Чудеса техники

Транссибирская магистраль, или, как именовали ее прежде, Великая Сибирская магистраль, самая длинная в мире железная дорога, связавшая Европу и Азию. Ее одноколейное полотно протянулось от Москвы до тихоокеанского порта Владивосток на расстояние более 9000 километров.

Необходимость железнодорожного строительства в Сибири сознавалась уже в середине XIX столетия. Становилось ясно, что при наметившемся росте грузопотока в ближайшее время потребуется надежный транспорт, который можно использовать круглогодично.

В декабре 1885 года была построена Екатеринбург-Тюменская дорога. То был первый рельсовый путь в Сибири. Дорога доказала свою рентабельность, и тогда российское правительство стало обсуждать вопрос о строительстве Транссибирской железнодорожной магистрали. Экономические предпосылки для подобного строительства к тому времени уже созрели.

Решено было начать изыскания кратчайшего рельсового пути в пределах полосы между 51 и 56 градусами северной широты, где географические условия представлялись наиболее благоприятными не столько для строительства новой дороги, сколько для последующего освоения земель, главным образом сельскохозяйственных.

В 1886 году на всеподданнейшем отчете иркутского генерал-губернатора графа А.П. Игнатьева царь Александр III собственноручно написал: «Уже сколько отчетов генерал-губернаторов Сибири Я читал и должен с грустью и стыдом сознаться, что правительство до сих пор почти ничего не сделало для удовлетворения потребностей этого богатого, но запущенного края. А пора, давно пора».

Эта резолюция и решила судьбу Транссиба. Через некоторое время последовало повеление: «Необходимо приступить скорее к постройке этой дороги». Правительство понимало, что без железной дороги в стратегическом отношении Сибирь, и особенно Дальний Восток, очень уязвима, и в случае возможных конфликтов вряд ли удастся обеспечить оборону Владивостока и всего Южноуссурийского края. Поэтому министерство путей сообщения спешно приступило к железнодорожным изысканиям в Сибири. Для ускорения работ решено было начать строительство одновременно с двух концов — с запада и востока.

Грандиозное дело, сулившее России многие выгоды, нуждалось в «совершенно исключительном, нешаблонном осуществлении». И сегодня не может не поражать четкость и целостность плана, его общая законченность и гармоничность.

Министр финансов С.Ю. Витте, к примеру, предлагал для облегчения и удешевления доставки грузов, необходимых для новой дороги, провести соединительную железнодорожную линию между Челябинском и Екатеринбургом и таким образом связать строящуюся Сибирскую дорогу с центром черной металлургии Урала. Чтобы усилить экономическое и культурное влияние Сибирской дороги, Витте предложил к сооружаемой магистрали подвести вспомогательные пути, оборудовать на пересечении ее с реками подходящие порты, пристани, поселки, что способствовало бы переселению из Европы землепашцев.

Помимо чисто организационных решений план Витте подразделял все грандиозное строительство на несколько этапов. Это позволило эффективно строить финансовую политику: уже в период строительства Транссиба получать доход от дороги.

Первый этап — сооружение Западносибирского участка от Челябинска до Оби (1332 версты), затем Среднесибирский участок от Оби до Иркутска (1734) при одновременном строительстве Уссурийского участка на Дальнем Востоке. Второй этап предусматривал достройку участка от станции Мысовой на берегу озера Байкал до Сретенска (1032) и продолжение Уссурийской линии до Хабаровска. Наконец, третий этап — сооружение Кругобайкальской линии (312) и участка от Сретенска до Хабаровска (около 2000).

10 декабря 1892 году план Витте утвердил царь, и тогда же был организован Комитет Сибирской дороги.

Управляемые авиационные бомбы (УАБ) являются одним из наиболее эффективных видов авиационного оружия, предназначенного для нанесения ударов по наземным (надводным) целям.

Пионерами в создании таких бомб стали Германия и США. Разработка первой немецкой управляемой бомбы под руководством доктора Макса Крамера началась в 1938 году. 9 сентября 1943 года эскадрилья бомбардировщиков Do-217 провела точное бомбометание по итальянским кораблям с высоты более 8 километров за пределами досягаемости огня зенитных средств. Две бомбы попали в верхнюю палубу линкора «Рома», после чего он затонул. Значительные повреждения получил также линкор «Италия». Немецкие самолеты были вооружены управляемыми бомбами PC-1400X («Фриц X») с радиокомандным наведением. Масса ее боевой части составила 1400 килограммов, а дальность планирующего полета — 8 километров при сбрасывании со средних высот.

В США боевое применение управляемых авиационных бомб началось в декабре 1944 года. С помощью УАБ AZON и RAZON самолеты ВВС разрушили в Бирме железнодорожный мост, который ранее тщетно пытались уничтожить обычными авиабомбами. Уже в 1945 году авиация ВМС имела на вооружении УАБ типа «Bat» с достаточно совершенной для того времени активной радиолокационной головкой самонаведения. Эти бомбы использовались для нанесения ударов по японским кораблям.

Однако бурное развитие управляемых бомб вскоре было приостановлено из-за абсолютизации возможностей ядерных боеприпасов. Лишь в 1960-е годы американские фирмы вновь приступили к разработке управляемых авиационных бомб. При этом они учли последние достижения в области создания систем наведения. Во время войны во Вьетнаме ВВС США испытали УАБ в боевых условиях, и, прежде всего, для разрушения таких малоразмерных целей, как мосты.

Убедительные результаты, подтверждающие высокую эффективность УАБ, были получены в ходе операции «Буря в пустыне». Здесь управляемые бомбы использовались очень активно. Значительная часть авиаударов была нанесена с помощью УАБ во время войны в Югославии в конце XX века.

Проведенные в США исследования показали, что по критерию «стоимость-эффективность» УАБ предпочтительнее неуправляемых бомб. Опыт боевого применения управляемых бомб в Индокитае показал, что расход этих боеприпасов на поражение цели был в 50–100 раз меньше, чем неуправляемых бомб, а материальные затраты, даже без учета потерь носителей при массированных налетах, значительно ниже.

В управляемых авиационных бомбах сочетаются высокие поражающая способность боевой части обычных авиабомб и точность наведения на цель управляемых ракет класса «воздух — поверхность» Отсутствие двигателя и топлива к нему позволяет при равной с управляемыми ракетами стартовой массе доставить к цели более мощную боевую часть. Так, если у авиационных управляемых ракет отношение массы боевой части к стартовой массе составляет 0,2–0,5, то для УАБ оно примерно равно 0,7–0,9.

Оптимальное аэродинамическое проектирование и улучшение несущих свойств крыла позволяют значительно увеличить дальности действия УАБ и перекрыть почти всю зону применения тактических управляемых ракет класса «воздух — поверхность». Наличие систем управления и наведения, зачастую унифицированных с аналогичными системами управляемых ракет, придает УАБ все свойства высокоточного авиационного оружия, предназначенного для поражения особо прочных малоразмерных целей. Благодаря простоте изготовления и эксплуатации УАБ дешевле, чем управляемых ракет.

Естественно, что УАБ по некоторым характеристикам уступают управляемым ракетам. У них меньше средняя скорость полета к цели, уже диапазоны перегрузок для устранения ошибок наведения, а также допустимых начальных ошибок пуска. Ограниченно их применение на малых высотах.

Наиболее молодое и вместе с тем перспективное направление в исследовании свойств поверхности — сканирующая зондовая микроскопия. Зондовые микроскопы имеют рекордное разрешение — менее 0,1 нм. Они могут измерить взаимодействие между поверхностью и сканирующим ее микроскопическим острием — зондом — и выводят трехмерное изображение на экран компьютера.

Методы зондовой микроскопии позволяют не только видеть атомы и молекулы, но и воздействовать на них. При этом — что особенно важно — объекты могут изучаться не обязательно в вакууме (что обычно для электронных микроскопов), но и в различных газах и жидкостях.

Изобрели зондовый — сканирующий туннельный микроскоп в 1981 году сотрудники Исследовательского центра фирмы ИБМ Г. Биннинг и Х. Рорер (США). Через пять лет за это изобретение они были удостоены Нобелевской премии.

Биннинг и Рорер попытались сконструировать прибор для исследования участков поверхности размером менее 10 нм. Итог превзошел самые смелые ожидания: ученым удалось увидеть отдельные атомы, размер которых в поперечнике составляет лишь около одного нанометра. В основе работы сканирующего туннельного микроскопа лежит квантово-механическое явление, называемое туннельным эффектом. Очень тонкое металлическое острие — отрицательно заряженный зонд — подводится на близкое расстояние к образцу, тоже металлическому, заряженному положительно. В тот момент, когда расстояние между ними достигнет нескольких межатомных расстояний, электроны начнут свободно проходить через него — «туннелировать»: через зазор потечет ток.

Очень важное значение для работы микроскопа имеет резкая зависимость силы туннельного тока от расстояния между острием и поверхностью образца. При уменьшении зазора всего на 0,1 нм ток возрастет примерно в 10 раз. Поэтому даже неровности размером с атом вызывают заметные колебания величины тока.

Чтобы получить изображение, зонд сканирует поверхность, а электронная система считывает величину тока. В зависимости от того, как эта величина меняется, острие либо опускается или поднимается. Таким образом, система поддерживает величину тока постоянной, а траектория движения острия повторяет рельеф поверхности, огибая возвышенности и углубления.

Острие перемещает пьезосканер, который представляет собой манипулятор из материала, способного изменяться под действием электрического напряжения. Пьезосканер чаще всего имеет форму трубки с несколькими электродами, которая удлиняется или изгибается, перемещая зонд по разным направлениям с точностью до тысячных долей нанометра.

Информация о движении острия преобразуется в изображение поверхности, которое строится по точкам на экране. Участки разной высоты для наглядности окрашиваются в различные цвета.

В идеале на конце острия зонда должен находиться один неподвижный атом. Если же на конце иглы случайно оказалось несколько выступов, изображение может двоиться, троиться. Для устранения дефекта иглу травят в кислоте, придавая ей нужную форму.

С помощью туннельного микроскопа удалось сделать ряд открытий. Например, обнаружили, что атомы на поверхности кристалла расположены не так, как внутри, и часто образуют сложные структуры.

С помощью туннельного микроскопа можно изучать лишь проводящие ток объекты. Однако он позволяет наблюдать и тонкие диэлектрики в виде пленки, когда их помещают на поверхность проводящего материала. И хотя этот эффект еще не нашел полного объяснения, тем не менее его с успехом применяют для изучения многих органических пленок и биологических объектов — белков, вирусов.

Возможности микроскопа велики. С помощью иглы микроскопа даже наносят рисунки на металлические пластины. Для этого используют в качестве «пишущего» материала отдельные атомы — их осаждают на поверхность или удаляют с нее.

В Сиэтле на одном из принадлежащих фирме «Боинг» авиазаводов стоит на вечном приколе первый реактивный «Боинг-707». Он был вторым после советского Ту-104 турбореактивным самолетом. «707» приступил к регулярным перевозкам пассажиров позднее «Тушки» на два года — в 1958 году. И тот и другой стали родоначальниками плеяды принципиально новых лайнеров пятого океана.

Сегодня, если вам доведется лететь в Штаты, то скорее всего вы попадете на борт самолета фирмы «Боинг». Увы, почти весь мир нынче летает на «Боингах», а не на «Туполевых». Причина проста: продукция корпорации «Боинг» комфортабельнее, экономичнее и надежнее, чем техника большинства других авиастроительных фирм мира. Единственный серьезный конкурент «Боинга» — европейский концерн «Эрбас индастри». Авиационные эксперты сравнивают эти две компании с парочкой бульдогов, которые при встрече сдержанно виляют хвостами, но в любой момент готовы вцепиться друг другу в глотку.

В 1995 году на Международном авиасалоне в Ле-Бурже американцы буквально «раздавили» своих конкурентов. Сначала в небе Ле-Бурже неожиданно возник таинственный бомбардировщик «B-2», в разработке которого принимал участие «Боинг», затем с точностью до секунды на летном поле приземлился гигантский «Боинг-777». А окончательно «добило» конкурентов то, что американцы установили в салоне своего лайнера макет новейшего «Эрбаса» в натуральную величину и пригласили посетителей самим сравнить удобства на борту обоих самолетов. Комментарии были излишни.

Однако жизненный путь «Боинга» не всегда был гладким. Порой компания была вынуждена увольнять сотрудников, вместо самолетов выпускать мебель и скоростные лодки, газовые турбины и ветряные мельницы-генераторы.

Но компания всегда хранила верность самолетам и при каждом удобном случае выпускала новую оригинальную модель, которая неизменно становилась «любимицей» не только пассажиров, но и летчиков.

Вячеслав Ким, пилот, налетавший на «Боингах» немало часов, рассказывает:

«Экипажи "Боингов" состоят всего из двух человек: командира и второго пилота. Остальных людей заменяет электронное оборудование, с которым очень просто и удобно работать. "Боинг" может садиться, тормозить и останавливаться на полосе автоматически.

Контроль за работой систем "организма" самолета обеспечивает электроника, причем всегда есть дублирующая, страхующая система. Отказал один компьютер, второй справится в одиночку.

Кабина пилота на "Боингах" гораздо удобнее, комфортабельнее, чем на наших самолетах. Прекрасный обзор, низкий уровень шума, отличное кондиционирование. Просчитана рациональность каждого движения, пилоту никуда не надо тянуться. Регулируется положение кресла: наклон спинки, высота сиденья, даже длина педалей. Главной функцией пилота становится грамотное управление автоматикой. В кабине все продумано до такой степени, что сидишь и думаешь, как все-таки здорово, что есть такие самолеты и на них уже летают наши летчики».

Новейшая модель американской корпорации «Боинг-777» — самый крупный в мире двухдвигательный реактивный пассажирский самолет. По всем основным летно-техническим характеристикам у него нет и, пожалуй, долго не будет равных среди авиалайнеров суперкласса.

О конструировании и производстве «Боинга» под номером «777» фирма объявила в ноябре 1990 года. К работе над этим проектом был привлечен большой творческий коллектив — четыре тысячи человек. Ему дали статус самостоятельного подразделения — со своей администрацией, финансами, коммерческой службой.

По сравнению с другими видами транспорта у велосипеда есть неоспоримые преимущества. Он и дешев, и не нуждается в топливе, и не загрязняет атмосферу. А еще он очень маневрен и мобилен, что особенно важно для крупных городов, где частые пробки. И еще один бесспорный плюс: езда на велосипеде — хорошая физическая нагрузка, эффективное средство борьбы с гиподинамией — малоподвижным образом жизни. Все это способствует неуклонному росту популярности велосипеда в самых разных странах. В Голландии, например, на 14 миллионов жителей приходится около 10 миллионов велосипедов.

Прообраз современного велосипеда — селерифер (дословно «производитель скорости») впервые появился во Франции в 1791 году. Это изобретение графа Меде де Сиврака мало напоминало сегодняшнюю модель: двухколесный самокат с деревянной рамой без педалей и руля. Переднее колесо не поворачивалось, а потому ехали на нем только по прямой, отталкиваясь от земли ногами.

В 1792 году немецкий офицер, камергер и лесничий князя Баденского Карл Фридрих Дрез оснастил селерифер управляемым передним колесом.

Первый велосипед с педалями и рулем был построен в России крепостным кузнецом Артамоновым. Именно на нем первый велосипедист прикатил от Верхотурья на Урале в Москву. Толпа людей, собравшихся на Ходынском поле, с изумлением наблюдала за удивительной двухколесной тележкой Артамонова. Судьба тележки Артамонова оказалась печальной: она была присоединена к царской коллекции редкостей и вскоре забыта.

Француз Динер взял в 1818 году патент на «дрезину» в своей стране, впервые назвав ее «велосипедом», то есть «быстроногим» (от латинских слов «velox» — быстрый и «pedis» — нога).

В 1830 году немец Филипп Фишер построил экипаж с двухметровым передним колесом, снабженным педалями, и маленьким задним. Вилки колес он соединил штангой и на ней расположил седло. В том же году англичанин Киркпатрик Макмиллан усовершенствовал новинку: качающиеся педали соединил рычажным механизмом с задним колесом, которое сделал больше переднего, на оба колеса надел железные обручи. В 1853 году немец Мориц Фишер построил экипаж с педалями на переднем колесе и тормозом на заднем.

Долгое время велосипеды изготавливались из дерева. В 1867 году Каупер придумал очень легкие колеса со ступицей, висящей на проволочных спицах. В 1869 году появились велосипеды с металлической рамой. Тогда же француз Мишо впервые организовал фабричное изготовление велосипедов. Соотечественник Мишо Тевенона придумал велосипедные шины из каучука, а французский фабрикант Сюрирей впервые применил в велосипедах шарикоподшипники. Это было очень важное усовершенствование, годом позже, в 1870-м, английский изобретатель Лоусон ввел цепную передачу от педалей на заднее колесо. Скорость велосипедиста после этого настолько возросла, что он мог соревноваться с верховой лошадью.

Свой современный вид велосипед обрел в 80–90-е годы XIX века. Дублинский ветеринар Данлоп в 1885 году снабдил колеса велосипеда своего двенадцатилетнего сына пневматическими шинами из гуттаперчевого шланга, крепившимися к ободу с помощью полотняной ленты. Он же придумал клапан, позволявший легко и быстро накачать колесо, но не выпускавший воздух наружу. Мальчик ездил на этом велосипеде довольно долго, не привлекая ничьего внимания, пока один заезжий коммивояжер, пораженный легкостью хода велосипеда, не оценил его по достоинству и не указал изобретателю на ценность его находки. Только тогда, в 1888 году, Данлоп взял патент и вскоре наладил промышленное производство пневматических шин. Они быстро распространились по всему свету. Наш соотечественник Г. Иванов усовершенствовал их, предложив раздельно изготовляемые камеру и покрышку.

В 1880-е годы человечество пережило новый «велосипедный бум». С 1890 года началось бурное развитие велосипедной промышленности.