пятница, 19 июля 2013 г.

Странные “птицы”


Пара вводных абзацев



У научно-технического творчества  есть определенные довольно странные, но – тем не менее – почти непреложные закономерности, которые один из величайших физиков, П.А.М. Дирак, в высшей степени элегантно обобщил, написав на стене кафедры теорфизики МГУ короткую фразу: The physical low must be mathematically elegant. (Физический закон должен быть математически изящным.) Трудно сказать почему, но это действительно так.



То же относится и к детищам инженерного ума: не радующий глаз автомобиль ездит почему-то довольно посредственно. Чем красивее механизм – будь он хоть железным, хоть математическим, – тем лучше он исполняет собственное предназначение. Посмотрите на самолет на фото 1. Не правда ли, – красавец? И вы, наверное, с первого взгляда на него не сомневаетесь в его прекрасных лётных качествах.



Фото 1

В магазинах их еще не продают, их и экспериментальные-то начали сооружать совсем недавно. Правда, он не призводит впечатления ни быстроходного, ни грузоподъемного, но… может, ему это все и не надо.

Чего не может самолет

Человек рождается в поле тяготения. Собственный вес прижимает его к земле, а попытки поднимать тяжести очень быстро достигают пределов возможного. Поэтому желание летать – наверное, одна из самых могучих фантазий человека, с давних времен побуждавших его к научно-техническому поиску.
Но как только человек научился летать, рядом с бескорыстными любителями полета немедленно возникли прагматики, увидевшие множество задач, которые могут решаться с помощью летательных аппаратов.

Сначала их пытались решать с помощью аппаратов легче воздуха, однако получалось это, прямо скажем, плохо. Пассивный характер полета, его сильная зависимость от движения атмосферного воздуха ограничивали их возможности. Есть примеры осуществленных с их помощью героических проектов, но не было от них большой практической пользы. Хотя есть у них качества, неизменно привлекающие к себе коммерческий интерес. Это энергонезависимость полета и способность очень долго находиться на большой высоте.

Это те качества, которые требуются для решения весьма широкого круга задач. Назовем некоторые из них. Например, к их числу относятся мониторинг государственных границ с точки зрения отслеживания передвижения через них нелегальных мигрантов и террористических групп, охрана трубопроводов, мониторинг заповедников и мест обитания редких птиц и животных, многочисленные телекоммуникационные задачи, фотосъемка для картографии, и т.д. и т.п. В настоящее время эти задачи могут решаться и иногда решаются с помощью спутников, но спутниковые технологии дороги, а расходы на их использование далеко не всегда оправдываются полученными результатами.

Решать эти задачи с помощью самолетов? Видимо, для решения перечисленные выше и похожих задач классические самолеты могут использоваться только временно – от безвыходности. 


Апгрейд старшины Карацупы


Люди постарше отлично помнят, что лет 60-70 тому назад старшина Карацупа со своим верным Джульбарсом прекрасно мониторил государственную границу! А с такой машиной, как на фото, майору Карацупе и Джульбарс не был бы нужен. Такой апгрейд получился.

Самолет этот называется Solar Impuls. В первую субботу месяца, вечером 6 июля он
благополучно сел в нью-йоркском аэропорту имени Джона Кеннеди, завершив исторический трансамериканский перелет рекордной дальности 5000 км (в своем, разумеется, классе), живо напомнивший авиационные рекорды первой трети ХХ века, когда авиаперелеты привлеками всеобщее внимание, а пилотов встречали девушки и забрасывали их цветами.

Но чем бы мог привлечь внимание этот? Чем можно удивить человека ХХI века?

Ну, хотя бы тем, что его создателям удалось использовать в качестве движителя солнечный свет, точнее – электромоторы, питающиеся от литиевого аккумулятора, заряжающегося от солнечных батарей. Такая схема их питания оказывается предпочтительней благодаря предоставляемой аккумуляторами возможности в экстремальные моменты использовать электрическую мощность, многократно превышающую мощность фотобатареи. Почему раньше такого не делали? Да потому, что раньше не было полупроводниковых материалов с подходящими свойствами. Здесь и сегодня возможности до конца еще не исчерпаны.

Было в этом полете и настоящее приключение: отбиваться от кровожадных дикарей никому, правда, не пришлось, но на левом крыле "Солнечного импульса" повредилась обшивка, в результате чего пилоту – швейцарцу Андре Боршбергу – пришлось срезать угол, чтобы быстрее (на 3 часа) добраться до пункта назначения. Девушки его не встречали – ХХI век суховат на эмоции.

Solar Impulse представляет из себя планер с размахом крыльев в 63,4 метра и массой в 1588 килограммов. Он приводится в движение 4-мя электромоторами мощностью по 10 лошадиных сил, а они питаются от 400-килограммового литиевого аккумулятора, заряжающегося от фотобатареи из размещенных на крыле 2 тыс. фотоэлементов.

Принципиальным отличием этого самолета от аналогичных проектов является то, что в полете он не использует заряд, накопленный во время стоянки на земле – слишком уж ненадежен этот ресурс, стоянка может прийтись на дождливое время. Это для пилота нечаянный резерв. Если он, конечно, окажется.


Первая “птичка"


В ХХ веке из-за отсутствия технических возможностей движения в этом направлении не было. ХХI век привнес в авиацию новые материалы и новые идеи. И в 2001 году NASA подняло над Гаваями тоже достаточно странный самолет, показанный на фото 2. Он назывался Helios. Это «летающее крыло», приводимое в движение 14 электродвигателями, питающимися от тонких солнечных батарей, сплошным слоем покрывающих поверхность его 82-метрового крыла. Полезный груз и навигационное оборудование находится в небольших гондолах, подвешенных под крылом. Самолёт в 2001 году установил рекорд по высоте подъёма среди крылатых летательных аппаратов – 29,5 км. “Водительской кабины” у него нет – аппарат был беспилотным. 


 
Фото 2

Его солнечные батареи развивали мощность в 40 КВт, в то время как для полета ему достаточно 10. Избыток энергии сохранялся в топливных элементах, которые питали Helios по ночам или в неблагоприятных погодных условиях. Конструкторы создавали его для того, чтобы он находился в полете месяцами (до 6 месяцев) на высоте примерно 30 км, и служил дешевой заменой для коммуникационных и исследовательских спутников. Этот самолет, в разработку которого NASA вложило $15 млн., погиб в 2003 году. Его буквально в клочья изорвала в очередном полете атмосферная турбулентность. Этот момент запечатлен на фото 3. Вероятно, именно большие размеры сделали Helios очень уязвимым для атмосферных турбулентностей. Сообщений о возобновлении проекта как будто не поступало, хотя аппарат создавался как прототип для целой их серии.




Фото 3

В том же 2003 году британская компания QinetiQ – предприятие британского министерства обороны – уже готовила к запуску стратосферный самолёт Zephyr, являющийся «родственником» погибшего Helios’а. В нем применены сверхлёгкие конструкции и оборудование. Крылья, набранные из нервюр, изготовленных из углеродных композитов, обтянуты майларом. Масса аппарата не превышала 12 килограммов, а размах крыльев составлял 12 метров. Конструкторам аппарата пришлось решить целый ряд проблем – от  обеспечения работы двигателей на большой высоте до надежности конструкции в условиях резкого перепада температур: верхняя плоскость крыла очень сильно нагревалась солнцем, тогда как температура нижней поверхности достигала –50°С. Мощность его солнечных батарей, расположенных, как и у Helios’а, на крыле, –  всего лишь 1 КВт. Запускался Zephyr человеческими руками. Этот момент показан на фото 4. 

 
Фото 4

Ну, прямо кружок детского творчества! Несмотря на «игрушечные» (по сравнению с Helios’ом) параметры, он предназначен для полетов на совершенно недосягаемых для других самолетов высотах – до 40 км.

Комментариев нет:

Rambler's Top100 Полный анализ сайта Всё для Blogger(а) на Blogspot(е)! Закладки Google Закладки Google Закладки Google Delicious Memori БобрДобр Мистер Вонг Мое место 100 Закладок