F -плотность энергии, которая может быть либо упругой, либо тепловой, U есть вектор. (При стационарных процессах div U определяет величину преобразования энергии в другой вид.) Вектор U оказывается весьма удобным для изучения процессов преобразования энергии. Впервые он был предложен в 1874 г. русским физиком Н.А. Умовым. Десятью годами позже такой же вектор для описания энергетических процессов в электромагнитном поле был дан Дж. Пойнтингом. Поэтому у нас принято называть его вектором Умова-Пойнтинга.
Если выражение (1) применить для газовой среды, то оно приобретет следующий вид:
U =A T1/2p,      (2)
где А - коэффициент, зависящий от молекулярного состава газа, Т- температура и р - давление газа.
Выражение такого вида определяет, например, ту предельную мощность, которую может передать горючая среда на единицу поверхности поршня мотора или лопаток турбины. Как видно, эта мощность падает с давлением; поэтому такое же выражение определяет ту предельную высоту, на которой может летать турбореактивный самолет.
Используя вектор Умова-Пойнтинга, можно описывать даже процессы, когда энергия передается ременной передачей. Тогда произведение скорости ремня на его упругое напряжение дает мощность трансмиссии. Таким же путем можно определить предельную мощность, передаваемую лентой в генераторе типа Ван-де-Граафа.
Мне пришлось на практике встретиться с технической проблемой, когда недостаточная плотность потока электрической энергии ограничивала осуществление решения этой проблемы на практике. Это произошло при следующих поучительных обстоятельствах.
В 40-х годах мой учитель А.Ф. Иоффе занимался разработкой оригинального электростатического генератора, который питал небольшую рентгеновскую установку. Этот генератор был прост по своей конструкции и неплохо работал. Тогда у Иоффе возникла идея заменить в широком масштабе электромагнитные генераторы на электростатические и перевести на них всю большую электроэнергетику страны. Главным основанием было то, что электростатические генераторы не только проще по своей конструкции, но могут сразу давать высокое напряжение для линий передач. Мне пришлось тогда опровергать осуществимость этого проекта, исходя из оценки плотности потока электроэнергии при трансформации ее в механическую.
Определим, согласно выражению (1) для U, плотность потока энергии, которая в зазоре между ротором и статором генератора преобразуется из механической в электрическую или обратно. Тогда v будет равна окружной скорости ротора генератора. По конструктивным соображениям эта скорость обычно берется около 100 м/с. Тангенциальные силы взаимодействия между статором и ротором в электромагнитном генераторе определяются энергией магнитного поля, поэтому мы имеем для плотности потока энергии:
U  =  a(H2/4p)v        (3)
Коэффициент a определяется конструкцией генератора и характеризуется косинусом угла, образованного силой F и скоростью v. Обычно a имеет величину, равную нескольким десятым долей единицы. Магнитное поле Н определяется насыщением железа и не превышает 2 x 104 Э. При этом плотность потока электроэнергии (которая трансформируется в механическую или обратно) получается около 1 кВт на см2. Таким образом, для генератора мощностью 100 МВт ротор будет иметь рабочую поверхность примерно около 10 м2. Для электростатического генератора плотность потока энергии U будет равна
U  =  a(E2/4p)v ,         (4)
где электростатическое поле Е ограничивается электрической прочностью воздуха и не превышает 3 x 104 В/см, или 100 э.-с.е. Поэтому, чтобы получить ту же мощность в 100 МВт потребуется ротор с поверхностью в (Н/Е)2 = 4  x 105 раз большей, т.е. равной 4  x 105 м2, или примерно половине квадратного километра. Таким образом, электростатический генератор больших мощностей получается практически неосуществимых размеров.
Аналогичный анализ показывает, что ограничение плотности потока энергии приводит к тому, что для энергетики больших мощностей приходится отказываться от ряда весьма эффективных процессов трансформировании энергии. Так, например, в газовых элементах, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию, этот процесс уже сейчас может осуществляться с высоким КПД, который достигает 70%. Но возможность применения газовых элементов для энергетики больших мощностей ограничивается весьма малой скоростью диффузионных процессов в электролитах; поэтому, согласно выражению (1), на практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией.
Другое, тоже, казалось бы, очень перспективное направление, но на которое по той же причине нельзя возлагать надежды, - это прямое превращение химической энергии в механическую. Как известно, такие процессы широко осуществляются в живой природе, в мускулах животных. К стыду биофизиков, эти процессы еще по-настоящему не поняты, но хорошо известно, что их КПД весьма высок. Однако эти процессы, даже если со временем они будут воспроизведены не на живой природе, не смогут быть применены для энергетики больших мощностей, так как и здесь плотность потока энергии будет мала, поскольку она ограничивается скоростью диффузионных процессов, происходящих через мембраны или поверхность мускульных волокон. Скорость диффузии здесь не выше, чем в электролитах, поэтому плотность энергетического потока не может быть больше, чем в газовых элементах.
Сейчас главный интерес привлекают те методы генерирования энергии, которые не зависят от количества энергии, запасенной в прошлом в топливе различного вида. Здесь главным из них считается прямое превращение солнечной энергии в электрическую и механическую, конечно, в больших масштабах. Опять же осуществление на практике этого процесса для энергетики больших мощностей связано с ограниченной величиной плотности потока энергии. Оптимальный расчет сейчас показывает, что снимаемая с одного квадратного метра освещенной Солнцем поверхности мощность в среднем не будет превышать 100 Вт. Поэтому, чтобы генерировать 100 МВт, нужно снимать электроэнергию с площади в 1 км2 .
Ни один из предложенных до сих пор методов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией. Чтобы это было рентабельно, надо понизить затраты на несколько порядков, и пока даже не видно пути, как это можно осуществить. Поэтому следует считать, что практическое прямое использование солнечной энергии в больших масштабах нереально. Но по-прежнему это остается возможным через ее превращение в химическую энергию, как это испокон веков делается при содействии растительного мира. Конечно, не исключено, что со временем будет найден фотохимический процесс, который откроет возможность более эффективно и проще превращать солнечную энергию в химическую, чем это происходит сейчас в природг Такой процесс химического накопления будет иметь еще то большое преимущество, что даст возможность использования солнечной энергии вне зависимости от изменения ее интенсивности в продолжение дня или времен года.
Сейчас также идет обсуждение вопроса использования геотермальной энергии. Как известно, в некоторых местах мира на земной поверхности, где имеется вулканическая деятельность, это успешно осуществляется, правда, в небольших масштабах. Преимущество этого метода для энергетики больших мощностей, несомненно, очень велико, энергетические запасы здесь неистощимы, и, в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но и в зависимости от времен года и от погоды, геотермальная энергия может генерироваться непрерывно. Еще в начале этого века гениальным изобретателем современной паровой турбины Ч. Парсонсом разрабатывался конкретный проект использования этой энергии. Конечно, он не мог предвидеть тех масштабов, которых достигнет энергетика теперь, и его проект имеет только исторический интерес.
Современный подход к этой проблеме основывается на том, что в любом месте земной коры на глубине в 10-15 км достигается температура в несколько сот градусов, достаточная для получения пара и генерирования энергии с хорошим КПД. При осуществлении этого проекта на практике мы опять наталкиваемся на ограничения, связанные с плотностью потока энергии. Как известно, теплопроводность горных пород очень мала. Поэтому при существующих внутри Земли градиентах температур для подвода необходимого тепла нужны очень большие площади, что весьма трудно выполнимо на глубине в 10-15 км. Вот почему возможность нагрева необходимого количества воды сомнительна.
Сейчас тут выдвигается ряд интересных предложений. Например, на этой глубине взрывать атомные бомбы и этим создавать либо большую каверну, либо большое количество глубоко проникающих трещин. Осуществление такого проекта будет стоить очень дорого; но, ввиду важности проблемы и больших преимуществ геотермального метода, я думаю, что, несмотря на эти расходы, следует, по-видимому, рискнуть осуществить этот проект.
Кроме солнечной и геотермальной энергий, не истощающих запасы, есть еще гидроэнергия, получаемая при запруживании рек и при использовании морских приливов. Накопленную таким образом гравитационную энергию воды можно весьма эффективно превращать в механическую. Сейчас в энергетическом балансе использование гидроэнергии составляет не более 5%, и, к сожалению, дальнейшего увеличения не приходится ждать. Это связано с тем, что запруживание рек оказывается рентабельным только в горных местах, когда на единицу площади водохранилища имеется большая потенциальная энергия. Запруживание рек с подъемом воды на небольшую высоту обычно экономически не оправдывает себя, в особенности когда это связано с затоплением плодородной земли, так как приносимый ею урожай оказывается значительно более ценным, чем получаемая энергия. Опять тот же недостаток плотности потока энергии.
Использование ветра, также из-за недостаточной плотности энергетического потока, оказывается экономически неоправданным. Конечно, использование солнечной энергии, малых водяных потоков, ветряков часто может быть полезным для бытовых нужд в небольших масштабах.
Из приведенного анализа следует, что нужно искать новые источники энергии для энергетики больших мощностей взамен истощающихся в природе запасов химической энергии. Очевидно, можно и следует более бережно относиться к использованию энергетических ресурсов. Конечно, желательно, например, не тратить их на военные нужды. Однако все это только отсрочит истощение топливных ресурсов, но не предотвратит кризиса. Как это уже становится общепризнанным, вся надежда на решение глобального энергетического кризиса - в использовании ядерной энергии. Физика дает полное основание считать, что эта надежда обоснованна.
Как известно, ядерная физика дает два направления для решения энергетической проблемы. Первое уже хорошо разработано и основывается на получении цепной реакции в уране, происходящей при распаде его ядер с выделением нейтронов. Это тот же процесс, который происходит в атомной бомбе, но замедленный до стационарного состояния. Подсчеты показали, что при правильном использовании урана его запасы достаточны, чтобы не бояться их истощения в ближайшие тысячелетия. Электростанции на уране уже сейчас функционируют и дают рентабельную электроэнергию. Но также хорошо известно, что на пути их дальнейшего широкого развития и перевода всей энергетики страны на атомную энергию лежит необходимость преодоления трех основных трудностей:
1. Шлаки от распада урана являются сильно радиоактивными, и их надежное захоронение представляет большие технические трудности, которые еще не имеют общепризнанного решения. Самое лучшее было бы отправлять их на ракетах в космическое пространство, но пока что это считается недостаточно надежным.
2. Крупная атомная станция на миллионы киловатт представляет большую опасность для окружающей природы и в особенности для человека. В случае аварии или саботажа вырвавшаяся наружу радиоактивность может на площади многих квадратных километров погубить все живое, как атомная бомба в Хиросиме. Опасность сейчас расценивается настолько большой, что ни одна страховая компания не берет на себя риск таких масштабов.
3. Широкое использование атомной электроэнергии приведет также к широкому распространению плутония, являющегося необходимым участником ядерной реакции. Такое распространение плутония по всем странам земного шара сделает более трудным контроль над распространением атомного оружия. Это может привести к тому, что атомная бомба станет орудием шантажа, доступным даже для предприимчивой группы гангстеров.
По-видимому, под угрозой энергетического кризиса люди найдут пути преодоления этих трудностей. Например, две последние трудности можно было бы преодолеть, располагая атомные электростанции на небольших необитаемых островах в океане, далеко от густонаселенных мест. Эти станции находились бы под тщательным контролем, и в случае аварии ее последствия не представляли бы большой опасности для людей. Энергией, вырабатываемой электростанцией, можно было бы, например, разлагать воду и полученный водород в жидком виде транспортировать и использовать как топливо, которое при сгорании не загрязняет атмосферу.
Следует признать, однако, что лучшим выходом из создавшегося положения нужно считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития. Известно, что этот процесс осуществляется в водородной бомбе, но для мирного использования он должен быть замедлен до стационарного состояния. Когда это будет сделано, то все указанные трудности, которые возникают при использовании урана, будут отсутствовать, потому что термоядерный процесс не дает в ощутимых количествах радиоактивных шлаков, не представляет большой опасности при аварии и не может быть использован для бомбы как взрывчатое вещество. И наконец, запас дейтерия в природе, в океанах, еще больше, чем запас урана.
Но трудности осуществления управляемой термоядерной реакции пока еще не преодолены. Я буду говорить о них в своем докладе, потому что, как теперь оказывается, эти трудности в основном также связаны с созданием в плазме энергетических потоков достаточной мощности. На этом я останавливаюсь несколько подробнее.
Хорошо известно, что для полезного получения термоядерной энергии ионы в плазме должны иметь очень высокую температуру - более 108 К. Главная трудность нагрева ионов связана с тем, что нагрев плазмы происходит в результате воздействия на нее электрического поля, и при этом практически вся энергия воспринимается электронами, которые благодаря их малой массе при соударениях плохо передают ее ионам. С ростом температуры эта передача становится еще менее эффективной. Расчеты передачи энергии в плазме от электронов к ионам при их ку-лоновском взаимодействии теоретически были надежно описаны еще в 30-х годах. Л.Д. Ландау [2] дал выражение для этого взаимодействия, которое до сих пор остается справедливым.
Мощность Рa, передаваемая электронами с температурой Te ионам с температурой Тi в объеме V, равна [3]
Р= Vnk((Te - Тi) / teq)                 (5)
где k - постоянная Больцмана, n - плотность плазмы. Время релаксации teq вычисляется по формуле Ландау, основанной на учете кулоновских взаимодействий. Согласно этой формуле при тех высоких ионных температурах Тi = 108-109 К, при которых термоядерная реакция может давать полезную мощность, поток энергии, переданный от электронов к ионам, очень мал.
Изучение выражения (5) приводит нас к тому, что когда температура ионов Тi = 0,6 Te, передаваемая мощность имеет максимум значения. Максимальная величина мощности, переносимая от электронов к ионам дейтерия, будет равна [3]
Рmax = 1.57x10-34V( n2 / (Тi)1/2 ) Вт.        (6)
В плазме при 1 атм и температуре электронов Te = 109 К в объеме кубического метра передаваемая электронами ионам мощность будет около 400 Вт. Это небольшая величина, так как нетрудно подсчитать, что для того, чтобы нагреть кубометр плазмы до 6x108 К при подводе такой мощности, потребуется около 300 секунд.
Малость величины передаваемой ионам энергии в особенности проявляется при осуществлении наиболее широко разрабатываемых теперь термоядерных установок Токамак. В них ионы удерживаются в ограниченном объеме сильным магнитным полем и процесс нагрева производится электронами, которые вначале коротким импульсом тока нагреваются до очень высоких температур, потом путем кулоновских столкновений передают свою энергию ионам. В условиях, принимаемых в современных проектах Токамака, время, за которое электроны передадут свою энергию ионам, достигает 20-30 с [3]. Оказывается, за это время большая часть энергии электронов уйдет в тормозное излучение. Поэтому сейчас изыскиваются более эффективные способы подвода энергии к ионам [4]. Это может быть или высокочастотный нагрев, или инжекция быстрых нейтральных атомов дейтерия, или диссипация магнитоакустических волн [5]. Все эти методы нагрева ионов, конечно, значительно усложняют конструкцию реакторов типа Токамак.
Из выражения для Рa видно, что эффективность энергетической передачи между электронами и ионами растет с плотностью. Поэтому предположим, что при нагреве лазерным импульсом твердого конденсированного трития или дейтерия начальная плотность будет очень велика (на несколько порядков выше, чем в Токамаке) и импульсами удается нагреть ионы в короткий промежуток времени. Но подсчеты [3] показали, что, хотя время нагрева и сокращается до 10-8 с, все же оно недостаточно, так как за это время ничем не удерживаемый плазменный сгусток уже разлетится на значительное расстояние.
Как известно [4], теперь для лазерного "термояда" ищут методы коллективного взаимодействия электронов с ионами, например, создание ударных волн, которые адиабатическим сжатием подымут температуру ионов более быстро, чем при кулоновском взаимодействии.
Главное препятствие в данное время лежит в том, что еще недостаточно глубоко изучены физические процессы в плазме. Теория, которая здесь хорошо разработана, относится только к нетурбулентному состоянию плазмы. Наши опыты [6] над свободно парящим плазменным шнуром, полученным в высокочастотном поле, показывают, что горячая плазма, в которой электроны имеют температуру в несколько миллионов градусов, находится в магнитном поле в турбулентном состоянии. Как известно, даже в обычной гидродинамике турбулентные процессы не имеют полного количественного описания и в основном все расчеты основаны на теории подобия. В плазме, несомненно, гидродинамические процессы значительно сложнее, поэтому придется идти тем же путем.
Пока нет оснований считать, что трудности нагрева ионов в плазме не удастся преодолеть, и мне думается, что термоядерная проблема получения больших мощностей будет со временем решена.
Основная задача, стоящая перед физикой, - это более глубоко экспериментально изучить гидродинамику горячей плазмы, как это нужно для осуществления термоядерной реакции при высоких давлениях и в сильных магнитных полях. Это большая, трудная и интересная задача современной физики. Она тесно связана с решением энергетической проблемы, которая становится для нашей эпохи проблемой физики № 1.

ЛИТЕРАТУРА
1. Meadows D.H., Meadows D.L., Panders J.. Behrens W.W. III. The Limits to Growth. N.Y.: University Books, 1972. P. 70.
2. Ландау Л.Д. Кинетическое уравнение в случае кулоновского взамодействия // ЖЭТФ. 1937. Т. 7. С. 203. 
3. Капица П.Л. Полезное получение энергии от термоядерных реакторов // Письма в ЖЭТФ, 1975 Т. 22 С. 24 
4. Ribe F.L. Fusion reactor systems // Rev. Mod. Phys. 1975. Vol. 47. P. 7. 
5. Капица П.Л., Питаевский Л.П. Нагрев плазмы магнитноакустическими
колебаниями // ЖЭТФ. 1974. Т. 67. С. 1411. 
6. Капица П.Л. Свободный плазменный шнур в высокочастотном поле при
высоком давлении // ЖЭТФ. 1969. Т. 57. С. 1801.
Описание: http://www.ksv.ru/Style/Line.png
Воспроизведено по изданию: 
П.Л. Капица Научные труды. Наука и современное общество // Ред.-сост. П.Е. Рубинин / Изд. "Наука", М., 1998 г., стр. 425-432.

 

Изобретения женщин, которые изменили мир

Понятие "изобретатель" обычно ассоциируется исключительно с мужчинами. Однако немало важных изобретений было сделано представительницами слабого пола. Просто об этом в нашем традиционно "мужском" мире скромно умалчивается. Тем не менее:

  • Астролябия.

Описание: Изобретения женщин, которые изменили мир. Изобретения женщин, которые изменили мир

 Описание: %D0%AD%D0%BB%D0%B1%D0%B5%D1%80%D1%82%20%D0%A5%D0%B0%D0%B1%D0%B1%D0%B0%D1%80%D0%B4%20%D0%93%D0%B8%D0%BF%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%8F

Кто не слышал о самом древнем астрономическом приборе, при помощи которого ученые измеряли координаты небесных тел. А вот о том, что изобрела астролябию в 370 году до нашей эры гречанка Гипатия Александрийская, известно куда меньше. Между тем, эта удивительная женщина была одновременно философом, астрономом и математиком…

  • Перманентная завивка

Описание: Сара Уокер (Sara Woker) - первая чернокожая женщина-миллионер - изобрела средство для выпрямления волос. В комплекте со стальным гребнем оно подарило цветным женщинам возможность сделать себе прическу белого образца.
Описание: Марджори Джойнер (Marjorie Joiner) познакомилась с Сарой Уокер после окончания школы красоты А.Б.Молара в Чикаго, а после смерти миллионерши стала руководителем сети ее салонов, запатентовав в 1928 году машинку «перманент».

Сара Уокер (Sara Woker) - первая чернокожая женщина-миллионер - изобрела средство для выпрямления волос. В комплекте со стальным гребнем оно подарило цветным женщинам возможность сделать себе прическу белого образца. Марджори Джойнер (Marjorie Joiner) познакомилась с Сарой Уокер после окончания школы красоты А.Б.Молара в Чикаго, а после смерти миллионерши стала руководителем сети ее салонов, запатентовав в 1928 году машинку «перманент». Это устройство, состоящее из 16 стержней для завивки кудрей, позволило не только завивать всю шевелюру ее обладательницы единовременно, но и сохранять результат в течение нескольких дней.

 

  • Прядение соломы и шелка

Описание: 5 мая 1809 года Мэри Киес (Mary Kies) изобрела технологию прядения из соломы и шелка. Благодаря этому открытию женщины смогли покупать относительно дешевые широкополые шляпы, необходимые для защиты от солнца при работе в поле.

 

5 мая 1809 года Мэри Киес (Mary Kies) изобрела технологию прядения из соломы и шелка. Благодаря этому открытию женщины смогли покупать относительно дешевые широкополые шляпы, необходимые для защиты от солнца при работе в поле.

  • Консервирование в вакууме

Описание: В 1871 году Аманда Джонс (Amanda Jones) придумала способ сохранения продуктов в вакууме.

 

В 1871 году Аманда Джонс (Amanda Jones) придумала способ сохранения продуктов в вакууме.

  • Радиоактивность и ее применения

Описание: Французский ученый-экспериментатор польского происхождения Мария Склодовская-Кюри (Maria Skłodowska-Curie) совместно с мужем открыла химические элементы радий и полоний.

 

Французский ученый-экспериментатор польского происхождения Мария Склодовская-Кюри (Maria Skłodowska-Curie) совместно с мужем открыла химические элементы радий и полоний.

  • Неотражающие стекла.

Описание: Кэтрин Блоджет (Katherine Blodgett) была первой женщиной-ученой, принятой на работу в «Дженерал Электрик» («General Electricм). В 1938 году она изобрела неотражающие стекла.

 

Кэтрин Блоджет (Katherine Blodgett) была первой женщиной-ученой, принятой на работу в «Дженерал Электрик» («General Electricм). В 1938 году она изобрела неотражающие стекла.

 

  • Изобретения на железной дороге, которыми мы пользуемся и сейчас.

Описание: Изобретения Олив Деннис (Olive Dennis) полностью изменили характер поездки железнодорожным транспортом в начале XX века. Среди них - откидывающиеся полки, грязеотталкивающая мебельная обивка, предоставление бесплатных полотенец,жидкого мыла

Изобретения Олив Деннис (Olive Dennis) полностью изменили характер поездки железнодорожным транспортом в начале XX века. Среди них - откидывающиеся полки, грязеотталкивающая мебельная обивка, предоставление бесплатных полотенец, жидкого мыла

Описание: Более того, именно Олив спроектировала вентиляционную систему для поездов, при которой чистый свежий воздух подается каждому пассажиру индивидуально, а также придумала светильники, которые выключаются на ночь.

 

Более того, именно Олив спроектировала вентиляционную систему для поездов, при которой чистый свежий воздух подается каждому пассажиру индивидуально, а также придумала светильники, которые выключаются на ночь.

  • Мясные консервы

Описание: В 1873 году на всемирной выставке в Вене россиянка Надежда Кожина продемонстрировала способ приготовления мясных консервов, за что получила золотую медаль.

 

В 1873 году на всемирной выставке в Вене россиянка Надежда Кожина продемонстрировала способ приготовления мясных консервов, за что получила золотую медаль.

 

  • Перископ для подводных лодок.

Описание: Posted Image

 

Это изобретение, определяющее расстояние до наблюдаемых объектов, как ни удивительно, создала женщина. Перископ был запатентован в 1845 году Сарой Мэтер.

 

  • Шампанское "Вдова Клико".

Название этому розовому шампанскому было дано в честь совершенно реальной женщины, Николь Барбье Клико, которая в 1808 году разработала технологию "ремюажа", позволяющую избавить алкогольный напиток от осадка и сделать его кристально прозрачным, что значительно улучшило его качество.


Описание: Благодаря Николь Барбье Клико (Barbe Nicole Clicquot) в 1816 году в обиход виноделов вошла технология «ремюажа», благодаря которой шампанское за три месяца избавляется от осадка и становится кристально прозрачным.

Описание: До этого знаменательного в винодельческом деле события шампанское было мутным (из-за осадка, содержавшего отмершие дрожжи) и не имело статуса элитного вина.

 

  • Автомобильный глушитель.

К середине второго десятилетия ХХ века машин стало уже достаточно много, чтобы их шум начал докучать людям. Эту проблему помогла решить Эль Долорес Джонс, которая в 1917 году изобрела акустический фильтр для автомобилей.

  • Бюстгальтер.

Описание: Первый бюстгальтер был запатентован во Франции в 1889 г. владелицей корсетной мастерской Эрмини Кадоль (Herminie Cadolle).

Первый бюстгальтер был запатентован во Франции в 1889 г. владелицей корсетной мастерской Эрмини Кадоль (Herminie Cadolle). Чашечки изделия, получившего название «le Bien-Etre» («благополучие»), поддерживали две сатиновые ленты, а сзади вся эта конструкция прикреплялась к корсету.

  • Подгузники.

Описание: Марион Донован (Marion Donovan) в 1917 году села за швейную машинку с душевой занавеской и после нескольких попыток создала водонепроницаемое покрытие для подгузника.

Марион Донован (Marion Donovan) в 1917 году села за швейную машинку с душевой занавеской и после нескольких попыток создала водонепрони-цаемое покрытие для подгузника. До этого для младенцев существовали только резиновые ползун-ки, которые сжимали кожу и вызывали опрелости

 

  • Рюкзак для переноски детей

Описание: Энн Мур (Ann Moore), побывав в составе Корпуса мира в Африке и увидев,с каким удовольствием африканские дети располагались за спинами своих матерей,в 60-х годах спроектировала очень удачный рюкзак для переноски детей,который назвала Snugli.

 

Энн Мур (Ann Moore), побывав в составе Корпуса мира в Африке и увидев,с каким удовольствием африканские дети располагались за спинами своих матерей,в 60-х годах спроектировала очень удачный рюкзак для переноски детей,который назвала Snugli.

  • Чистота на улицах

Описание: Чистота должна быть не только в доме, но и на улицах, - решила обычная секретарша Синтия Вестовер (Cynthia Westover) и собрала в 1892 году прототип современных машин для чистки улиц от снега.

 

Чистота должна быть не только в доме, но и на улицах, - решила обычная секретарша Синтия Вестовер (Cynthia Westover) и собрала в 1892 году прототип современных машин для чистки улиц от снега.

  • Стиральная машина

Описание: Эллен Эглуи (Ellen Eglui) изобрела барабан стиральной машины, а в 1888 году она продала патент на изобретение за $18, поскольку «никто не стал бы покупать стиральную машину, если бы знал, что патентом на нее владеет какая-то «негритянка».

Эллен Эглуи (Ellen Eglui) изобрела барабан стиральной машины, а в 1888 году она продала патент на изобретение за $18, поскольку «никто не стал бы покупать стиральную машину, если бы знал, что патентом на нее владеет какая-то «негритянка».

  • Сотовая связь и Wi-Fi.

Описание: В 1942 году актриса Хеди Ламарр (Hedy Lamarr) запатентовала секретное средство связи, которое динамически изменяло частоту вещания, чтобы затруднить перехват сообщений противником.

Хеди Ламарр хорошо известна как актриса, в юности снявшаяся в скандальном фильме с откровенной сексуальной сценой… Но именно она в 1941 году получила патент на секретное военное средство связи, динамически изменявшее частоту вещания, что осложняло перехват противником.
   В 1962 году эта технология стала использоваться в американских торпедах, а в наши дни на ней основана работа мобильных телефонов и Wi-Fi-устройств. 

  • Пенициллин

Описание: Зинаида Ермольева - выдающийся советский ученый-микробиолог и эпидемиолог, создатель антибиотиков, - в 1942 году впервые в России изобрела пенициллин.

 

Зинаида Ермольева - выдающийся советский ученый-микробиолог и эпидемиолог, создатель антибиотиков, - в 1942 году впервые в России изобрела пенициллин.
(Ранее пенициллин изобрел Флеминг)

 

 

  • Циркулярная пила. 

 

Описание: Табита Бэббит

Описание: Изобретения, появлению которых мы обязаны женщинам

В самом конце XVIII века мир узнал о протестантской религиозной секте по названию "шейкеры". Главное в организации было обустройство жизни в ней. Между полами наблюдалось равенство, равномерно распределялась и тяжелая работа. В Массачусетсе также было такая община, в ней проживала Табита Бэббит. Она работала ткачихой, но в 1810 году нашла способ, как сделать работу своих братьев легче. Женщина долго смотрела, как мужчины распиливают бревна двуручной пилой, двигая ее то в одну сторону, то в другую. Хотя нагрузка на людей и была распределена равномерно, но непосредственно распил происходил только в момент движения пилы вперед. Когда же двигалась назад, на бревно это никак не влияло. Табита быстро поняла, что люди тратят силы впустую. Она придумала прототип циркулярной пилы. Позже ее с успехом стали использовать в лесопильной отрасли. Бэббит предложила создать пилу с круговым лезвием. Теперь уже каждое движение инструмента по дереву получало смысл. Но заповеди общины были довольно строгие, они воспрепятствовали Бэббит получить свой законный патент.

  • Шоколадное печенье. 

Описание: Рут Уэйкфилд

Описание: Изобретения, появлению которых мы обязаны женщинам

Кто же еще может придумывать сладости, как не женщина? Между тем многие кулинарные шедевры появились на свет случайно. В том числе довольно живучее и одно из самых вкусных - шоколадное печенье. Рут Уэйкфилд работала врачом-диетологом, читая еще и лекции по культуре еды. Жизнь ее поменялась, когда она вместе с мужем купила старый дом-пост в пригороде Бостона. В таких заведениях традиционно останавливались путники, платили дорожные сборы, ели и кормили лошадей. Вместе с супругом Рут сделала из этого захудалого места гостиницу и ресторан. Как-то раз в 1930 году Рут пекла для своих постояльцев печенье. По рецепту в него надо было добавить растопленный шоколад. Но хозяйка в спешке взяла обычный шоколад Nestle, поломала его на мелкие кусочки и положила в тесто. Рут подумала, что при выпечке шоколад сможет самостоятельно расплавиться. Но оказалось, что сладость приобрела особую форму. Это и стало рождением первого шоколадного печенья. Вскоре компания Nestle обнаружила, что продажи ее шоколада в штате Массачусетс резко пошли в гору. Представители компании нашли источник такого спроса - миссис Уэйкфилд. Она согласилась рассказать кондитерам свой рецепт. В результате на плитках шоколада Nestle появилась линия для упрощенного разлома. А с 1939 года шоколадное печенье стало выпускаться уже на заводе. Рецепт Рут печатался на обратной стороне упаковки. А сама женщина в благодарность получила пожизненную возможность получать шоколад бесплатно.

  • Жидкая бумага. 

Описание: Бэтт Несмит Грэм
Бэтт Несмит Грэм работала машинисткой, но особых талантов в этой профессии не демонстрировала. В колледже она учиться не смогла из-за высокой степени отсева. В результате девушка устроилась работать в секретариате банка Техаса. Там она дослужилась до исполнительного секретаря председателя правления. Тогда,  в  начале 1950-х, только-только появилась электрическая печатная машинка и стала постепенно вводиться в эксплуатацию. Но секретарям приходилось порой перепечатывать целые страницы текста, если в них обнаруживалась  хотя бы маленькая ошибка. Ведь углеродные ленты не позволяли делать исправлений. Однажды Бэтт наблюдала за тем, как рабочие наносили перед праздником узоры на окна ее банка. Она заметила, что в случае ошибки художники просто наносили сверху нее еще один слой краски, закрывая неудачное место. Женщина подумала, что такой принцип было бы неплохо использовать и в ее работе. Она взяла  блендер  и смешала краску на водной основе с красителем, используемым при печати. Ту смесь, что получилась, Бэтт тонкой акварельной кисточкой стала наносить на ошибки в своем документе. Этот метод настолько понравился всем другим секретарям, что они стали требовать готовить смесь и для них. В результате Грэм была вскоре уволена с работы. Ведь она все время тратила на то, чтобы распространять свой товар, выпускаемый дома, на кухне. Новая смесь получила название "Нет ошибкам". Оставшись без работы, Бэтт  смогла спокойно усовершенствовать свое открытие. В результате она получила патент на жидкую бумагу в 1958 году. Сегодня места практически всех пишущих машинок заняли компьютеры, но белая жидкость - корректор, все равно пользуется спросом.

  • Компилятор и язык программирования COBOL

Описание: Грейс Мюррей Хоппер

Описание: Изобретения, появлению которых мы обязаны женщинам

В мире компьютерных технологий так много славных имен. На ум сразу приходят Чарльз Бэббэдж, Алан Тьюринг, Билл Гейтс и Стивен Джобс. А вот про Грейс Мюррей Хоппер знают далеко не все. Между тем она также сыграла важную роль в развитии этой отрасли. Работать женщина начала в 1943 году, в то время она работала в Гарварде над созданием компьютера IBM Harvard Mark I. Это был первый крупномасштабный компьютерный проект в Америке. Среди его создателей Грейс была третьей по значимости. Женщина смогла создать руководство по операциям компьютера, которым пользовались затем ее последователи. В 1950 году Хоппер придумала компилятор, который смог переводить команды на обычном английском языке в машинный код. Это сразу же позволило значительно проще программистам создавать свой код и допускать при этом намного меньшее число ошибок. Хоппер создала и второй свой компилятор, Flow-Matic. Он использовался для программ UNIVAC I и II, которые работали на первых появившихся в продаже компьютерах. Именно Хоппер руководила разработкой общего бизнес -ориентированного языка COBOL. Это язык программирования стал вообще одним из первых. За свою работу Грейс Хоппер получила множество наград, в ее честь был даже назван корабль ВМС США.

  • Цветные сигнальные ракеты. 

Описание: Марта Костон

Описание: Изобретения, появлению которых мы обязаны женщинам

В 1847 году Марта Костон стала вдовой, хотя ей было на тот момент всего 21 год. Несмотря на такой юный возраст, женщина осталась с четырьмя детьми на руках. Никакого представления о том, как и на что ей дальше жить, у Марты не было. Однажды вечером она в отчаянии перелистывала записную книгу своего умершего супруга. Там она обнаружила интересный план создания факельной системы. Ее могли бы использовать корабли, что общаться друг с другом при плохой видимости, в темноте или тумане. Марта подала в соответствующие органы заявку, с просьбой проверить работу такой системы. Хотя в этом ей и было отказано, она решила идти с этой идеей до конца. Последующие 10 лет женщина занималась улучшением системы и разработкой дизайна того устройства, что придумал ее муж. Марта проводила многочисленные консультации с учеными и морскими офицерами. Ей оставалось непонятным, как же сделать вспышки яркими и долгими. При этом надо было еще сделать систему простой в использовании. Как-то ночью Марта вывела своих детей на улицу, чтобы понаблюдать за фейерверком. Тут ей в голову пришла мысль о том, что некоторые пиротехнические элементы в ее факельной системе отнюдь не будут лишними. В итоге факельная система была создана и стала рабочей. Права на ее использование купили ВМС США. В ходе Гражданской войны цветные сигнальные ракеты Костон часто использовались. Только вот факельная система не стала той вещью, которая смогла бы помочь женщине прокормить себя и своих детей. Военные документы говорят о том, что Костон во время Гражданской войны по себестоимости продала флоту 1,2 миллиона ракет. Женщине было обещано 120 тысяч долларов за ее труды, но реально она смогла получить лишь 15 тысяч. В своей автобиографии Костон рассказала, что флот отказался ей выплачивать оставшиеся деньги, так как она была женщиной.

  • Бумажный пакет

Описание: Маргарет Найт

Описание: Изобретения, появлению которых мы обязаны женщинам

Маргарет Найт на самом деле не является изобретательницей бумажного пакета. Но ведь и первые бумажные мешки годились мало на  что - в них нельзя было переносить вещи. Тогда эти изделия напоминали конверты, использовать их для продуктов также было невозможным. Женщина рассчитала, что у пакетов должна быть большая площадь дна. Тогда вес сможет распределяться более равномерно. Такой пакет сможет вместить в себя намного больше вещей. В 1870 году женщина создала деревянные аппараты. Эти станки вырезали из бумаги, а затем склеивали квадратные основания для пакетов. В ходе работы над железным вариантом своего станка с последующим его патентованием, Маргарет обнаружила, что ее идея оказалась украденной неким Чарльзом Аннаном. Он украдкой в свое время смог увидеть деревянный станок. Найт тут же подала иск против вора. Он в качестве довода сообщил суду, что такую сложную машину женщина просто не в состоянии была придумать (!). В доказательство своей правоты Маргарет смогла предоставить все свои чертежи, заметки и наброски. В результате суд решил, что именно она и является настоящей изобретательницей. В 1871 году Найт получила патент на свое устройство. Хотя это и был первый доставшийся так тяжело такой документ в ее жизни, но далеко не первый вообще. Еще когда девочке было 12 лет, она смогла придумать устройство, автоматически останавливающее промышленные машины в случае сбоев в работе. Это помогло заметно снизить травматичность на производстве. А всего за свою жизнь изобретательная женщина получила более 20 патентов.

 

 

  • Посудомоечная машина. 

Описание: Джозефин Кокрейн
Легко можно представить, что посудомоечную машину придумал тот человек, который годами мыл и тер над раковиной горы грязных тарелок и чашек, проливая слезы от усталости. На самом деле все не так трагично. Патент на первую посудомоечную машину принадлежит Джозефине Кокрейн. Она вовсе не сделала свое изобретение, обмывая тарелки. Стимулировал ее на открытие несчастный случай - однажды на кухне в ходе уборки разбили изящный китайский сервиз, который женщина очень любила. Кокрейн любила светскую жизнь, тратя время на развлечения и общение. Но в 1883 году она осталась вдовой и обнаружила, что муж оставил ей большое количество долгов. Женщина наотрез отказалась распродавать свое имущество, сосредоточившись на создании новой машины. Ее изобретение должно было хорошо мыть посуду, но не разбивать ее. В машине сильная струя воды направлялась на грязные тарелки и чашки. Патент на свое устройство женщина получила в 1886 году. Но трудности только начинались. Джозефина потом рассказывала, что легче было изобрести машину, чем заставить людей ее покупать. Сначала от машины отшатнулись индивидуальные клиенты. Ведь многие семьи не имели возможности подавать в устройство необходимую ему теплую воду. Те же, кто имел такую возможность, не понимал смысла приобретать устройство, если его работу может бесплатно выполнить и женщина. Но этот провал не остановил Кокрейн. Она стала встречаться с директорами крупных ресторанов и гостиниц. Женщина рекламировала свое изобретение, рассказывая, что оно может делать работу за десятерых. Вскоре и все большее количество семей стало приобретать такое удобное устройство в частное пользование.

  • Глушитель для автомобиля

Описание: Глушитель для автомобиля также изобрела женщина - этот акустический фильтр изобрела в 1917 году сконструировала Эль Долорес Джонс (Elle Dolores Jones).

Глушитель для автомобиля также изобрела женщина - этот акустический фильтр изобрела в 1917 году сконструировала Эль Долорес Джонс (Elle Dolores Jones).

  • Рефрижератор

Описание: Американский холодильный инженер Мэри Энгл Пенингтон (Mary Engle Pennington) в 1907 году ввела в обиход транспортируемые рефрижераторные установки, которые активно использовались для продовольственного обеспечения во время Первой мировой.

 

Американский холодильный инженер Мэри Энгл Пенингтон (Mary Engle Pennington) в 1907 году ввела в обиход транспортируемые рефрижераторные установки, которые активно использовались для продовольственного обеспечения во время Первой мировой.

  • Фильтр для кофе

Описание: Благодаря Мелитте Бенц (Melitta Bentz), собственноручно скрутившей первый фильтр для кофе из листка ученической тетради, любители кофе избавлены от излишка кофейной гущи при последнем глотке.

Благодаря Мелитте Бенц (Melitta Bentz), собственноручно скрутившей первый фильтр для кофе из листка ученической тетради, любители кофе избавлены от излишка кофейной гущи при последнем глотке. В 1908 г. она получила патент на изобретение и совместно с супругом основала фирму Melitta для производства новшества.

  • Стеклоочистители.

Описание: Мэри Андерсон

Описание: Первые дворники для автомобиля изобрела Мэри Андерсон (Mary Anderson) в 1903 году, - ей стало жалко водителя, который вынужден был во время вьюги поминутно останавливать машину и сгребать снег с ветрового стекла.

 Мэри Андерсон посетила Нью-Йорк в самом начале XX века. Тогда город был совсем не таким, каким он предстает сегодня перед туристами. Бесконечных пробок и огромного числа, сигналящих друг другу машин тогда еще не было. Автомобили были редкостью, американской мечтой они станут намного позже. Кто бы мог подумать, что женщина из Алабамы, приехав в крупный мегаполис, изобретет то, что скоро станет неотъемлемой частью любого автомобиля. Когда Андерсон  ехала на трамвае сквозь заваленный снегом город, она обратила внимание, что водитель часто останавливается просто для того, чтобы очистить лобовое стекло вагона от снега.  И такое поведение было нормой в то время. Именно поэтому снег или дождь превращались в кошмар для всех тех, кто был за рулем. Когда женщина вернулась домой, она придумала специальный держатель на шпинделе. Он ручкой был прикреплен к внешней стороне лобового стекла. Если водителю требовалось очистить свое стекло, то он просто тянул за ручку, а дальше механизм уже сам удалял грязь. На свое изобретение Андерсон получила патент в 1903 году, но лишь спустя 10 лет тысячи американцев получили стеклоочистители на свои машины. Сегодня же без них и вовсе тяжело представить современный автомобиль.

  • Нистатин.  

Описание: Рэйчел Браун и Элизабет Хазен
Многие считают, что  отношения невозможно сохранить на расстоянии. А вот Рэйчел Браун и Элизабет Хазен доказали, что дистанция не помеха как минимум профессиональным отношениям. Обе женщины служили в департаменте здравоохранения штата Нью-Йорк в 1940 году. Только Хазен находилась в Нью-Йорке, а Браун - в Олбани. Хотя их и разделяли километры, они активно сотрудничали, создавая свой антигрибковый  препарат. Хазен в своем городе брала образцы почвы, чтобы понять, какой организм может взаимодействовать с грибками. Как только женщина обнаруживала в почте какую-нибудь активность, она отправляла найденный образец свой коллеге. Браун извлекала из почвы найденный организм, который и был причиной появления реакции. Если она находила активный ингредиент, то   отсылала его обратно Хазен. Та уже снова проверяла его на наличие грибков. Если оказывалось, что организм способен убивать грибков, его проверяли затем на токсичность. Практически все найденные образцы оказывались в итоге слишком опасными для человека. В итоге женщины сумели-таки найти такой организм, который и убивал грибок, и был безопасным для людей. Открытие было сделано в 1950 году. Полученный препарат получил название нистатит. Сегодня он продается под разными торговыми марками, а предназначен он для лечения грибковых инфекций, угрожающих коже, кишечнику и половым органам.

  • Кевлар. 

Описание: Стефания Кволек

Описание: Изобретения, появлению которых мы обязаны женщинам

Устраиваясь на новую работу, Стефания Кволек считала ее всего лишь временной. В 1946 году девушка пришла в компанию DuPont, стремясь накопить средства на дальнейшее обучение в медицинском колледже. Спустя 18 лет она все еще работала на прежнем месте. Здесь она плотно занималась превращением полимеров в весьма крепкие синтетические волокна. Кволек пришлось работать с полимерами, чьи молекулы были в форме стержня и выстраивались друг за другом в одну линию. Обычно молекулы образуют смешанные системы. Кволек понимала, что ее четкие линии позволят сделать новый материал намного прочнее. Актуальность этого не уменьшится, даже если полимеры будут трудно растворяться в воде. Ее, кстати, тоже можно будет использовать в дальнейших исследованиях. Со временем Стефания все же смогла получить раствор с молекулами-палочками. При этом полученная жидкость значительно отличалась от всего подобного полученного ранее. Затем ученая  решила пропустить раствор через специальный агрегат, который создает волокна ткани. Но оператор фильерной машины не разрешил использовать ее, ведь смесь у Кволек была довольно необычной, отличающаяся от традиционных образцов. Сотрудник попросту испугался, что странная жидкость может сломать его машину. Но неуступчивая Стефания добилась своего. По завершении процесса в ее руках оказалось волокно, плотное как сталь. Этот материал стали называть кевлавром. Сегодня он широко используется в производстве шин, тормозных колодок, тросов, шлемов, лыж и так далее. Особую известность кевлавру принесло его использование в бронежилетах. Основой для пуленепробиваемых жилетов служит кевлар — синтетический материал, который в пять раз прочнее стали. А разработан он был в 1965 году доктором Стефанией Кволек.
Жизнь Стефании Кволек сложилась так, что она  не попала в медицинскую школу. Но женщина все равно выполнила свое предназначение - ее изобретение спасло множество человеческих жизней.

  • Огнеустойчивая штукатурка

Описание: Скульптор Патрисия Биллингс (Patricia Billings) поставила себе задачу создать такую цементную добавку, которая бы предотвращала ее творения от разрушений.

Скульптор Патрисия Биллингс (Patricia Billings) поставила себе задачу создать такую цементную добавку, которая бы предотвращала ее творения от разрушений. В 1970 году она наконец достигла своей цели, изобретя нерушимую и огнеустойчивую штукатурку, зарегистриро-ванную позже под торговой маркой Geobond

 

 ИР 10(706) за 2008 г.
ВЗГЛЯД В ПРОШЛОЕ

Как лейтенант Мацкевич спас мир

В последние годы во всем мире вошло в моду проводить опросы населения для выявления изобретения, которое является самым значимым. Называют колесо, порох, самолет, транзистор, компьютер, Интернет и т.д. Все правильно, это действительно выдающиеся изобретения, но никто не назвал изобретение, сделанное в 1952 г. советским лейтенантом В.А.Мацкевичем. По своей значимости оно занимает особое место в истории изобретательства, ибо, можно считать, спасло человечество от третьей мировой войны.
Заинтригованный читатель в нетерпении спросит: да что же это за изобретение?
Мы назовем его, но сначала все по порядку.
Сейчас уже не секрет, что полвека назад американские генералы почти каждый год планировали нанести ядерный удар по СССР. Американская военная доктрина после Второй мировой войны претерпела изменения. Согласно ее положениям военным подразделениям не нужно было вступать в контакт с противником. Для его уничтожения планировалось использовать несколько ядерных бомб и тем самым обеспечить себе победу.
На крупные города, промышленные и военные объекты Советского Союза предполагалось сбросить несколько тысяч ядерных бомб. На Москву и Ленинград — по 6 штук.
Но чтобы осуществить сей план, бомбы надо было доставить. Для этого США уже имели на вооружении бомбардировщики В-26 и В-29, последний был печально известен тем, что сбросил атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки.
Но СССР не Япония, и препятствием к бомбометанию могли стать советские истребители МиГ-15, в то время стоявшие на вооружении СССР.
В 1950 г. началась война в Корее. США, заручившись поддержкой некоторых стран в ООН, начали активные военные действия против КНДР.
Корейцам помогали Китай — своими добровольцами, и Советский Союз — военной техникой и летчиками. Ведь у КНДР не было ни авиации, ни пилотов.
В небе над Кореей развернулось соревнование между советскими и американскими истребителями. По существу, это было боевой репетицией необъявленной третьей мировой войны. Если бы в тех воздушных боях победили американцы, то это означало бы, что они смогут защитить и бомбардировщики В-29, которые понесут ядерные заряды на Советский Союз.
В первое время превосходство в воздухе было за советскими летчиками. Но потом ситуация переменилась, и МиГи стали нести большие потери.
Оказалось, что на самолетах противника установлены радиолокаторы, которые давали возможность обнаруживать советские истребители за несколько десятков километров. Это позволяло атаковать МиГи неожиданно и с выгодных позиций.
В это же время в СССР, в специализированном научно-исследовательском институте также велись разработки радиолокатора. Но конструкторы не обещали обнаружение противника на большом расстоянии и не могли сделать прибор компактным для размещения на истребителе.
А пока наши парни гибли в небе Кореи.
И в этот момент лейтенант Вадим Андреевич Мацкевич предложил устанавливать на МиГи свой прибор, который позволял фиксировать начало облучения самолета вражеским локатором.
Но известная бюрократическая система не позволила «чужаку» решить задачу, над которой бились сотни специалистов другого ведомства.
И было все по классической схеме: и увольнение В.А.Мацкевича из армии, и попытка оговорить его.
Но нашлись умные люди, которые посоветовали не бодаться с бюрократами на нижнем уровне, а выходить на верхние эшелоны власти.
А пока наши парни гибли в небе над Кореей.
Мацкевич на свои средства изготовил десять аппаратов и стал искать пути выхода на тех, кто принимает решение.
Сначала он обратился к Георгию Береговому (будущему космонавту), который проживал в его городе. Тот служил в одном полку со Степаном Микояном. Последний, узнав о проблеме, сразу же позвонил своему дяде Артему Ивановичу Микояну, главному конструктору тех самых МиГов, которые воевали в Корее.
Артем Иванович добился, чтобы его принял Сталин и доложил ему об изобретении безвестного лейтенанта.
Сталин дал указание установить десять приборов на МиГи и испытать их в боевых условиях. Результаты превзошли все ожидания.
Теперь советские летчики уже сразу узнавали, что их видит вражеский радиолокатор. Ну а раз предупрежден, значит, вооружен. Они уже ждали противника и по опыту боев даже знали, откуда он появится. Обычно американцы нападали со стороны солнца, которое в тот момент слепило глаза потенциальной жертве.
Отныне исход любого боя зависел от умения, опыта, смелости и отваги летчика. Ну а нашим этого было не занимать. Ведь в Корее воевал цвет советской авиации, герои Советского Союза, асы, имевшие опыт воздушных боев с «люфтваффе».
Было приказано изготовить 500 комплектов прибора.
Но неожиданно во время испытаний у прибора возникли сбои.
Мацкевич стал искать причину и вскоре догадался, что виной этому была высокая влажность. Когда прибор «промокал», он переставал подавать сигнал, а подсохнув, начинал работать по-прежнему.
И здесь изобретатель нашел выход: он заливал прибор рисовой смолой, которой корейские военнослужащие заделывали швы между плитами на аэродроме.
Теперь прибор работал надежно.
Послали срочную телеграмму на предприятие-изготовитель: заливать прибор компаундом.
Приборы были установлены, и американские самолеты посыпались на корейскую землю, как осенние листья после сильного порыва ветра. Победа в воздухе окончательно и бесповоротно перешла в руки советских летчиков. И некоторые горячие головы американских вояк поостыли. «Ястребам» в США стало ясно, что воздушный щит Советского Союза теперь не пробить. Прибор В.А.Мацкевича представлял собой приемник, настроенный на частоту американского локатора. с акустической сигнализацией. Чем ближе противник, тем сигнал громче. По существу,это был антирадар, который иные автолюбители сейчас ставят на свои автомобили.
Глядя на то изобретение с высоты современных научно-технических достижений, кажется, что прибор лейтенанта Мацкевича не представляет ничего особенного. Но для того времени он был выдающимся. И как вовремя появился!
Он спас жизни сотням советских летчиков.
Запоздай В.А.Мацкевич со своим изобретением или отступи перед бюрократической машиной, и третья мировая война была бы неминуема.
Виктор Андреевич был произведен (через одно звание) в капитаны и награжден орденом Красной Звезды.
А китайское правительство, отдавая дань заслугам советской авиации в защите с воздуха наступающих китайских добровольцев, подарило ему автомашину «Волга» и построило для нее гараж.
А.Ефимочкин

Загоризонтные РЛС, попытка инженера обьяснить сложное по простому. "Русский дятел", "Зевс" и "Антей".
ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ
В прошлой статье теорию распространения радиоволн я упростил до предела, некоторые сочли это за моветон и были полностью правы. Поэтому для начала постараюсь кратко и максимально понятно рассказать о том что это такое и с чем это едят. Для начала, длина радиоволны и её частота жёстко связаны. Эта связь максимально просто описывается формулой: длинна волны=скорость света/частота(относительной магнитной проницаемостью среды и прочим пренебрёг сознательно, буду делать это и в дальнейшем для упрощения понимания материала, так что любители точного академического знания - бес паники!). В прошлой статье дециметровые и сантиметровые волны я назвал короткими и заслужено подвергся критики за КВ диапазон, хотя имел в виду немного другое. Что бы убрать недопонимание привожу описание, где кратко и понятно названы диапазоны и характеристики радио волн в их пределах (академики, ещё раз напоминаю! кратко, просто, понятно), и ещё условные обозначения частота f - измеряется в герцах, длина волны λ - измеряется в метрах :
Сверхдлинные волны (СДВ диапазон) — f = 3—30 кГц (λ = 10—100 км). Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня. Эти волны могут распространяться вплоть до огибания земли, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.
Длинные волны (ДВ) f = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м). Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.
Средние волны (СВ) f = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м). Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.
Короткие волны (КВ) f= 3—30 МГц (λ = 100—10 м). Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния (несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.
Ультракороткие Волны(УКВ) f = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м). Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями.
Дальше диапазоны именуются по частотам:
Ультравысокие частоты (УВЧ) f = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м). Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах.
Сверхвысокие частоты (СВЧ) f  = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м). Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.
Крайне высокие частоты (КВЧ) f  = 30 ГГц — 300 ГГц (λ = 10—1 мм). Практически то же самое что и СВЧ, Используются в космической связи, высокоскоростной беспроводной связи, метеорологических радарах и медицине.
Так основное вроде скопипастил перечислил, вот вам картинка для передыху от множества букАв, на картинке есть так называемый земной луч, о нём будет немного позже.


Описание: http://www.radioscanner.ru/info/files/article60/picture_picblock_a_4.jpg
Картинка с просторов гуглопоиска.


Отдохнули? Теперь снова за парту. Опять отсылка к прошлой статье, в коментах развели срач по поводу дифракции и интерференции радиоволн. Если в двух словах, радиоволны огибают только те предметы которые меньше их длины, чем меньше длина волны тем меньше она распространяется за угол (академики, смотрите выше). К примеру длинные волны (ДВ) в состоянии огибать большие препятствия такие как горы, но не полностью, так как возможно образования радиотени, если склон горы достаточно крутой. Вот пример на картинке из учебника, где приёмник "а" не сможет ничего услышать, а приёмник "б" в зоне приёма:

В КВ диапазоне и выше по частоте (УКВ, УВЧ, СВЧ, КВЧ) картина уже другая, длина волн становиться короче и волны уже не могут огибать препятствия. Сейчас академики снова поднимут вой по поводу дифракции (огибания), но штука в чём, на этих частотах значение дифракции настолько мало что им можно пренебрегать, и чем частота выше тем значение меньше. Поэтому распространение длинных радиоволн больше похоже на распространение звука, а распространение коротких волн ближе к распространению света. Теперь несколько слов по поводу радиогоризонта, некоторым, судя по коментам, он причинил сильную боль ниже спины. По скольку довольно много людей слабо могут представлять вещи и процессы в трехмерном (объёмном) виде, в моих описаниях земля не сферическая, эллипсоидная и т.д., а круглая, да именно КРУГЛАЯ, от слова круг!!! И конечно она ровная и гладкая! Во картинка из просторов гуглопоиска, где земля круглая и где есть этот самый радио горизонт:


Описание: https://www.isa.org/uploadedImages/Content/Standards_and_Publications/ISA_Publications/InTech_Magazine/Issues/2004/June/20040616-01_Minimum%20antenna%20height%20required%20to%20clear%20radio%20horizon.gif


Антенна А имеет высоту h1, антенна В расположена на высоте h2. Максимальную дистанцию R на которой они будут в зоне прямой видимости и прямую линию между ними не будет преграждать ровная и круглая земля
можно высчитать по формуле: . Вот почему можно пользоваться коротковолновой связью за пределами обычного горизонта, достаточно поднять повыше антенну. Эту формулу можно использовать и для определения радио горизонта РЛС, только вместо антенны А приёмопередающая антенна РЛС, а вместо антенны В воздушный объект который должен быть обнаружен РЛСкой. Если объект летит на сверх малой высоте, то можно узнать на какой дистанции его можно будет обнаружить. Это относиться к классическим видам радиолокации.
КАК ЗАГЛЯНУТЬ ЗА ГОРИЗОНТ
За горизонт хорошо распространяться, точнее огибают землю, сверх длинные волны. Но для радиолокации они не пригодны по нескольким причинам, из-за большой длины они в состоянии отражаться, и то не всегда, только от ну очень больших объектов, для их излучения и приёма необходимы антенны огромных размеров, в идеале не меньше 1/4 длины волны. То есть даже если построить такую РЛС, она займет площадь города средних размеров, и с её помощью можно будет увидеть (и то врядли) новые горы, если протоАмерЫканцы захотят вырыть у себя чёрное море где-нибудь в Техасе. Поэтому для радиолокации используют волны меньшей длины, длина которых сопоставима с объектами которые хотят обнаружить, есть конечно "секретные" ритуалы танцев с бубнами которые позволяют увидеть объекты меньших размеров чем длина волны, но не о них речь. Есть два способа заглянуть за горизонт волнами не большой длины. Первый при помощи отражения КВ от ионосферы, второй при помощи поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ).
ОТРАЖЕНИЕ КВ ОТ ИОНОСФЕРЫ 
Думаю не имеет смысла объяснять почему ионосфера может отражать некоторые типы волн, копипастить физические законы довольно скучно, кто захочет сам загуглит. А если в двух словах и максимально просто, в ионосфере достаточно плазмы для отражения радио волн (академики, ну вы поняли). Поэтому примем как факт КВ могут отражаться как от земли, так и от ионосферы. РЛС такого принципа работы излучают узкий луч радиоволн который отражается от ионосферы и падает на землю, что позволяет увидеть обстановку в том месте где луч достиг земли. Для увеличения дальности так же используют много скачковый принцип, это когда луч не один раз отражается от ионосферы и земли, что бы попасть в заданный район на другой стороне земного круга. Недостатком такого принципа что эти РЛС имеют слепую зону в относительно близости, она находиться ниже радио горизонта в том секторе куда нельзя послать отражённый луч. Пример на картинке с просторов гуглопоиска:


Описание: http://dic.academic.ru/pictures/bse/gif/0281447037.gif


По поводу слепой зоны, послать в неё отражённый сигнал нельзя из-за того что отражение от ионосферы происходит только под определёнными углами. Значения этих углов зависят от состояния ионосферы, которое может меняться в течении суток, поэтому для работы ЗРЛС необходим её постоянный контроль. Если луч попадёт в ионосферу под углом больше необходимого, он переломится и уйдёт в космическое пространство. Пример на картинке, луч под номером 4 переломившись ушёл за пределы ионосферы, а на примере луча номер 1 видно много скачковое отражение:

Теперь о принципах обнаружения целей. Вместе с сигналом от цели возвращается и сигнал от земли под целью, это из-за того что луч подсвечивает цель сверху. Есть множество разных способов как выделить отражённый сигнал от цели на фоне отражённого от земли. Самый простой и наверное самый часто используемый это определение доплеровского смещения. Увы снова теория, доплеровский эффект, если в двух словах, это когда волна отражаясь от движущегося объекта меняет свою частоту, и чем больше скорость объекта тем сильнее меняется частота. То есть ЗРЛС старается принять не ровно тот сигнал который излучила на определённой частоте, а наоборот не принимает сигналы на этой частоте внимательно следя за сигналами на близких частотах, ищет свои же сигналы но только те которые изменились каким либо образом. Если совсем уж по простому, крикнули в даль кодовое слово мужским голосом, а эхо ответило то же слово но только уже женским голосом. Ещё один трюк позволяющий видеть цели на большом расстоянии, это когда РЛС излучает два одинаковых сигнала на разных частотах, тоесть сканирует двумя лучами которые направлены в один и тот же сектор земного круга. Пример, две лазерных указки одна синего другая красного цвета которые моргают с одинаковой частотой. Когда от цели приходят отражённые вместе с помехами два сигнала на разных частотах но с одинаковым сдвигом по частоте, их перемножают между собой. Суть этого действия состоит в чём, одинаковая помеха не может прийти на двух разных частотах, а вот сигналы на этих частотах одинаковы. После перемножения одинаковых сигналов и разных помех, уровень сигнала становиться выше помех и его проще обнаружить. В радиотехнике это называется корреляцией, опять же суть этого метода объяснил поверхностно и максимально просто. Кстати как раз из-за доплеровского смещения, такой тип РЛС видит только подвижные цели.
По скольку статья выходит слишком объёмной решил её разбить на две части, так что продолжение следует.
ПОСЛЕСЛОВИЕ
Повторюсь для академиков, старался объяснить максимально понятно, поэтому многие вещи упростил до неприличия или вовсе вырезал за ненадобностью. Грамар нации специально для вас проверил в двух редакторах и убрал все красные подчёркивания, самому следить за правильностью и чистотой речи сил нету ибо мозги заняты другим. Все остальные, надеюсь вам было интересно и не скучно, конструктивная критика приветствуется, ну и конечно пишите в коментах что ещё хотели бы узнать.

Вторая часть статьи посвящённая способом увидеть что там за горизонтом. Прочитав комментарии к прошлой статье, решил более подробно рассказать о СДВ связи и РЛС на принципах "небесного луча", о РЛС работающие на принципах "земного луча" будет в следующей статье, уж если рассказывать то рассказывать последовательно.

ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ
В первой части статьи я рассказал основы необходимые для понимания. Поэтому если вдруг что то стало непонятно, читайте её, узнаете что-то новое или освежите забытое. В этой части решил перейти от теории к конкретике и вести рассказ опираясь на реальные образцы. Для примеров, во избежании вбросов, дезинформации и разжигании пуканов диванных аналитиков, буду использовать системы которые давно поставлены в строй и не являются секретными. По скольку это не является моей специализацией, я рассказываю то что узнал в бытность мою студентом от преподов, на предмете "Основы Радиолокации и Радионавигации", и то что нарыл по разным источникам на просторах паутины. Комрады хорошо подкованные в этой теме, если найдёте неточность, конструктивная критика всегда приветствуется.
"РУССКИЙ ДЯТЕЛ" ОН ЖЕ "ДУГА"
"ДУГА" является первой загоризонтной РЛС в союзе (не путать с надгоризонтными) предназначенной для обнаружения пусков баллистических ракет. Известно о трех станциях этой серии: Экспериментальная установка «ДУГА-Н» возле Николаева, "ДУГА-1" в посёлке Чернобыль-2, "ДУГА-2" в посёлке Большая Картель рядом с Комсомольском-на-Амуре. На данный момент все три станции выведены из эксплуатации их электронное оборудование демонтировано, также демонтированы антенные решетки кроме станции находящийся в Чернобыле. Антенное поле станции "ДУГА" одно из самых заметных сооружений в зоне отчуждения после здания самой ЧАЭС.


Описание: http://in-castle.ru/_ph/53/841138530.jpg
Антенное поле "ДУГИ" в Чернобыле, хотя оно больше похоже на стенку)


Станция работала в КВ диапазоне на частотах 5-28МГц. Обратите внимание что на фото видно, грубо говоря, две стены. По скольку нельзя было создать одну достаточно широкополосную антенну, было принято решения разбить рабочий диапазон на две антенны, каждая рассчитанная на свою полосу частот. Сами антенны не являются одной цельной антенной а состоят из множества относительно небольших антенн. Такая конструкция называется Фазированной Антенной Решёткой (ФАР). На фото с низу одни сегмент такой ФАР:


Описание: http://s2.hostingkartinok.com/uploads/images/2012/06/432d326630e773f7b50042113f92e080.jpg
Так выглядит один сегмент ФАР "ДУГИ", без несущих конструкций.
Описание: http://www.cqham.ru/foto/data/526/medium/193.jpg
Расположение отдельных элементов на несущей конструкции


Пару слов о том что такое ФАР. Некоторые просили меня описать что это такое и как это работает, уже думал начать, но пришёл к выводу что придётся это делать в виде отдельной статьи, так как нужно рассказать кучу теории для понимания, так что статья про ФАР будет в будущем. А если в двух словах то: ФАР позволяет принимать радиоволны приходящие на неё с определённого направления и отфильтровывать всё то что приходит с других направлений, при чем изменять направление приёма можно не меняя положения ФАР в пространстве. Что интересно эти две антенны, на снимках с верху, принимающие, то-есть они не могли ничего передавать (излучать) в пространство. Бытует ошибочно мнение что излучателем для "ДУГИ" был находящийся рядом комплекс "КРУГ", это не так. ВНЗ "КРУГ" (не путать с ЗРК КРУГ) был предназначен для других целей, хоть и работал в паре с "ДУГОЙ", о нём будет ниже. Излучатель дуги находился в 60 км от Чернобыля-2 возле города Любеч (Черниговская область). К сожалению не смог найти не одной достоверной фотографии сего объекта, есть только словесное описание: "Передающие антенны также построены по принципу фазированной антенной решётки и были меньше и ниже, их высота составляла 85 метров.". Если кто вдруг обладает фотографиями этого сооружения буду очень благодарен. Приёмная система ЗРЛС "ДУГА" потребляла около 10 МВт, сколько потреблял передатчик сказать не могу ибо цифры уж очень отличаются в разных источниках, на вскидку могу сказать что мощность одного импульса была не меньше 160 МВт. Хочу обратить внимание что излучатель был импульсный, как раз эти импульсы, которые слышали в своём эфире американцы, и дали название для станции "дятел". Использование импульсов необходимо для того чтобы при их помощи можно достичь больше излучаемой мощности чем постоянная потребляемая мощность излучателя. Это достигается путём накопления энергии в период между импульсами, и излучение этой энергии в виде кратковременного импульса. Обычно время между импульсами, не меньше чем в десять раз, превышает время самого импульса. Именно такое колоссальное потребление энергии объясняет постройку станции в относительно близости от АЭС - источника энергии. Вот как кстати звучал"русский дятел" в американском радиоэфире. Что касается возможностей "ДУГИ" то станции этого типа могли засекать только массированный старт ракет при котором образуется большое количество факелов ионизированного газа от двигателей ракет. Нашёл вот такую картинку с секторами обзора трех станций типа "ДУГА":


Описание: http://pvo.guns.ru/abm/images/duga.gif


Эта картинка является правильно отчасти потому что показывает только направления обзора, а сами сектора обзора обозначенный не правильно. В зависимости от состояния ионосферы угол обзора был примерно равен 50-75 градусов, хотя на картинке он показан в градусов 30 максимум. Дальность обзора опять же зависела от состояния ионосферы и была не меньше 3 тыс км, а в лучшем случае можно было видеть пуски аж за экватором.  Из чего можно было сделать вывод что станции просматривали всю территорию северной Америки, Арктики, и северные части атлантического и тихого океанов, одним словом почти все возможные районы пуска баллистических ракет.
ВНЗ "КРУГ"
Для корректной работы ЗРЛС и определения оптимальной трассы прохождения зондирующего луча необходимо иметь точные данные о состоянии ионосферы. Для получения этих данных была предназначена станция Возвратно Наклонного Зондирования (ВНЗ) ионосферы "КРУГ". Станция состояла из двух колец антенн похожих как на ФАР "ДУГИ" только расположенных вертикально, всего было 240 антенн высотой 12 метров каждая, и одна антенна стояла на одноэтажном здании в центре кругов.


Описание: http://www.chornobyl.com.ua/wp-content/uploads/2012/07/vnz_krug_old.jpg
ВНЗ "КРУГ"


В отличии от "ДУГИ" приёмник и передатчик находятся в одном месте. В задачу этого комплекса входило постоянно определять длины волн которые с наименьшим затуханием распространяются в атмосфере, дальность их распространения и углы под которыми волны отражаются от ионосферы. По этим параметрам высчитывалась трасса прохода луча до цели и обратно и приёмная ФАР настраивалась таких образом что бы принимать только свой отражённый сигнал. Простыми словами вычисляли угол прихода отражённого сигнала и создавали в этом направлении максимальную чувствительность ФАР.
СОВРЕМЕННЫЕ ЗРЛС "ДОН-2Н" "ДАРЬЯЛ", "ВОЛГА", "ВОРОНЕЖ" 
Эти станции стоят до сих пор на боевом дежурстве (кроме дарьяла), достоверной информации по ним крайне мало, поэтому озвучу их возможности поверхностно. В отличии от "ДУГИ" эти станции могут фиксировать отдельные пуски ракет, и даже обнаруживать крылатые ракеты летящие на сверх малых. В целом конструкция не изменилась, это те же ФАР служащие для приёма и передачи сигналов. Поменялись используемые сигналы, они такие же импульсные, но теперь они размазаны равномерно по рабочей полосе частот, простыми словами это уже не стук дятла, а равномерный шум, который сложно выделить на фоне других шумов не зная изначальной структуры сигнала. Так же поменялись частоты, если дуга работала в КВ диапазоне то "Дарьял" способен работать в КВ, УКВ и УВЧ.  Определят цели теперь могут не только по выхлопу газа но и по самой тушке цели, о принципах обнаружения целей на фоне земли я рассказывал уже в прошлой статье.
ДАЛЬНЯЯ СДВ РАДИОСВЯЗЬ
В прошлой статье я кратко рассказывал о километровых волнах. Может в будущем сделаю статью по этим видам связи, а сейчас кратко расскажу на примерах двух передатчиков "ЗЕВС" и 43-ем узле связи ВМФ России. Заголовок СДВ чисто символический, так как эти длины выпадают из обще принятых классификаций, а системы использующие их единичны. ЗЕВС использует волны длинной 3656 км и частотой 82 герца. Для излучения используют особую антенную систему. Находят участок земли с максимально низкой удельной проводимостью,  в него на расстоянии 60 км забивают на глубину 2-3 км два электрода. Для излучения на электроды подаётся высоковольтное напряжение с заданной частотой (82 Гц), по скольку сопротивление земной породы крайне велико между электродами, электрическому току приходиться идти через более глубокие слои земли, тем самым превращая их в огромную антенну. Во время  работы "Зевс" потребляет 30 МВт, но излучаемая мощность составляет не больше 5 Ватт. Однако этих 5 Ватт полностью хватает для того что бы сигнал прошёл полностью весь земной шар насквозь, работу "Зевса" регистрируют даже в Антарктиде, хотя сам он расположен на Кольском полуострове. Если придерживаться старых советских норм "Зевс" работает в КНЧ (крайне низкие частоты) диапазоне. Особенность этого типа связи в том что она односторонняя, поэтому её назначение передавать условные короткие сигналы, услышав которые, подлодки всплывают на небольшую глубину для связи с командным центром или выпускают радиобуй. Что интересно "Зевс" оставался секретным до 1990-х годов, пока ученые Стэнфордского университета (Калифорния) не опубликовали ряд интригующих заявлений, касающихся исследований в области радиотехники и радиопередачи. Американцы стали свидетелями необычного явления – научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц. Скорость передачи за один сеанс – три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры – у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними. Мистика – удел средневековых мракобесов, а продвинутые янки сразу догадались, что имеют дело с невероятным КНЧ-передатчиком, размещенным где-то на другом конце Земли. Где? Ясно где – в России. Похоже, эти безумные русские «закоротили» целиком всю планету, используя её в качестве гигантской антенны для передачи зашифрованных сообщений.
43-й узел связи ВМФ России представляет несколько иной тип длинноволнового передатчика (радиостанция «Антей», RJH69). Станция расположена вблизи городка Вилейка, минская область, РБ, антенное поле занимает площадь 6,5 квадратных километра. Состоит из 15 мачт высотой 270 метров и трех мачт высотой в 305 метров, между мачт натянуты элементы антенного поля, общий вес которых составляет около 900 тон. Антенное поле расположено над заболоченными участками земли что обеспечивает хорошие условия для излучения сигнала. Я сам был рядом с этой станцией и могу сказать что просто словами и картинками не передать тех размеров и ощущений которые вызывает эта громадина в реальности.


Описание: http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?attachmentid=76598&d=1298562023
Так выглядит антенное поле на гугл картах, хорошо видны просеки над которыми натянуты основные элементы.
Описание: http://cdn.topwar.ru/uploads/posts/2013-08/1376256604_av1.jpg
Вид с одной из мачт "Антея"


Мощность "Антея" не менее 1 МВт, в отличии от передатчиков ЗРЛС он не является импульсным, то есть во время работы излучает этот самый мега Ватт или больше, всё время работы. Точная скорость передачи информации не известна но если проводить аналогию с немецким трофейным "Голиафом", не меньше 300 бит/с. В отличии от "Зевса" связь уже является двух сторонней, подлодки для связи используют либо много километровые проволочные буксируемые антенны, либо специальные радио буи которые выпускаются подлодкой с большой глубины. Для связи используется СДВ диапазон, дальность связи охватывает всё северное полушарие. Преимущества СДВ связи что её кране сложно заглушить помехами, а так же она может работать в условиях ядерного взрыва и после него в то время как более высоко частотные системы не могут наладить связь из-за помех в атмосфере после взрыва. По мимо связи с подлодками "Антей" используется для радио разведки и передачи сигналов точного времени системы "Бета".
ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ
Это не завершающая статья о принципах заглянуть за горизонт, будут ещё, в этой по просьбам читателей я сосредоточился на реальных системах вместо теории.. Так же прошу прощения за задержку с выходом, я не блогер или житель интернета, у меня есть работа которую я люблю и которая периодически очень "любит" меня, поэтому статьи пишу между делом. Надеюсь читать было интересно, потому что я всё ещё нахожусь в режиме пробы пера и не определился до сих пор в каком стиле писать. Конструктивная критика как всегда приветствуется. Ну и специально для филологов анекдот в конце:
Препод по матану про филологов:
— ...Да плюньте в лицо тому, кто говорит, что филологи – это нежные фиалочки с горящими глазами! Я вас умоляю! На самом деле они мрачные желчные типы, готовые язык собеседнику вырвать за фразы, типа "оплатите за воду", "мое день рождение", "дырка в пальте"...
Голос с задней парты:
— А что не так с этими фразами?
Препод, поправив очки:
— А на вашем трупе, молодой человек, они бы еще и попрыгали.

Каковы преимущества органических источников освещения?
Физик Дмитрий Паращук о преимуществах, ограничениях и сферах применения органических светодиодов


Описание: http://cdn.postnauka.netdna-cdn.com/img/2014/11/organic-light-emitting-diode.jpg


Источники освещения на органических пленках, органических светодиодах интересны прежде всего очень широким диапазоном цветовых оттенков. Можно легко управлять цветом или длиной волны излучения, немного модифицируя материал. Каждый материал здесь может иметь свой цвет.
Помимо этого, они должны быть эффективными и долговечными. Именно это на данный момент является основной задачей для исследователей и разработчиков. Потому что органика не очень стойкая по сравнению с неорганикой, она может разлагаться, окисляться. С одной стороны, это перспективно, потому что люди производят много отходов, которые сложно утилизировать и перерабатывать, а органическая электроника может быть дружественна окружающей среде, так как способна сравнительно быстро разлагаться. Но по этой же причине она часто недолговечна. Узкое место органических источников освещения — недостаточные эффективность и срок службы. Основная проблема в материалах. Органическая пленка должна светиться десятки тысяч часов и светиться не хуже, чем, например, лампочка.
Впервые органический излучающий светодиод (organic light emitting diode, OLED) был создан около 20 лет назад компанией Kodak в США. Это устройство состояло из двух электродов, между которыми были расположены органические слои. На это устройство подается напряжение, и оно начинает светиться.
В неорганической электронике самые лучшие характеристики имеют материалы с совершенной структурой, то есть кристаллы. Это правило действует и в органической электронике. Органические кристаллы могут быть хорошими полупроводниками. И новые перспективные объекты здесь — это светоизлучающие полевые транзисторы. Это такие устройства, которые в себе объединяют функции светодиода и транзистора. Органические светодиоды уже используют многие производители смартфонов в дисплеях на OLED. Каждый пиксель здесь — это маленький светодиод, которому помогают транзисторы на кремнии. В органической электронике можно сделать устройство, которое объединяет в себе функции управления и излучения, — это будет как раз органический светоизлучающий транзистор.
Органические источники освещения могут иметь очень хорошие энергосберегающие характеристики, не хуже, чем у неорганических светодиодов, за разработку которых в этом году была вручена Нобелевская премия по физике.
Неорганические светодиоды — это всегда точечные источники света. А органическая пленка может быть распределенным источником освещения. И такие светильники уже есть. Это светильники в виде тонких пленок, которые в перспективе можно будет наклеить на стену как обои. Это формирует совершенно другой подход к световым и дизайнерским решениям. Новые осветительные приборы будут протяженными, тонкими, гибкими, полупрозрачными. Пока такие светильники достаточно дорогие и имеют небольшой сегмент рынка. Но очевидно, что он будет расти.
Если измерить спектр светодиодных ламп, то мы увидим, что он существенно отличается от естественного солнечного спектра, наиболее комфортного для человека. Органические светоизлучатели будет гораздо легче подстраивать под необходимый спектр. Пока мощность органических источников света невелика, и сегодня органические светодиоды находят применение там, где не нужно много света и не требуется высокая интенсивность. Например, в подсветках, дизайнерском освещении, освещении в салоне автомобиля или даже самолета.
Еще одно применение, уникальное для органической электроники, где неорганическая электроника ничего не может предложить, — это органические микродисплеи. Обычные жидкокристаллические дисплеи, которые нас окружают, имеют ограничения по яркости. Под каждым монитором есть осветители, и каждый пиксель — это пара поляризаторов, которые то открываются, то закрываются. Это означает, что диапазон яркости не может быть очень широким. Здесь есть источник света, который можно затемнять, но невозможно получить абсолютно темный экран. А в органической электронике возможно, поскольку точка — это светоизлучающий светодиод с огромным диапазоном яркости. Это находит уникальное применение в микродисплеях, которые размещаются перед глазом. Они необходимы прежде всего пожарным, летчикам, которые находятся в сложной световой обстановке с высокой интенсивностью света — от огня или солнца. При этом они должны видеть изображение с микродисплея. В этой сфере конкурентов у органических микродисплеев нет. Такая технология может найти применение и в развлекательной индустрии, когда можно будет смотреть видео в очках с такими микродисплеями с максимально приближенной к реальности глубиной цветопередачи и динамического диапазона.
Описание: http://author.postnauka.ru/img/paraschuk.jpg
Дмитрий Паращук
доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Лаборатории органической электроники физического факультета и Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова

Каким Айзек Азимов видел 2014 год
В 1964 году американский фантаст Азимов дал прогноз, каким будет мир через 50 лет. Он верно предугадал почти все сегодняшние технические новшества. Но, как почти все футурологи, он не дал картины социального устройства мира. Сегодняшние социальные прогнозы неутешительны: через 20 лет автоматизация лишит работы 45% нынешних работников.


Каким Айзек Азимов видел 2014 год

Когда в Нью-Йорке в 1964 году проходила Всемирная выставка, известный писатель-фантаст и профессор биохимии Бостонского университета Айзек Азимов по просьбе газеты The New York Times дал прогноз, как будет выглядеть мир в 2014 году.


1Описание: Каким Айзек Азимов видел 2014 год




Тезисно его мир в 2014 году выглядел таким:

1) Дома в основном будут подземными (как и бОльшая часть пространства города). Это позволит уменьшить их обогрев зимой или охлаждение летом. Поверхность города будет отдана под огороды, выпас скота и парки

2) Утомительная бытовая работа будет сведена к минимуму. Тостеры, автоматические кофеварки, скороварки и т.п. – приготовление еды будет происходить по таймеру. Но небольшая кухня останется – кулинария останется для многих как хобби.
3) Роботы не вытеснят людей. Будет много компьютеров с «мозгами» робота, но управлять ими всё равно будет человек.
4) Кинофильмы будут трёхмерными, в 3-D формате.
5) Техника не будет иметь электрического шнура – она будет работать на долгоживущих батареях и аккумуляторах.

6) Половина энергии на Земле вырабатываться на АЭС.
7) Большие солнечные электростанции будут введены в пустынях – в Аризоне, Израиле, Казахстане. К 2014 году уже будет разработана технология «сбора» солнечной энергии в космосе и её фокусировка на Землю.
8) Транспорт будущего станет мало соприкасаться с дорогой – он будет парить над ней на высоте 0,5-1 метр. «Надводным», скользящим по поверхности воды, будет и речной и морской транспорт.
9) Доставка товаров и материалов будет осуществляться что-то вроде пневмопочты.
10) Телефоны будут портативными, а их экраны станут использоваться для изучения документов и фотографий, чтения отрывков книг. Связь будет осуществляться через спутники.
11) К 2014 году беспилотные корабли достигнут Марса. В это же время будет разрабатываться программа марсианской колонии.
12) Население Земли достигнет 6,5 млрд. человек, а США – 350 млн. Агломерация между Бостоном и Вашингтоном будет иметь численность 40 млн. человек. Демографический взрыв заставит активнее осваивать арктические и пустынные пространства, а также колонизировать шельф (разработка подводных городов)
13) В сельском хозяйстве основу прогресса составят микроорганизмы. В частности, они будут перерабатывать в продукты дрожжи и водоросли. Правда, к тому времени ещё не удастся сломить психологическое сопротивление к таким новациям.
14) Средняя продолжительность жизни в развитых странах достигнет 85 лет. Деторождение будет поставлено под контроль
15) Компьютерные дисциплины станут основой учебного процесса в школах
16) Человечество будет страдать от скуки. Поэтому психиатрия станет самой важной медицинской специальностью.
17) Элита общества будет немногочисленна, и она станет заниматься творческой работой.

Воздушное колесо. Конструкция и аэродинамика инновационного несущего ротора, частный вариант применения.

Цена вертикального взлёта.
Авиация прочно привязана к аэродромам. Свободу базирования летательным аппаратам (ЛА) может дать только вертикальный взлёт, но эта свобода даётся высокой ценой. Для вертикально взлетающих аппаратов, от ракет до вертолётов, наименьших затрат мощности на единицу тяги требует большой несущий винт (НВ). Обладая наибольшей энергетической эффективностью, НВ остаётся распространённым средством вертикального взлёта на текущем этапе развития техники. Но несущие винты далеки от совершенства, страдают врождёнными недостатками.
Низкий КПД - следствие неизбежных потерь: профильных, концевых, комлевых перетеканий, закрутки потока, неравномерности нагрузки вдоль лопасти и пр. Лопасти винтов должны быть исключительно жёсткими на кручение, потому тяжелы, имеют значительную конструктивную толщину и неэффективный профиль и, всё же, концы лопастей подвержены флаттеру и дивергенции. Жёсткие лопасти имеют фиксированную
геометрическую крутку, при изменении шага растут потери, падает КПД.
В горизонтальном полёте НВ имеет низкое аэродинамическое качество (АК),конструктивные и аэродинамические ограничения скорости, потерю устойчивости и опасные режимы в полёте и на земле.
НВ это ограниченный ресурс дорогих тяжёлых лопастей c большими шарнирными моментами и большими нагрузками в системе управления, а,
значит, сложнейшая тяжёлая втулка с вертикальными и горизонтальными шарнирами, демпферами, тягами автомата перекоса, очень дорогая в
производстве и обслуживании. * 

 


*) Втулка несущего винта Ми-26.


Все НВ создают неустранимую вибрацию, следствия - малый ресурс, большой вес конструкции, низкая весовая отдача. Вертолёт имеет жёсткие ограничения скорости, дальности и взлётного веса, при низкой надёжности и высокой стоимости лётного часа.
Низкая надёжность и высокая шумность изгоняют вертолёты на вертодромы, ограничивают полёты над населёнными пунктами, даже в условиях разрастающегося транспортного коллапса мегаполисов.
Другие типы ЛА ВВП ещё шумнее, за свободу платят дороже. Но есть исключения.

Прыжковый взлёт.
Мощные, шумные, прожорливые газотурбинные двигатели, тяжёлые редукторы, сложная трансмиссия, длинная хвостовая балка, опасный рулевой винт, ненадёжность конструкции и сложность управления - чрезмерная плата за вертикальный взлёт.
Автожир взлетает не очень вертикально, но способен к прыжковому взлёту без этого груза. Он технически проще, в разы легче, дешевле и тише вертолёта, обходится менее мощным поршневым двигателем. Спокойно раскручивает НВ на земле, подпрыгивает на 5–8 метров и далее набирает высоту по крутой траектории. Вертолёт не имеет преимуществ над автожиром ни по аэродинамике, ни по энергетике в полёте.
Лёгкий автожир проще в управлении, экономичнее, надёжнее и безопаснее вертолёта, приземляется без пробега и без помощи двигателя, зависает над точкой при встречном ветре. Умение шумно висеть в штиль сложно назвать необходимым качеством.
Американский конструктор автожиров Джей Картер довёл высоту прыжкового взлёта до 50 метров, на лёгком автожире максимально утяжелил двухлопастной ротор, установил на концах лопастей более 30 килограмм урана. Побочные эффекты - большие нагрузки, вес и сложность втулки, большие моменты инерции в системе управления.
Тяжёлые концы лопастей живут своей жизнью, что осложняет управление циклическим шагом. В следующих моделях с увеличенным взлётным весом, для обеспечения устойчивости и управляемости используется крыло большого удлинения с механизацией.

 


Сочетание винта и крыла позволило расширить диапазон безопасных скоростей. Тяжёлый ротор позволяет совершать быстрый вертикальный взлёт и надёжную посадку без двигателя, на малых скоростях автожир не валится в штопор. Крыло эффективно работает в горизонтальном полёте, обладает высоким аэродинамическим качеством, разгружает ротор, позволяет снизить обороты и сопротивление, поднять скорость ЛА.
И всё же, крылья мешают взлёту, а несущий винт тормозит горизонтальный полёт.

Воздушное колесо.
Необходимость вынести крыло из потока несущего винта при взлёте и снизить сопротивление ротора в скоростном полёте привела к соединению винта и крыла в одном устройстве. Цель - сохранить и усилить положительные качества каждого элемента, избавить и винт, и крыло от врождённых недостатков. Гибрид похож на колесо, запатентованный ротор так и назван: воздушное колесо (ВК). ВК имеет одну или две втулки, соединённые упругими на кручение лопастями с внешним замкнутым крылом.
Лопасти, как спицы, натянуты между втулкой и крылом. Концы лопастей получили опору, идеальную соконусность, исчезли низкочастотные колебания и нечётные гармоники. Внешний элемент жёсткости даёт защиту лопастям от внешних помех и всех видов флаттера. Сокращаются концевые потери, характерный шум, хлопки и свист несущего ротора. Втулка разгружается от выламывающих нагрузок, исключены вертикальные и горизонтальные шарниры, а с ними опасные режимы и страшное родовое проклятие всех винтокрылов - вибрация. Упрощается конструкция втулки, снижается масса управляемых элементов, шарнирные моменты и нагрузки в системе управления шагом ротора. Воздушные колёса с двумя втулками получили новые простые автоматы перекоса. Снижено сопротивление ротора, сняты конструктивные ограничения скорости полёта. Имеем тонкое монолитное крыло большого удлинения натянутое центробежными силами, скоростной маховик, стабилизирующий ЛА, ёмкий накопитель энергии с мощным прямым бесшумным приводом непосредственно к лопастям, без редукторов, без трансмиссии, без реактивного момента, без длинной хвостовой балки, без рулевого винта.

 

 

Лопасти ВК получают возможность иметь более тонкие, эффективные асимметричные профили, широкий диапазон изменения шага и революционную изменяемую геометрическую крутку, обеспечивающую максимально возможный КПД на всех режимах работы ротора.
Уменьшаются все потери винта: профильные, концевые, комлевые перетекания, неравномерность нагрузки на диск, закрутка потока. Многократно снижается шум, исчезает вибрация, КПД ротора как винта, вплотную приближается к идеалу, на висении, на авторотации, в режиме ветряка. Несущие винты не работают в пропеллерном режиме со скоростным осевым обтеканием.


Существенно упростить удаётся и крыло. Его избавили от взлётно-посадочных режимов, сложной механизации, управляющих элементов и даже от лонжерона. В скоростном горизонтальном полёте крыло – основной несущий элемент. Лопасти разгружены, работают как управляющие плоскости. Тонкое монолитное крыло натянуто центробежными силами, обладает высокой аэродинамической упругостью, не подвержено
флаттеру. Узкое кольцеобразное крыло может иметь очень большое относительное удлинение, минимальные индуктивные и профильные потери, при этом оптимальную площадь, а значит - высокое аэродинамическое качество на больших скоростях полёта.
Массивный стальной ротор предельно надёжен, технологичен, имеет огромный ресурс, обеспечивает скоростной вертикальный взлёт и надёжную посадку без силовой установки. ЛА становится стабильным и исключительно всепогодным. Это качество сложно переоценить, и для беспилотных, и для пилотируемых аппаратов.

Инерциальный вертикальный взлёт.
Лучше вертикального взлёта может быть только – экономичный, всепогодный, устойчивый, безопасный, быстрый и бесшумный вертикальный подъём. Именно такой взлёт обеспечивает воздушное колесо.
Масса воздушного колеса примерно соответствует массе винта соответствующего диаметра. Втулка и лопасти воздушного колеса не испытывают выламывающих нагрузок, работают на растяжение, максимально облегчены, основная масса сосредоточена в замкнутом крыле. ВК имеет высокий момент инерции, близкий к максимальному, как у кольца, способно накапливать большие объёмы энергии и выдавать её с большой мощностью, многократно превышающей мощность силовой установки, непосредственно лопастям, без редукторов, без трансмиссии, без реактивного момента, без длинной хвостовой балки, без рулевого винта, без шума.
Воздушное колесо отличается от винта отсутствием вибрации и шума. Внешнее замкнутое крыло предотвращает провисание лопастей на стоянке и свист концов при вращении. До момента взлёта тонкие лопасти установлены на нулевой шаг и принимают нулевую крутку, создают минимальные потери и шум.
Предварительная раскрутка воздушного колеса происходит на земле, возможна как автономная раскрутка от силовой установки ЛА, так и от внешнего источника энергии или наземного (палубного) пускового устройства. Такой способ старта экономичен и наиболее бесшумен, что позволит использовать его в населённых пунктах.
При автономном старте двигатель силовой установки мощностью 100кВт раскручивает несущий ротор массой 100кг примерно за минуту. Реактивный момент принимают шасси или опорные лыжи ЛА. Стартовая раскрутка может производиться до больших линейных скоростей u0=300м/с, при полётных u1=100м/с. Тонкие лопасти с правильной круткой имеют высокий КПД η не менее 0.75. При относительной массе
маховика m/M около 10% взлётной массы ЛА, запасённой энергии хватает для быстрого вертикального подъёма на большую высоту, без участия двигателя и без шума:
H = η (u02 – u12) m / 2 M g = 0.75 (3002 – 1002) / 200 = 300 метров.
При неоптимальном темпе взлёта падает КПД, растут индуктивные потери, реальная высота инерциального взлёта оказывается ниже максимальной, но и 100м достаточно для вертикального подъёма в условиях высотной городской застройки.
ВК открывает небо для ЛА ВВП с электрической силовой установкой – электрогиролётам.

Замкнутое крыло.
Воздушное колесо содержит обод - внешнее замкнутое крыло произвольной осесимметричной формы и конусности. Кольцеобразное крыло имеет минимальное сопротивление формы при вращении, выполняет несколько функции:
· конструктивный элемент жёсткости ротора,
· крыло, создающее подъёмную силу,
· гироскоп, стабилизирующий ЛА,
· маховик, запасающий энергию,
· ротор электромагнитного привода/генератора.
Внешний обод делает ротор прочным, идеально сбалансированным, исчезают вибрация и прочностные ограничения максимальной скорости полёта. Значительно облегчается и упрощается втулка ротора, отпадает необходимость в сложном шарнирном креплении лопастей.
В скоростном горизонтальном полёте крыло – основной несущий элемент.
Моделирование на компьютере наглядно показывает качественные моменты. Замкнутое плоское профилированное кольцо - эффективное крыло. Тонкое кольцо аналогично тандемному крылу с большим удлинением и большим продольным разносом. Есть участки, где проявляется положительная интерференция, но, как и у тандема при разносе дальше 10 хорд, влияние переднего крыла пропадает. Передний и задний сегменты кольца имеют соответственно прямую и обратную переменную стреловидность.

 


Расчёт удлинения замкнутого крыла.
Удлинение плоского замкнутого крыла можно рассчитывать по формуле для крыльев сложной формы с переменной хордой:
λ = L / bср = L2 / S , где L – размах, а S – площадь крыла.
Для плоского кольцеобразного крыла с внешним радиусом R и внутренним r,удлинение удобнее рассчитывать через относительную ширину кольца – r/R,
L = D = 2R ,
S = πR2 – πr2 = π R2 (1–(r/R)2) ,
λ = 4 / ( π (1– (r/R)2 )) .
Данная формула справедлива, для «широкого кольца», когда r/R < 0.9.
Тонкое кольцеобразное крыло (при r/R > 0.9) уже нельзя считать одним крылом с удвоенной хордой, оно подобно тандему с продольным разносом более 10 хорд, то есть два отдельных крыла большого удлинения:
λ = 8 / ( π (1– (r/R)2 ))
Например, лёгкое воздушное колесо диаметром 6м, натянутое центробежными силами, может иметь крыло с хордой b=60мм (r/R=0.98), а значит удлинение λ = 64.3 .
Перетяжелённое фиксированное крыло при удлинении λ = 12-16 теряет жёсткость.
Экстремально большое удлинение и рациональная форма замкнутого крыла – условия достижения минимального индуктивного сопротивления: Сxi = Cy2 / π λ .
По распределению нагрузки замкнутое крыло отличается от прямоугольного. Основную подъёмную силу кольцеобразного крыла создают обширные передние и задние сегменты, суммарно занимающие 70…80% площади крыла. Полукруглые боковые части кольца работают как виглеты, минимизируют концевые потери и вихреобразование. В итоге кольцеобразное замкнутое крыло приближено к идеальному – эллиптическому, с высоким значением коэффициента Освальда.


Задний сегмент кольца работает в потоке со скосом от переднего сегмента с меньшим углом атаки, поэтому даже плоское кольцо имеет продольное V.Избавление крыла от решения проблем взлёта и посадки позволяет оптимизировать профиль, площадь и удлинение под основной режим - скоростной горизонтальный полёт в плотной тропосфере с максимальным качеством и максимальной дальностью.
Профиль кольцеобразного крыла имеет особенность в виду того, что он продувается в противоположных направлениях, а потому симметричен относительно плоскости YOZ, имеет острую внешнюю и острую внутреннюю кромки. Простейшее кольцеобразное крыло получается сечением тора. Более качественный профиль крыла формируется зеркальным отображением хвостовой части крыльевого профиля, например из плосковыпуклого профиля (Clark-Y, ЦАГИ-719, ЦАГИ-831…).
Острая передняя кромка хорошо работает на малых углах атаки, коэффициент подъёмно силы Су увеличивается в полтора-два раза. На
больших углах срыв потока парируется уменьшением удельной нагрузки, начинает работать вся площадь ротора, ометаемая лопастями. Срыв потока на острой передней кромке не опасен. Известно, что кольцеобразные и дискообразные крылья не валятся в штопор, безопасны и эффективны на больших углах атаки.
Устойчивость ЛА с воздушным колесом не зависит от скорости, обеспечивается не столько аэродинамическими силами, как силовой гироскопической стабилизацией, что очень важно и на малых, и на высоких скоростях полёта.
Вращающееся монолитное кольцо натянуто центробежными силами, имеет высокую механическую упругость. Положения центра давления профиля узкого кольцеобразного крыла и моменты по углу атаки вдоль короткой хорды не имеют значения. При силовой гироскопической стабилизации гироскопические моменты ротора играют определяющую роль. Скоротечные и знакопеременные моменты надёжно демпфированы большими моментами инерции, что придает ЛА уникальную всепогодность. Долговременные моменты парируются циклическим шагом лопастей
независимо от скорости полёта.
Механизация фиксированного крыла при снижении скорости полёта быстро теряет эффективность, самолёты имеют проблемы с устойчивостью и управляемостью на взлёте и при посадке. Следствия: переразмерность несущих и управляемых плоскостей, потеря качества, жёсткие ограничения регламента лётной эксплуатации (РЛЭ), метеозависимость, аварийность.
Гиростабилизированный летательный аппарат ВВП с несущим ротором ВК – гиролёт, конструктивно близок к автожирам и винтокрылам. Положение плоскости ротора стабильно при скоростном вертикальном взлёте, в скоростном горизонтальном полёте и при безмоторной вертикальной посадке. Воздушное колесо при инерциальном вертикальном взлёте и в полёте на авторотации не порождает реактивного момента. Не нужна длинная хвостовая балка и сложная трансмиссия, нет энергозатрат на привод рулевого винта.
Силовая гиростабилизация по тангажу и крену не влияет на повороты по курсу, в отличие от аэродинамической, не находится в противоречии с управляемостью ЛА.
Например, возможен гиростабилизированный ЛА ВВП двухроторной поперечной схемы.
Силовое изменение поперечного V плоскостей роторов, вследствие гироскопического эффекта, чётко меняет угол тангажа гиролёта.
Противоположное по знаку изменение углов атаки роторов вызывает устойчивый крен ЛА.
Конформные лопасти.
Лопасти воздушного колеса отличаются от лопастей винтов. Они могут иметь более тонкий эффективный профиль, работают на растяжение, натянуты между втулкой и внешним крылом. Лопасти не испытывают выламывающих нагрузок, избавлены от вертикальных и горизонтальных шарниров, могут иметь лишь осевой шарнир в сочленении с втулкой. Соединение с внешним крылом жёсткое или упруговязкое.
Устранена причина вибрации, низкочастотных колебаний и нечётных гармоник. Традиционные винты с фиксированной круткой могут быть оптимизированы для одного режима. При изменении шага ограниченный КПД винта ещё более снижается.
Конформные лопасти ВК упругогибкие, могут менять геометрическую крутку и вогнутость профиля. Равномерная жёсткость на кручение даёт линейную крутку лопасти.
Переменная жёсткость вдоль лопасти и упругое сопряжение с крылом может обеспечить идеальную гиперболическую крутку на любом шаге ротора в широком рабочем диапазоне. Это уникальное качество воздушного колеса – важнейшее слагаемое высокого КПД ротора в широком диапазоне углов установки лопастей на разных режимах: вертолётном, ветротурбины и на авторотации.
В скоростном горизонтальном полёте лопасти разгружены, не участвуют в создании подъёмной силы, исключён дисбаланс по крену, срыв потока на отступающих и волновой кризис на наступающих лопастях. Радикально снижен шум, исчезают причины вибрации. Высокая механическая прочность ротора натянутого мощными центробежными силами снимает конструктивные ограничения максимальной скорости полёта.
Разработаны и запатентованы новые типы автоматов управления общим и циклическим шагом воздушного колеса.

Поляра воздушного колеса.
По максимальному аэродинамическому качеству (АК) фиксированное крыло многократно превышает несущий винт. Сочетание несущего винта и внешнего замкнутого крыла в виде колеса позволяет значительно поднять АК ротора на авторотации, на малых углах атаки, существенно расширить диапазон доступных скоростей полёта.
Замкнутое крыло и винт удачно сочетаются конструктивно и по аэродинамике. Поляра винта и крыла показывают быстрый рост и близость углов максимального качества в диапазоне от 5º до 15º. В первом приближении, коэффициент подъёмной силы ВК как системы лежит между значениями коэффициентов Су составляющих элементов, поляра воздушного колеса находится между полярами элементов.

 


В скоростном полёте на малых углах атаки основным несущим элементом является крыло, на малых скоростях при больших углах атаки, основную нагрузку несут лопасти, ометающие большую площадь. В итоге, поляра ВК не имеет резкого срыва и близка к максимальной из ординат элементов. Коэффициент подъёмной силы Су имеет крутой подъём, быстро растёт до значения Су=1.1 с увеличением угла атаки до 14º-16º, поляра имеет плавный локальный прогиб при 20º и опять возвращается к максимум при 40º, высокое значение сохраняется на больших углах до 60º и лишь затем плавно снижается до 0. ВК имеет малое сопротивление Сх<0.05 на малых углах атаки α<10º и высокое Сх=1.8,при вертикальном парашютировании α=90º на авторотации.
Максимальное АК традиционного винта не велико, не более 10. АК крыла зависит от профиля и, очень сильно, от формы и удлинения. Для крыла с большим удлинением максимальное АК доходит до 50 и выше. Если бы система состояла из отдельно расположенных крыла и традиционного винта, без взаимного влияния, одинаково нагруженых, то максимальное АК системы находилось бы в районе 15-20 единиц.
Надо учитывать, что ВК принципиально отличается от винта и крыла:
1. ВК имеет тонкие лопасти с минимальным профильным сопротивлением.
2. Лопасти ВК имеют идеальную геометрическую крутку на всех режимах.
3. ВК с одной втулкой – плоское, а с двумя – имеет минимальную конусность. Крыло и лопасти лежат в одной плоскости, в горизонтальном полёте на малых углах атаки, испытывают значительную положительную интерференцию, выражающуюся в снижении лобового сопротивления лопастей, втулки и части крыла, находящихся в спутном следе.
4. Допустимо снижение скорости вращения воздушого колеса до значений, при которых лопасти винта складываются.
5. Замкнутое крыло натянуто центробежными силами, может иметь тонкий обоюдоострый профиль, короткую хорду и экстремально большое
относительное удлинение (λ > 60), недоступное фиксированным крыльям.
6. В режиме максимального качества основную нагрузку несёт замкнутое крыло большого удлинения с минимальным индуктивным сопротивлением, оно и определяет максимальное аэродинамическое качество ВК как системы.
Таким образом, у ротора ВК при малых углах атаки 5º-10º возможно высокое аэродинамическое качество К = 20…24 при высоком коэффициенте подъёмной силы Су=0.6…0.9 и малое профильное сопротивление ротора Сх0 на высоких скоростях.
Для свободнолетающего ЛА, удвоение качества даёт удвоение дальности полёта и значительное увеличение максимальной скорости. Для привязного ЛА высокое АК несущего ротора необходимо для увеличения угла возвышения и высоты полёта, позволяет дотянуться до стабильного сильного ветра.
Воздушное колесо имеет колоссальный потенциал применения в воздухе, как традиционное колесо на земле. Прежде всего, это авиация: беспилотная и пилотируемая, сверхзвуковые ЛА ВВП, тяжёлые многороторные винтокрылы, а также безкупольные системы десантирования, роторные системы управляемой посадки КА, привязные телекоммуникационные платформы, высотные ветроэнергетические установки и др.

Привязные автожиры.
Привязные автожиры способны к непрерывному полёту на буксире, они не боятся ветра, аэродинамически устойчивы, не нуждаются в сложной системе управления. Привязные автожиры впервые широко использовались во Второй Мировой войне.

 

Свежий пример: беспилотный буксируемый автожир «Валькирия» для флота США в 2014 году начала испытывать L3 Commuunications.

Ведутся работы по привязным высотным ветроэнергетическим установкам с НВ.


Привязные автожиры сложно поднять в воздух, они обладают невысоким АК, способны летать лишь при сильном ветре, с большим сносом, с малым углом возвышения.

Гиропланер.
Гиропланер – привязной гиростабилизированный ЛА ВВП с несущим ротором воздушное колесо. Привязные аэростатические и мультикоптерные платформы используют тяжёлый кабель и энергию от наземной базы, «ложаться» от сильного ветра.
Гиропланер не борется с ветром, а использует его энергию для полёта. Он аэродинамически устойчив, не нуждается в сложных системах управления и стабилизации. Силовая гироскопическая стабилизация обеспечивает всепогодность. Ротор ВК имеет простую автомеханику изменения шага и позволяет работать в трёх режимах: в вертолётном, на авторотации и в режиме ветротурбины.
Привязной гиропланер использует скоростной инерциальный вертикальный взлёт. Воздушное колесо при весе 20% от взлётного веса, способно поднять аппарат на высоту 500 – 600 метров, где ветер стабильный и сильный, отсутствует турбулентность, не бывает полного штиля. Легкому аппарату с малой удельной нагрузкой на площадь ротора для висения достаточно легкого ветра в 3 - 5 м/с. На малых высотах при безветрии гиропланер может переходить в вертолетный режим, используя аккумуляторы.
Высокое АК воздушного колеса на авторотации позволяет не только совершать устойчивый полёт на привязи с большим углом возвышения, но и получать необходимую энергию из потока.

 

Гиропланер может быть реализован по схеме с одним несущим ротором. При инерциальном взлёте и на авторотации не возникает реактивного момента. В вертолётном режиме и при съёме энергии с несущего ротора, небольшой постоянный реактивный момент помогает парировать пассивное хвостовое оперение или малый рулевой ротор ВК, одновременно являющийся вторым гироскопическим стабилизатором. Два ротора обеспечивают легкой платформе с несколькими фиксированными камерами высокого разрешения надёжную силовую гироскопическую стабилизацию по трём осям.

Воздушный комплекс наблюдения на базе привязной высотной гиростабилизированной платформы способен обеспечить непрерывный мониторинг обширных районов в высоком разрешении в реальном времени. Имеет большой потенциал широкого применения в МВД, МЧС, погранслужбе, в армии и на флоте, для охраны, разведки, целеуказания и связи.
Гиропланер лёгок, прост и исключительно надёжен. Масштабируется в широком диапазоне взлётного веса, от лёгких миниатюрных камер воздушного наблюдения, до тяжёлых многороторных высотных телекоммуникационных платформ.

 

 

Миниатюрный персональный гиропланер выдаёт по закрытом каналу стабильное и качественное HD-изображение, автоматически следует за хозяином при любом ветре. Гиропланер не имеет ограничения по времени дежурства, не требует аэродромного базирования, не зависит от спутниковых систем навигации, не подвержен сбоям связи и ошибкам оператора, не требует специального персонала для пилотирования и обслуживания. По команде вертикально поднимается из пускового контейнера, автоматически следует за транспортным средством (автомобилем, судном, и т.п.),всегда безопасно гарантированно возвращается. Минимальная стоимость эксплуатации обусловлена отсутствием обслуживающего персонала и расходных материалов.
Стоимость лётного месяца гиропланера меньше стоимости лётного часа БПЛА с тем же весом полезной нагрузки. На больших высотах гиропланер энергетически автономен. Как высотная ветроэнергетическая установка, он полностью обеспечивает потребности бортовой аппаратуры чистой энергией. Высотный тропосферный ветер, мощный, неисчерпаемый и надёжный источник с высокой плотностью энергии, независимо от времени суток и времени года. Надёжное автономное энергообеспечение позволяет иметь на борту мощные передатчики, вести активную радиолокацию.
Гиростабилизированная платформа на порядок снижает стоимость и вес полезной нагрузки. Вес, цена и энергопотребление гиростабилизированного подвеса видеокамеры превышает вес, цену и энергопотребление самой камеры, иногда на порядок. Появляется возможность установки нескольких фиксированных камер высокого разрешения с полным охватом всей нижней полусферы. Надёжная гиростабилизация всего аппарата позволяет получать качественное изображение при слабом освещении.
Платформа всепогодна, не имеет ограничений по силе ветра, способна стартовать в штиль, работоспособна в шторм. Несущие винты малочувствительны к атмосферной турбулентности, винт с маховиком-гироскопом ещё стабильнее. Легкий тонкий прочный диэлектрический кабель-трос не подвержен атмосферным разрядам, позволяет поднимать платформу до тропопаузы, на высоту 10-12 км.
Оптоволоконный кабель – помехозащищённый, широкий, надёжный, закрытый канал связи. Пропускная способность канала связи позволяет непрерывно контролировать всю нижнюю полусферу на предельно высоком разрешении, в оптическом, инфракрасном и тепловизионном диапазонах одновременно. Система наблюдения на оптоволоконном подвесе малозаметна, компактна, бесшумна, скрытна в режиме наблюдения, не излучает радиосигналы, не имеет теплового излучения, неуязвима для средств поражения и РЭБ.
Только на основе фиксированного изображения от камер с неподвижной высотной платформы с высоким разрешением и полным охватом контролируемой зоны возможно автоматически выделять мелкие подвижные объекты. Высотные неподвижные платформы поставляют непрерывную, полную и компактную информацию, а не фрагментарные, объёмные и некачественные данные. Радикально сокращается трафик, объём данных, время обработки и доведения информации, из процессов исключён человеческий фактор.
Привязные ЛА не входят в конфликт между собой, не требуют организационных согласований маршрутов полета и частотных планов, как свободнолетающие ЛА, подчинённые строгим Федеральным правилам использования воздушного пространства.
Высотный привязная платформа на лёгком и прочном диэлектрическом подвесе - это простой надёжный «геостационарный тропосферный спутник» на высотах до 12 км.
Удобная универсальная высотная гиростабилизированная платформа с мощной чистой ветроэнергетикой для аппаратуры: прямого ТВ вещания, мобильной связи, WiMAX,базовых станций мобильного широкополосного доступа, систем дифференциальной коррекции, дополнения глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS Augmentation, DGPS), систем непрерывного дистанционного зондирования земли в
высоком разрешении, экологической и пожарной охраны лесов, контроля воздушного пространства, обширных территорий, акваторий, трубопроводов, ЛЭП, протяжённых госграниц. Новые чистые возможности для телекоммуникаций HAPs.
Высотная универсальная гиростабилизированная платформа «Квадроглайдер», со сменным контейнером ПН для наблюдения, навигации и связи.
С высоты до 12 км контролирует зону радиусом до 350 км.
* * *
Получен патент РФ №2538737 от 21.11.2014 (оп.10.01.2015) на группу изобретений «Ротор ”воздушное колесо”. Гиростабилизированный летательный аппарат и ветроэнергетическая установка, использующие ротор ”воздушное колесо”, наземное/палубное устройство их запуска». Заявка PCT/RU2014/00636 от 26.08.2014.
Автор и владелец патента Кузиков СергейЮрьевич, инженер-математик, airwheel@gmail.com, kspb@rambler.ru, мт.+7 985 748 4517, мт.+7 911 227 1215

Высотные телекоммуникационные платформы. Краткий обзор технологий и концепция
энергетически автономной привязной высотной платформы для систем мобильного широкополосного доступа.

Проблема «цифрового разрыва».
Свободный мобильный доступ к Сети из любой точки мира на высокой скорости пока остаётся мечтой. Ни одна из существующих технологий не способна самостоятельнорешить задачу полного покрытия территории России мобильным широкополосным доступом (МШПД). Спутники связи способны покрывать большие территории фиксированным телевещанием, но по физическим ограничениям не могут удовлетворить стремительно растущие запросы по объёму и скорости передачи данных. Нет экономически конкурентных спутниковых технологий мобильногоШПД.
Все города России имеют полное покрытие сетями GSM, 3G, а многие и 4G, там есть развитая инфраструктура для установки базовых станций на зданиях, есть возможность подключения к городским электросетям и проводным линиям связи. В центре Москвы плотность базовых станций доходит до 546 на квадратный километр!
Процесс повышения плотности покрытия продолжается, в местах с высокой плотностью абонентов уже актуальны системы маломощных базовых станций и фемтосот. Покрытие поселений малоэтажной застройки сетями мобильной связи происходит со стационарных наземных телекоммуникационных вышек. С падением плотности абонентов растут размеры сот, растёт мощность передатчиков, увеличивается необходимая высота вышек связи, растут расстояния и стоимость прокладки кабельных линий связи и электроснабжения. Себестоимость связи растёт, платёжеспособный спрос снижается. Системы сотовой связи с телекоммуникационных вышек имеют пределы роста и рентабельности в зависимости от плотности населения и состояния инфраструктуры.
Две трети территории России имеют плотность населения мене 3 чел/км2, вдали от линий связи и надёжного электроснабжения. 6725 населённых пунктов не могут быть подключены к Сети. Более того, в России есть населённые пункты, в которых отсутствует даже голосовая сотовая связь — это 1343 малых посёлков и деревень. Жители Дальнего Востока платят за доступ в Интернет примерно в 14 раз больше, чем москвичи.
Всё население России по федеральной программе должно получить возможность доступа к единой информационной сети. Стоимость решения этой важнейшей и сложной задачи оценена в 67,5 миллиардов рублей. Федеральный закон «О связи» 2003г. Ставил целью обеспечение стационарной телефонной связью, а в последней редакции 2014г. предусматривает прокладку волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) до «центров коллективного доступа» в часовой доступности для населенных пунктов с численностью от 250 до 500 жителей. Программа значительно приблизит интернет к населению, но проблема последней мили решается пешим ходом. Нет уверенности, что так будет устранён «цифровой разрыв» и обостряющееся «цифровое неравенство» регионов.
Без доступной надёжной связи бОльшая часть территории России технологически исключена из полноценной хозяйственной деятельности, внутри страны существует и всё более обостряется проблема цифрового неравенства регионов. В современной экономике, опирающейся на информационные технологии, данная проблема неизбежно влечёт тяжёлые социальные, макроэкономические, а затем и политические последствия.
Для покрытия всей территории России системами мобильной широкополосной связи, освоения обширных территорий Арктики, Сибири и Дальнего Востока, необходимо экономически эффективно решить две технически сложные проблемы:
· Высоко поднять базовые станции мобильной связи;
· Обеспечить надёжное энергоснабжение телекоммуникационной аппаратуры.
Проблему полного покрытия России, построения национального единого информационного пространства можно эффективно решить только с помощью энергетически автономных высотных телекоммуникационных платформ (HAPs).
Высотные платформы можно классифицировать по принципу полёта на аэростатические, аэродинамические и баллистические (инерциальные). К последним относятся космические аппараты (КА) — искусственные спутники Земли.
Спутниковые системы связи.
КА позволили охватить всю территорию России телевизионным вещанием, но их возможности в организации систем связи ограничены. КА и низкоорбитальные, и геостационарные, дороги в производстве, в выведении и поддержании, при ограниченном времени активной работы, что обуславливает высокую себестоимость спутниковых систем связи (ССС). Развитие космической отрасли возможно только с мощной государственной поддержкой, а основные источники коммерциализации находятся в области вещания. Коммерческие ССС имеют свою нишу, но им сложно конкурировать на рынке мобильной связи с другими технологиями, они не способны самостоятельно полностью покрыть ускоренно растущие объёмы фиксированного и мобильногоШПД.
Ограничения на возможности ССС накладывают объективные физические факторы: скорость пролёта низкоорбитальных КА, большая задержка распространения сигнала до геостационарных КА и очень слабый сигнал связи. Ограниченная энергетика КА обуславливает предел мощности нисходящего сигнала, а значит: большие габариты тарелок стационарных узконаправленных антенн, высокую стоимость конечного оборудования, неизбежную метеозависимость и ограничения скорости передачи данных.
Проблемы ССС остро проявляются в высоких широтах, где нет других систем связи. Существует небольшой, сокращающийся сегмент услуг подвижной спутниковой телефонии (снижение доли с 4% в 2000г., до 2.1% в 2013г.), данная технология широко применяется для телефонной связи на море, но она не предназначена и имеет ограниченные возможности для передачи данных. Устойчивая тенденция смещения спроса от телефонии к ШПД привела к превышению предложения ССС над спросом в Европе и Америке, к снижению темпов роста этого сегмента космической отрасли.
Следствием жёсткой конкуренции с операторами сотовой связи является факт, что все публичные игроки в этом сегменте, кроме Inmarsat, уже прошли стадии банкротства, имеют малую абонентскую базу, низкую доходность или убыточны.
Тем не менее, фиксированная спутниковая связь (стационарная связь через фиксированную спутниковую тарелку) позволяет получить широкополосный доступ к сети на приемлемой скорости (до 8 Мбит/с) по приемлемой цене. Фиксированная спутниковая связь может участвовать в построении сетей мобильного ШПД, но с привлечением и поддержкой других технологий на последней миле и в обратном канале.
Аэростатические и аэродинамические высотные платформы могут быть двух классов: свободнолетающие и привязные.
Свободнолетающие платформы.
Свободнолетающие аппараты должны иметь автономные источники энергии не столько для телекоммуникационной аппаратуры, основную мощность потребляют двигатели на борьбу с мощными высотными ветрами, для удержания над заданным районом. Свободнолетающие летательные аппараты (ЛА), как высотные платформы для телекоммуникационной аппаратуры могут быть пилотируемые и беспилотные.
Запасы топлива и возможности пилота ограничивают время полёта, необходима постоянная ротация. Время полёта всех аэростатических аппаратов лимитировано утечкой легкотекучего несущего газа, 1кг гелия стоит дороже $1000, типичная продолжительность полёта между дозаправками составляет от одного дня до одного месяца.
Солнечная энергия — доступный источник для длительного полёта и аппаратуры, но возникает проблема накопления и хранения энергии для полёта и связи ночью.
Мощные аккумуляторы способны поднять только тяжёлые беспилотные летательные аппараты с большим размахом крыла или гигантские дирижабли.
Типы и примеры свободнолетающих высотных телекоммуникационных платформ:
a) пилотируемые высотные самолёты;
b) беспилотные самолёты на жидком водороде;
c) БЛА на солнечных батареях;
d) беспилотные дирижабли на солнечных батареях.
Стоимость подъёма атмосферного летательного аппарата ниже стоимости выведения спутника, возможен спуск, обслуживание и ремонт дорогой телекоммуникационной аппаратуры.
Локальная связь значительно дешевле, но количество необходимое для покрытия зоны связи одного КА, многократно растёт, в итоге стоимость системы связи обширных территорий на таких платформах близка или дороже космической. Helios. [www.solaraircraft.com]
Актуальны направления радикального снижения стоимости высотной платформы. Компания Google объявила о начале реализации проекта «Loon», готова раздавать интернет с лёгких ретрансляторов массой 10кг на свободнолетающих баллонах.
Солнечная панель рассчитана на 100Вт днём, работу аппаратуры ночью должен обеспечивать аккумулятор. В данной технологии невозможна локализация по месту, для обеспечения связи решено покрыть всё небо планеты неуправляемыми шарами, необходимо примерно 400 000 шт. Если среднее время свободного полета для каждого баллона удастся довести до 100 дней, то чтобы поддерживать необходимую численность, придётся ежедневно запускать по 4000 ретрансляторов, по 1 каждые 20 секунд!
Есть проблемы с коммерциализацией проекта, при больших текущих затратах по непрерывному производству и запуску ретрансляторов, поддержания наземной инфраструктуры, без гарантии на надёжность связи по месту и времени.
Привязные платформы.
Привязные платформы способны к длительному полёту, могут обеспечить надёжную локальную связь. Они проще и дешевле свободнолетающих аппаратов, не несут источник энергии и аккумуляторы, а получают её по кабелю от наземной станции, кабель удерживает платформу на месте. Отказ от подъёма источника энергии и аккумуляторов сокращает вес, габариты и стоимость высотной платформы.
Аэростатические привязные платформы.
Аэростатическим привязным платформам доступны большие высоты подъёма. Высота ограничена весом кабеля, составляет до 4000м для крупных привязных аэростатов. Наземная станция передаёт по кабелю большую мощность до 40КВт, представляет сложное стационарное инженерное сооружение с причальной мачтой, мощной лебёдкой для периодического спуска/подъёма, газгольдерной станцией дозаправки гелием.
Для обслуживания комплекса необходим многочисленный обслуживающий персонал. Непрерывная связь на аэростатических платформах невозможна по ряду причинам. Максимальная длительность полёта до 30 суток ограничена временем утечки гелия. Ограничения на непрерывность накладывают сильный высотный ветер и опасность атмосферного разряда. Молния способна повредить токопроводящий кабель и наземную станцию.
Аэродинамические привязные платформы.
Аэродинамические привязные платформы — привязные летательные аппараты тяжелее воздуха, удерживаются в полёте аэродинамической подъёмной силой ветра или тягой создаваемой винтами. Соответственно есть два вида: безмоторные и моторные платформы. Первые по порядку и исторически, самые древние летательные аппараты, поднятые человеком и первые аппараты, поднявшие человека в небо – воздушные змеи. Мировой рекорд высоты подъёма воздушного змея составляет 4880 метров [*].
Чтобы подниматься выше с полезной нагрузкой необходимо поднимать аэродинамическое качество (АК) - отношение аэродинамической подъёмной силы к сопротивлению. Мягкое крыло змея, как и несущий ротор автожира, имеют невысокое АК до 6…10 единиц, что ограничивает высоту подъёма, угол возвышения на привязи и вес полезной нагрузки. Предельно высоким АК, до 60 единиц, может обладать только жёсткое крыло большого удлинения.
Специалистами Центральной научно-исследовательской лаборатории "АСТРА МАИ" был представлен проект «АИСТ» (аэродинамическая интегральная система телекоммуникаций). Привязная аэродинамическая платформа массой 800кг – воздушный змеей, планер-биплан с жёстким композитным крылом большого удлинения с размахом 28м, для подъёма 250кг телекоммуникационной аппаратуры и 280кг троса на высоту 4…10 км. Проблемы стабилизации и устойчивости возложены на систему управления.
[Источник: http://www.nkj.ru/archive/articles/3223/ АИСТ в ветровом потоке.]
Теоретически, данный привязной планер мог бы висеть на расчётной высоте в скоростном высотном ветровом потоке с большим углом возвышения, но высокое аэродинамическое качество (К=30) портит осевая турбина ветрогенератора и толстый тяжёлый леер, создающие большое сопротивление. Генератор необходим для питания аппаратуры, но он выдаёт, как правило, недостаточную или избыточную мощность, изменения скорости потока всего в два раза, вызывают восьмикратные скачки и падения мощности. Большие  ывки тяги змея приводят к кратному избыточному увеличению веса, толщины и парусности леера. Заявленная нагрузка на площадь крыла 5…10 кг/м2 ограничивает минимальный ветер для полёта в 10…12 м/с. «АИСТ» имеет жёсткие конструктивные ограничения и по максимальной силе ветра. В высотных струйных течениях зафиксирована скорость потока 398 км/ч. [en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream]
Ахиллесова пята, добившая проект - проблема запуска. Для подъёма на расчётную высоту с достаточным ветром, требуется длительный разгон автомобилем, по прямой против ветра, без помех воздушных линий электропередач. Время подъёма 1.5 часа!
Недостатки змеев: большие габариты, проблемы с запуском, устойчивостью в турбулентном потоке и при посадке, привели к появлению нового типа ЛА – буксируемых пилотируемых автожиров – ротопланеров. Немецкий складной лёгкий привязной автожир Fa.330 "Bachstelze" на 300-метровом тросе поднимал пилота-наблюдателя на высоту 220м, обеспечивал безопасное возвращение. Аппарат демонстрировал высокую весовую отдачу, при массе 75кг имел 175кг влётного веса.
Самый свежий пример беспилотного буксируемого автожира -«Valkyrie» (взлётный вес до 95кг) для флота США в 2014 году начала испытывать L3 Commuunications. Современный вид моторных привязных аэродинамических платформ сейчас массово представлен в варианте привязных электрических мультикоптеров. Главное отличие от змеев и автожиров - они взлетают и висят без ветра в штиль, но требуют наземной энергетики. В отличие от аэростатических платформ привязные мультикоптеры значительно компактнее, быстрее в развёртывании, не требуют трудоёмкой дозаправки дорогим гелием, не имеют данного ограничения по времени полёта. Наземная инфраструктура компактнее, меньше численность обслуживающего персонала.
Для аэродинамического полёта с полезной нагрузкой как у аэростата мультикоптеру требуется многократно бОльшая мощность и, соответственно, более тяжёлый кабель, который ограничивает высоту подъёма, 50…100 метров для малых мультикоптеров и 200…300 метров для более тяжёлых моделей электровертолётов.
Усиление ветра приводит к увеличению потребной мощности для полёта и стабилизации.
Итак, космические и аэростатические технологии чрезвычайно дороги, экономически неконкурентны для массового масштабирования и коммерческого применения. Остаются только привязные аэродинамические высотные платформы и дилемма, что предпочесть, воздушные змеи и привязные автожиры, которые любят ветер и высоту, но трудно взлетают, или привязные мультикоптеры и электровертолёты, которые поднимаются от энергии наземной базы, но невысоко и с растущими энергозатратами на борьбу с ветром.
Ни одна из известных технологий аэродинамических высотных платформ не удовлетворяет требованиям, нужна новая, объединяющая их достоинства.
· Для взлёта и полёта в слабом ветровом потоке необходим вертолётный режим.
· С мощным высотным ветром бесполезно бороться, его надо использовать.
Для полёта на привязи на большой высоте с большим углом возвышения, несущему ротору нужно высокое аэродинамическое качество на авторотации.
· Режим ветротурбины позволяет отказаться от энергетики дорогой наземной станции и тяжёлого кабеля-троса. Только так получим большую высоту подъёма и минимальную стоимость содержания энергетически автономной платформы для системы связи.
Несущие жёсткие винты фиксированного шага почти полностью вымерли в начале ХХ века, сейчас сохранили узкую нишу применение лишь для малых мультикоптеров.
Традиционный несущий винт – плод длительной эволюции, дорогая и сложная шарнирная конструкция, работающая на пределе прочности материалов, требующая сложного квалифицированного обслуживания, имеющая ограниченный ресурс и КПД. Несущие винты изменяемого шага эффективно работают лишь в одном режиме. Вертолётные лопасти исключительно жёсткие на кручение, имеют фиксированную крутку для одного режима, не самый эффективный толстый профиль, создают характерный шум и значительные потери. Потери растут при изменении шага, связанны с неравномерностью нагрузки, закруткой потока, индуктивными концевыми потерями, комлевыми перетеканиями и пр. Косое обтекание несущего ротора допускает только сложное шарнирное крепление лопастей к массивной втулке, порождающее вибрацию и
ограниченный ресурс ротора. Большие инертные массы вызывают большие нагрузки в системе управления общего и циклического шага.
Возможна новая технология телекоммуникационных высотных аэродинамических привязных платформ, обладающая уникальными качествами. В основе технологи лежит инновационный несущий ротор «Воздушное колесо» (патент RU2538737).

Воздушное колесо.
Воздушное колесо (ВК) – несущий ротор летательных аппаратов вертикального взлёта и вертикальной посадки, похож на несущий винт с замкнутым внешним крылом. Внешняя схожесть винта и ВК скрывает конструктивные и принципиальные отличия. Принципиальное отличие и уникальное качество ротора ВК — работа с предельно высоким КПД в 3 разных режимах: в вертолётном, на авторотации и в режиме ветротурбины. ВК имеет более высокий КПД при висении в вертолётном режиме, в два раза более высокое аэродинамическое качество на авторотации и высокий коэффициент
использования энергии потока в режиме ветротурбины. ВК не создаёт вибрацию и шум, технологически проще винта, имеет больший ресурс, не требует обслуживания.
ВК может иметь одну, две и более втулок. Втулки максимально облегчены и упрощены, избавлены от выламывающих циклических нагрузок и шарниров. Ротор с двумя втулками аналогичен велосипедному колесу, приобретает жёсткость относительно оси вращения, а летательный аппарат становится гиростабилизированным. Для Воздушного колеса с двумя втулками доступны новые варианты автомеханики управления шагом ротора. Снижение нагрузок снижает вес и стоимость ротора.
Лопасти ВК принципиально отличаются от толстых и жёстких вертолётных, они конформные, упругогибкие на кручение, натянуты между ободом и втулкой, имеют эффективный профиль. Переменная вдоль лопасти упругость на кручение обеспечивает идеальную гиперболическую крутку лопасти и равномерность нагрузки на диск ротора, при любом шаге, в широком рабочем диапазоне. Радикально снижается шум и все аэродинамические потери. Минимальные массы и нагрузки в креплении лопасти с втулкой и в системе управления снижают потери, продлевают ресурс. ВК жёсткое в плане,
всегда сбалансировано, устраняет вибрацию – родовое проклятие всех винтокрылых ЛА.
ВК имеет внешнее замкнутое крыло - кольцеобразное или произвольной осесимметричной формы, которое выполняет несколько функции:
1. Тонкое монолитное крыло большого удлинения, натянутое центробежными силами. Крыло, основной несущий элемент в скоростном ветровом потоке с минимальным индуктивным сопротивлением и высоким аэродинамическим качеством, повышающее АК несущего ротора до 20-24 единиц.
2. Кольцеобразный маховик с максимальным моментом инерции, запасающий большой объём энергии при раскрутке на земле до высоких скоростей маломощным двигателем и выдающий её с высокой мощностью на взлёте непосредственно лопастям без редуктора, без потерь и без реактивного момента.
3. Силовой гироскоп, прочно стабилизирующий летательный аппарат по тангажу и крену в турбулентном ветровом потоке, без потерь качества и издержек сложных аэродинамических систем стабилизации. Силовая гироскопическая стабилизация платформы делает её всепогодной, упрощает работу и облегчает подвес полезной нагрузки: направленных антенн телекоммуникационной аппаратуры, камер наблюдения и пр.
4. Внешнее кольцо – может быть ротором прямого электрического привода и/или генератора съёма энергии потока, без потерь в тяжёлых механических редукторах.
5. Замкнутое крыло – конструктивный элемент механической жёсткости ротора:
· снимающий ограничения на допустимую силу ветрового напора;
· дающий тонким гибким лопастям натяжение и внешнюю опору;
· обеспечивающий идеальную соконусность лопастям ротора;
· позволяющий увеличить диаметр ротора при минимальном весе, а значит, снижающий удельную нагрузку на площадь и потребную мощность висения;
· разгружающий, облегчающий и упрощающий втулку ротора;
· избавляющий лопасти от вертикальных и горизонтальных шарниров;
· убирающий нечётные гармоники колебаний лопастей;
· устраняющий дисбаланс и вибрацию.
Гиропланер.
На роторах Воздушное колесо возможен эффективный привязной аэродинамический гиростабилизированный летательный аппарат вертикального взлёта и вертикальной посадки — гиропланер. Данный тип привязных летательных аппаратов не нуждается в силовой установке, вертикальный взлёт и подъёмную силу создает разогнанный несущий ротор ВК, поддерживающий вращение ветровым потоком.
Гиропланер наиболее близок к привязным автожирам. Но несущий ротор автожира – винт фиксированного шага и фиксированной крутки, работает в одном режиме – авторотация. Это сложный динамический процесс с нулевым балансом энергии, съём энергии с ротора невозможен. У буксируемого автожира питание аппаратуры производят по относительно толстому и тяжёлому токопроводящему кабелю. Что ограничивает высоту и угол подъёма, вес полезной нагрузки, минимальную скорость буксировки и допустимую силы ветра.
Воздушное колесо — ротор изменяемого шага с мощным накопителем энергии, работает в разных режимах и решает все проблемы привязных автожиров: с запуском и устойчивостью в полёте, высотой подъёма, энергоснабжением полезной нагрузки и пр.
Гиропланер — универсальная высотная платформа, привязной аэродинамический гиростабилизированный летательный аппарат вертикального взлёта и вертикальной посадки. Высокая прочность Воздушного колеса выдерживает мощный высотный ветер, позволяет увеличить диаметр несущего ротора при минимальной массе. Гиропланер может иметь минимальную нагрузку на площадь, менее 1 кг/м2, а потому для полёта на
привязи без подвода энергии требуется минимальный ветровой напор, менее 4 м/с .
Гиропланер конструктивно может быть реализован по однороторной или многороторной схеме.
Однороторный гиропланер имеет минимальный вес конструкции, но ротор кроме управления общим шагом усложнён автоматом управления циклическим шагом лопастей.
При полёте на авторотации и при инерциальном приводе на взлёте и посадке не возникает реактивного момента. Минимальный реактивный момент при съёме энергии с ротора, гасит пассивное хвостовое оперение или малый хвостовой ротор ВК на горизонтальном валу, добавляющий силовую гиростабилизацию по третей оси, по курсу.
Универсальный тяжёлый многороторный гиропланер «Квадроглайдер» со сменным контейнером полезной нагрузки. С высоты 10…12 км постоянно контролирует зону радиусом до 350км.
Многороторный гиропланер имеет жёсткую пространственную раму и несколько простых роторов с управлением только общим шагом. Например, вариант «Квадрогайдер» с четырьмя роторами Воздушное колесо и подвесным контейнером полезной нагрузки.
Реактивные моменты роторов противоположного вращения в режиме ветротурбины взаимно компенсируются. Если однороторный вариант внешне похож на вертолёт и на автожир, то «Квадроглайдер» похож на крупный квадрокоптер. Различия - конструктивные в несущем роторе и принципиальные в способе взлёта, полёта и посадки.
· Гиропланер вертикально взлетает на большую высоту гарантированно, быстро, в бурю и в штиль, без буксировки и без перекачки энергии по кабелю. Воздушное колесо раскручивается на земле до предельных оборотов от наземного источника энергии. Запасённой энергии хватает на всепогодный, скоростной, малошумный вертикальный подъём на высоту порядка 1000м.
· В высотном ветровом потоке воздушное колесо переходит на режим авторотации с высоким аэродинамическим качеством К = 20…25. Тонкий лёгкий леер удерживает гиропланер над базой с большим углом возвышения. Предельно лёгкий трос и избыток подъёмной силы в ветровом потоке позволяет набирать высоту до 12км.
· Воздушное колесо не имеет жёстких пределов увеличения диаметра. При малой нагрузке на площадь ротора для полёта достаточно лёгкого ветра. При кратковременном снижении скоростного напора ВК переходит в вертолётный режим, используя запасы кинетической энергии маховика. При маловероятном длительном ослаблении ветра гиропланер опускается до высоты с достаточным напором или сохраняет заданную высоту, двигаясь галсами поперёк ветра, раскачиваясь с большой амплитудой, поднимая относительную скорость в потоке.
· Высотный гиропланер — «зелёная» энергетически автономная платформа. Воздушное колесо имеет высокий коэффициент использования энергии ветра. Стабильный высотный тропосферный ветер - надёжный неисчерпаемый источник экологически чистой энергии высокой плотности (3…10 КВт/м2), независимо от времени суток и времени года, для работы мощной телекоммуникационной аппаратуры и любой полезной нагрузки.
· Платформа всепогодна на всех режимах: при запуске, посадке и в полёте, силовая гироскопическая стабилизация надёжно фиксирует аппарат по тангажу и крену. С увеличением высоты растёт и сила ветра, выше 300м исчезает турбулентность, вызванная влиянием поверхности. Высокая прочность воздушного колеса и малый угол атаки снимают верхние ограничения по силе ветра.
· Гиропланер стабилен и аэродинамически устойчив без системы управления, но управляем. Продольное и поперечное смещение в пространстве, как и фиксация точки висения, производится без наклонов, смещением аэродинамического фокуса при изменении циклического шага воздушного колеса в однороторной схеме или при изменении общего шага отдельных колёс многороторной платформы.
· Высокая стабильность, отсутствие рывков минимизирует необходимый запас прочности леера, его вес, толщину и парусность, что в сочетании с высоким аэродинамическим качеством ВК обеспечивает подъём гиропланера на максимальную высоту с максимальным углом возвышения, минимальным ветровым сносом.
· Наземная база – завинченная в землю свая и лебёдка. Минимальный подвод энергии предусмотрен только для намотки леера при спуске платформы.
· При спуске потенциальная энергия платформы эффективно утилизируется воздушным колесом, запасается в маховике. Всепогодная стабильная мягкая посадка проходит в вертолётном режиме с натяжением леера лебёдкой наземной базы.
Леер - тонкий прочный шнур с высокой удельной прочностью при минимальном весе, толщине и ветровом сопротивлении. Диэлектрический подвес снимает угрозу атмосферного разряда. Леер может содержать оптоволоконный кабель - закрытый, помехозащищённый, ёмкий канал связи.
Гиропланеры допускают последовательное соединение на одном леере пар и вертикальных гирлянд. Например: верхний высотный однороторный модуль удерживает один или более нижних - многороторных. Или на длинный леер крупной высотной платформы крепятся миниатюрные лёгкие гиропланеры с сигнальными огнями, метеодатчиками, камерами наблюдения и пр.
Речные бакены и буи не мешают судоходству, так и высотные гиропланеры с сигнальными огнями и транспондерами в перспективе могут стать необходимым элементом организации интенсивного автоматического воздушного движения.
Система управления с датчиками способна уводить высотную платформу с траектории скоростных летательных аппаратов. Тонкий шнур не представляет опасности для самолётов и наземных объектов, при обрыве платформа гарантированно возвращается, совершает управляемый спуск на подготовленную площадку обслуживания с заданными
координатами.
Гиропланер имеет минимальную стоимость конструкции и минимальную стоимость лётного часа из всех известных вариантов летательных аппаратов и высотных платформ. Себестоимость лётного месяца привязного гиропланера примерно соответствует стоимости лётного часа БПЛА с аналогичным весом полезной нагрузки!
Только гиропланер может годами автономно работать на высоте до 12 км с предельно большим углом возвышения в высотном тропосферном ветровом потоке.
Главное преимущество привязных высотных платформ на базе гиропланеров полная энергетическая автономность. Свобода от энергетики наземной базы, позволяет оперативно разворачивать сети систем мобильной связи с минимальной стоимостью при
отсутствии инфраструктуры, в неосвоенных и энергодефицитных районах, в местах массового скопления людей, при ЧС, техногенных катастрофах, войсковых операциях,…
Инерциальный вертикальный взлёт.
Предварительная раскрутка воздушного колеса происходит на земле от внешнего источника энергии или от наземного пускового устройства. Кольцеобразное крыло может быть ротором обратимого электромагнитного привода без механических редукторов.
Масса воздушного колеса примерно соответствует массе винта соответствующего диаметра. Втулка и лопасти воздушного колеса максимально облегчены, основная масса
сосредоточена в замкнутом крыле. Массивный кольцеобразный маховик имеет максимальный момент инерции, накапливает большой объём энергии при разгоне и затем выдает её с большей мощностью, многократно превышающей мощность двигателей стартовой установки, непосредственно лопастям, без редукторов, без трансмиссии, без реактивного момента и без шума. До момента взлёта тонкие лопасти установлены на нулевой шаг, принимают нулевую крутку, создают минимальные потери.
Удельная ёмкость крыла-маховика 40КДж/кг, что ниже ёмкости авиационных электрохимических аккумуляторов, но только при малой мощности, без учёта потерь преобразования и без учёта веса двигателей, механических редукторов, инверторов,...
Воздушное колесо является кинетическим накопителем энергии высокой мощности, без потерь преобразования механической энергии в другие виды, с неограниченным ресурсом по времени и по количеству циклов заряда-разряда.
Стартовая раскрутка может производиться до больших линейных скоростей u0=300м/с с последующим снижением до полётных u1=100м/с. При взлёте часть кинетической энергии роторов — m(u02-u12)/2 с КПД η переходит потенциальную энергию платформы— MgH. ВК с идеальной круткой лопастей имеет КПД η не менее 0.75.
Взлётный вес привязной платформы меньше полётного, при подъёме добавляется вес леера. При относительной массе маховика m/M около 1/3 от полётной массы платформы, запасённой энергии хватает для быстрого вертикального подъёма на большую высоту без учёта помощи «нижнего» ветра:
H = η (u0 2 - u1 2) m / 2 M g = 3000м * (m/M) = 1000 метров.
Дальнейший подъём, вплоть до расчётной 10…12 км, происходит с помощью ветрового потока. Возможен разгон роторов в слое с достаточным ветром, с последующим подскоком до следующего слоя, благоприятного для разгона роторов.
Высотная ветроэнергетика.
Высотный тропосферный ветер – мощный надёжный неисчерпаемый ресурс с высокой плотностью энергии. Плотность энергии высотных ветров в десятки раз превышает плотность солнечной энергии и энергии ветра в приземном слое. Мощность потока пропорциональна плотности воздуха и растёт в кубе от увеличения скорости.
Увеличение скорости ветра в 5 раз, даже с учётом уменьшения плотности атмосферы в три раза, приводит к росту мощности более 40 раз! Комплексные исследования суммированы компанией Jову Energy. Наглядно сравнение плотности энергии, с которой работают солнечные, наземные и высотные ветроэнергетические установки: 122м 610м
Важнее мощности и высокой плотности энергии может быть только постоянство, высокая надёжность и глобальность ресурса. Высотный тропосферный ветер надёжный распределённый неисчерпаемый ресурс, он глобален за исключением экватора и полюсов.
Постоянство направления и энергии высотного ветра не зависит от времени суток и времени года, обеспечивает непрерывность полёта, энергетическую автономность, избавляет лёгкую привязную платформу от тяжёлых аккумуляторов.
Вероятность ветра в 20 м/с на разных высотах
Стабильная мощность потока на высоте 9…12 км определяет огромные энергетические возможности гиропланера и выгодно отличает его от других технологий высотных платформ основанных на ограниченной и периодической энергетике солнечных панелей с тяжёлыми аккумуляторами. Высокая мощность нисходящего сигнала условие обеспечения необходимой скорости передачи и надёжности связи, упрощает конечную аппаратуру, снимает зависимость связи от метеоусловий. Для телекоммуникаций,  текущих и будущих потребностей мобильного широкополосного доступа привязные высотные аэродинамические гиропланерные платформы вне конкуренции по всем важнейшим параметрам: эффективности, мощности, себестоимости, ресурсу, стоимости содержания, скорости развёртывания, экологичности и пр.
В тропосфере зависимость средней силы ветра от высоты есть монотонная функция. В приземном слое зависимость описывается упрощённой формулой:
V = V0 (H/H0)A
где: V0 и H0 - известные значения скорости ветра (м/с) на исходной высоте (м);
Н - запланированная высота (м); V - определяемая скорость ветра (м/с);
A - эмпирический показатель степени 0.14 -:- 0.2.
Существует два качественных значения силы ветра и соответственно три принципиальные зоны (A,B,C) высоты полёта и три типа гиропланеров.
· Высота1, где средняя сила ветра достаточна для полёта.
· Высота2, где минимальная сила ветра достаточна для полёта на данной высоте или ниже.
Зона А. Ниже Высоты1 длительный полёт гиропланера (Тип А) возможен только с подводом энергии по проводам от наземного источника энергии, но мощность, необходимая для полёта в штиль, по сравнению с мультикоптером многократно меньше, при меньшей удельной нагрузке на площадь, меньшем весе платформы и минимальном весе кабеля. При усилении ветра требуемая для полёта мощность у гиропланера снижается, у мультикоптера растёт. Поэтому мультикоптер имеет жёсткие ограничения по  высоте полёта и по силе ветра, а гиропланеры всепогодны независимо от высоты.
Зона B. От Высоты1 до Высоты2 для непрерывного полёта гиропланеру (Тип B) достаточно наземного якоря-аккумулятора, который является источником энергии при слабом ветре и заряжается при сильном. Система энергетически автономна, вес аккумулятора не лимитирован, возможно использование автомобильных батарей, ёмкость аккумулятора определяет максимальную допустимую длительность периода безветрия.
Зона С. От Высоты2 и до нижней границы стратосферы гиропланер (Тип C) — энергетически автономная высотная платформа без энергетики наземной базы, полёт происходит на тонком лёгком диэлектрическом подвесе. На больших высотах не бывает безветрия, при теоретическом кратковременном снижении силы ветра происходит полёт галсами поперёк ветра, возможно плавное снижение до высоты с достаточным ветром.
Точные значения границ зависят от ветровых условий места, но более от нагрузки на площадь ротора, типичные значения Высоты1 – 50…200м, Высоты2 – 500…1000м.
Все исследования атмосферы фиксируют рост силы и стабильности ветра с увеличением высоты вплоть до тропопаузы. Стабильный ветер на высоте 9…12 км достигает максимальных значений с минимальными суточными и годовыми колебаниями.
Высота 10 000 м ед.изм. Минимум Среднее Максимум
Скорость ветра м/с 30 56 83
Скоростной напор кгс/м
2 19 66 145
Энергия потока КВт/м
2 5,5 36 118
Располагаемая мощность КВт/м
2 1,3 9 29
В струйных течениях на высоте 10 км средняя скорость ветра более 200км/ч, меняется от 100 до 300км/ч. В таком потоке может стабильно держаться гиропланер с высокой удельной нагрузкой до 19 кг/м2 с учётом веса длинного леера. Платформа должна быть готова выдерживать мощный ветровой напор более 150 кг/м2. Ротор гиропланера пропускает через диск мощный поток энергии высокой плотности до 118 КВт/м2.
Теоретически, без большой потери качества и угла возвышения, можно снимать до 25% этой мощности. При малой удельной весовой нагрузке на площадь роторов, данные значения располагаемой энергии для телекоммуникационной аппаратуры избыточны. Осевые турбины наземных ветроэнергетических установок не могут работать при ветре более 22…24 м/с, их вынужденно останавливают. У высотной платформы таких проблем нет, воздушное колесо работает с косым обтеканием, скользит в потоке.
Воздушные колеса обладают большой механической прочностью, установка прекрасно работает в штормовой ветер, но способна менять высоту и выдаваемую мощность.
Изменяя угол атаки и общий шаг роторов можно дозировать генерируемую мощность в широком диапазоне, высотная платформа может висеть на авторотации без съёма энергии.
Избыток напора используется на увеличение угла возвышения, на подъём высоты полёта
платформы.

Энергетика связи и экология.
В среднем, при удельной потребляемой мощности 2Вт, на каждого пользователя мобильной связи приходится около 17 КВт•ч/год. Если учитывать, что в России сотовой
связью пользуются более 120 млн. абонентов, то получим среднюю цифру потребляемой мощности в 250 МВт. В масштабе всей энергосистемы эта величина, наверное, не впечатляет, но для телекоммуникационных компаний обеспечение дополнительных мощностей оказывается непростой задачей. Проблема усугубляется тем, что региональные энергоснабжающие компании с трудом удовлетворяют растущий спрос, и в  мегаполисах, и в отдалённых населённых пунктах. Плата за присоединение к электросетям для потребителей электроэнергии мощностью несколько киловатт оценивается в тысячи евро – эти суммы влияют на рост тарифов, ложатся на плечи абонентов. Это цена централизованной генерации, прокладки и содержания линий электропередач, оплата неизбежных потерь и расходы на «административные издержки».
Хотя энергопотребление отдельной базовой станции невелико и составляет в среднем 3-7 кВт, затраты на энергоснабжение составляют 50-60% от всех операционных затрат, связанных с эксплуатацией станции.
Подсистема насчитывает тысячи базовых станций, поэтому снижение энергозатрат открывает значительные возможности для снижения себестоимости связи. Около 25% потребляемой мощности базовой станции уходит на кондиционирование наземного контейнера аппаратуры (шельтера), как правило, с помощью обычных кондиционеров –
бытовых сплит-систем. Естественного охлаждения недостаточно, используемые в качестве источника бесперебойного питания аккумуляторные батареи требуют поддержания температуры в узком диапазоне от +18°С до +22°С, и его не удается расширить. Кондиционер - один из основных потребителей электроэнергии на базовой станции, на четверть увеличивает ее расход.
Прокладка линий передач и кабельных линий связи в болотах и вечной мерзлоте проблематична. Основу энергоснабжения Арктических районов составляют 47000 малых
дизельных электростанций, при себестоимости энергии 30…100 руб/КВт*ч (2013г), без учёта стоимости ликвидации экологических последствий завоза топлива в бочках.
Любые попытки индустриализации Арктических территорий сопровождались чудовищным загрязнением среды.
Страшные реалии «освоения Арктики»: горы мусора и россыпи ржавых бочек до горизонта.
На современном уровне развития цивилизации, проблемы экологии хозяйственной деятельности выходят на первый план. Экологическая безопасность - важнейший фактор,
влияющий на стоимость любой технологии. Важность систем связи для всей современной экономики и высокие темпы роста отрасли накладывают особые требования на решения с
большим потенциалом масштабирования.
Проблеме использования альтернативных источников энергии для снабжения объектов сетей сотовой связи стали уделять большое внимание. В частности, в GSM Association с 2008 г. постоянно действует программа “Green Power for Mobile”. Основной целью программы является поиск оптимального решения для энергоснабжения базовых станций, не подключенных к электрической сети [http://www.gsma.com].
Экологически чистая связь может опираться только на децентрализованную экологически чистую энергетику от надёжных возобновляемых источников.
Главная проблема: традиционные возобновляемые источники энергии ненадёжны. Солнечные панели бесполезны полярной ночью, гидроресурсы оттаивают на 3 месяца, малые ветроэнергетические установки большую часть времени только украшают пейзаж.
Расплата за ненадёжность закономерна, всю «экологичность» солнечных батарей и наземных ветроустановок полностью убивает использование мощных аккумуляторов. Химические аккумуляторы - дорогой расходный материал, имеют короткий срок службы до 2-5 лет, их производство наносит колоссальный вред окружающей среде, а стихийная утилизация катастрофична. Экологические последствия токсичных куч отработанных свинцовых аккумуляторов многократно страшнее гор пустых ржавых бочек.
Чистая энергетика связи.
Единственный надёжный распределенный неисчерпаемый источник энергии полярной ночью на высоте 10км – высотный тропосферный ветер. Главные качества чистой высотной ветроэнергетики – огромная мощность, глобальность и стабильность.
Высокая плотность энергии минимизирует размеры, вес, и стоимость платформы. Глобальность тропосферного ветра над экономически значимыми районами мира исключает длительные ветровые изыскания, предшествующие началу строительства наземных ветроэнергетических установок. Система связи оперативно разворачивается в любом месте, постоянных высотных ветров нет только над полюсами и над экватором.
Предельная экологичность технологии систем связи на высотных привязных платформах с несущим ротором воздушное колесо обусловлена стабильностью тропосферного ветра, что позволяет полностью отказаться от использования химических аккумуляторов с ограниченным сроком службы. Крыло ВК – массивный маховик, ёмкий накопитель кинетической энергии большой мощности с неограниченным ресурсом, высотная ветроустановка выдаёт стабильные параметры при резких колебаниях нагрузки.
Энергетическая автономность привязной высотной платформы экономически эффективно решает проблемы надёжного бесперебойного энергоснабжения связи, независимо от времени суток, времени года и состояния наземной инфраструктуры.
Телекоммуникационной аппаратуре высотных привязных платформ не грозит перегрев, контейнер аппаратуры имеет надёжное естественное охлаждение потоком со стабильной отрицательной температурой при полном отсутствии влажности и пыли. В десятки тысяч раз сокращаются не только капитальные и текущие затраты, но и давление на окружающую среду. Высота привязной платформы превышает высоту вышки базовой станции примерно в 200 раз, радиус зон покрытия и обслуживания увеличивается также в 200 раз, их площадь растёт в квадрате, в 40 000 раз. Одна энергетически автономная и экологически чистая высотная платформа способна заменить до 40 000 вышек связи, и до 40 000 мелких, но дорогих электростанций, отравляющих экологию.
Площадка для ежегодного технологического осмотра платформы и аппаратуры требует минимального отвода земли, наземная база - ввинченная в землю свая.
Использование радиорелейных и оптических каналов между платформами позволяет отказаться от кабельных линий связи. Высотная платформа не создаёт шума, не заметна с земли, может обеспечить связью мегаполис и обширную арктическую пустыню.
Высотные экологически чистые автономные платформы позволяют вести непрерывный комплексный мониторинг, в том числе и экологический, обширных территорий в реальном времени с высоким разрешением, недоступным спутникам.
"HAPS представляет новую технологию, которая может революционизировать индустрию беспроводной связи". "Глобальная система связи, на стратосферных платформах может помочь удовлетворить мировой спрос на доступные высокоскоростные беспроводные коммуникации".
(Международный союз электросвязи)
* * *
21.11.2014 выдан патент РФ №2538737 (публ.10.01.2015) на группу изобретений «Ротор воздушное колесо”. Гиростабилизированный летательный аппарат и ветроэнергетическая установка, использующие ротор воздушное колесо”, наземное/палубное устройство их запуска». Заявка PCT/RU2014/00636 от 26.08.2014.
Автор и владелец патента: Кузиков СергейЮрьевич, инженер-математик, airwheel@gmail.com, kspb@rambler.ru, мт. +7 985 748 4517, мт. +7 911 227 1215.


Записаться на тренинг ТРИЗ по развитию творческого, сильного мышления от Мастера ТРИЗ Ю.Саламатова >>>

Новости RSSНовости в формате RSS

Статьи RSSСтатьи в формате RSS

Рейтинг – 57 голосов


Главная » Это интересно » Теория решений изобретательских задач (ТРИЗ) » Как стать изобретателем. Выпуск 42.
© Институт Инновационного Проектирования, 1989-2015, 660018, г. Красноярск,
ул. Д.Бедного, 11-10, e-mail
ysal@triz-guide.com, info@triz-guide.com
 
 

 

Хочешь найти работу? Jooble