Чудеса техники

Наиболее перспективным направлением компьютерной промышленности последних лет считается рынок компактных компьютеров, умещающихся в кармане пиджака и при этом не уступающих по мощности и удобству своему настольно-напольному собрату.

Сейчас все более популярным становится симбиоз компьютера и мобильного телефона, называемый «мобильным офисом», который неизбежно станет нашим постоянным спутником жизни.

В его состав может входить много компонентов, но самые главные — ноутбук или карманный компьютер, мобильный телефон с инфракрасным портом и переносной принтер. Вкупе они весят меньше килограмма и позволяют получить доступ к Интернету и электронной почте, редактировать и печатать документы, а также отсылать факсы и фотографии.

Сердце мобильного офиса — карманный компьютер Windows CE, Psion, Palm. Размер его памяти принципиально не важен — большая часть наиболее часто используемых приложений (почта, текстовый редактор) будет работать и в минимальной конфигурации. В компьютер входят последовательный и инфракрасный порты, в ряде моделей — встроенный факс-модем. Вес карманного компьютера очень мал — от 100 до 500 граммов.

Компьютеры Psion могут работать на одних и тех же батареях много дней подряд, и это их самое большое и немаловажное для мобильного офиса достоинство. Palm и Psion не понимают форматов документов Microsoft Office — придется дополнительно покупать пакет программ.

Модели на Windows CE (их выпускают фирмы «Casio», «Hewlett-Packard», «Compaq») наиболее приближены к настольному компьютеру, обладают привычным интерфейсом Windows и понимают форматы документов Office как «родные». Они обладают цветным дисплеем, за что приходится расплачиваться уменьшенным временем работы от батарей (7–10 часов) и высокой ценой.

Фирма «Palm» выпускает карманные компьютеры наименьшего размера, правда, это достигается ценой отказа от пускай маленькой, но клавиатуры. Но после некоторой тренировки писания стилусом (пластиковой палочкой) текст можно вводить даже быстрее, чем с клавиатуры. Для Palm выпускаются дополнительные модули-насадки (например, превращающий Palm в MP3-плейер).

Первый же карманный компьютер фирмы «Сони» — Sony CLIE PEG-S300 составил серьезную конкуренцию одновременно лидерам платформы Palm OS. Ему не оказалось равных по дизайну и размерам. У Sony CLIE имеется дополнительный козырь — слот для флэш-карт Memory Stick с перспективой переноса на эту технологию различных устройств типа цифровых камер и GPS-приемников. Инженеры «Сони» выбрали все лучшее, что присутствует в карманных компьютерах платформы Palm OS, да еще добавили свои оригинальные разработки.

Sony CLIE PEG-S300 — карманный компьютер на базе платформы Palm OS версии 3.5 с монохромным (16 градаций серого) экраном. Модель с цветным экраном продается только в Японии. Внутри CLIE PEG-S300 встроены 8 Мбайт оперативной памяти и литий-ионные аккумуляторы. Процессор — Motorola Dragon Ball с тактовой частотой 20 МГц.

Компьютер имеет компактный USB-крэдл и универсальный адаптер питания. Синхронизирующая подставка (крэдл) подсоединяется к USB-порту, что обеспечивает намного большую скорость синхронизации, чем по COM-порту. Адаптер питания можно подсоединить как к крэдлу для зарядки в нем «Сони», так и непосредственно к самому органайзеру. Это смогут оценить те, кто часто ездит в командировки, — с собой достаточно будет брать только адаптер питания без подставки синхронизации.

Специально для своего карманного компьютера компания «Сони» разработала несколько оригинальных программ. Во-первых, приложение MS Gate, которое позволяет работать с карточкой памяти Memory Stick. Все основные функции этой программы можно разглядеть на публикуемом экранном снимке.

Современная медицинская техника позволяет заменять полностью или частично больные органы человека. Электронный водитель ритма сердца, усилитель звука для людей, страдающих глухотой, хрусталик из специальной пластмассы — вот только некоторые примеры использования техники в медицине. Все большее распространение получают также биопротезы, приводимые в движение миниатюрными блоками питания, которые реагируют на биотоки в организме человека.

Во время сложнейших операций, проводимых на сердце, легких или почках, неоценимую помощь медикам оказывают «Аппарат искусственного кровообращения», «Искусственное легкое», «Искусственное сердце», «Искусственная почка», которые принимают на себя функции оперируемых органов, позволяют на время приостановить их работу.

«Искусственное легкое» представляет собой пульсирующий насос, который подает воздух порциями с частотой 40–50 раз в минуту. Обычный поршень для этого не подходит: в ток воздуха могут попасть частички материала его трущихся частей или уплотнителя. Здесь и в других подобных устройствах используют мехи из гофрированного металла или пластика — сильфоны. Очищенный и доведенный до требуемой температуры воздух подается непосредственно в бронхи.

«Аппарат искусственного кровообращения» устроен аналогично. Его шланги подключаются к кровеносным сосудам хирургическим путем.

Первая попытка замещения функции сердца механическим аналогом была сделана еще в 1812 году. Однако до сих пор среди множества изготовленных аппаратов нет полностью удовлетворяющего врачей.

Отечественные ученые и конструкторы разработали ряд моделей под общим названием «Поиск». Это четырехкамерный протез сердца с желудочками мешотчатого типа, предназначенный для имплантации в ортотопическую позицию.

В модели различают левую и правую половины, каждая из которых состоит из искусственного желудочка и искусственного предсердия.

Составными элементами искусственного желудочка являются: корпус, рабочая камера, входной и выходной клапаны. Корпус желудочка изготавливается из силиконовой резины методом наслоения. Матрица погружается в жидкий полимер, вынимается и высушивается — и так раз за разом, пока на поверхности матрицы не создается многослойная плоть сердца.

Рабочая камера по форме аналогична корпусу. Ее изготавливали из латексной резины, а потом из силикона. Конструктивной особенностью рабочей камеры является различная толщина стенок, в которых различают активные и пассивные участки. Конструкция рассчитана таким образом, что даже при полном напряжении активных участков противоположные стенки рабочей поверхности камеры не соприкасаются между собой, чем устраняется травма форменных элементов крови.

Российский конструктор Александр Дробышев, несмотря на все трудности, продолжает создавать новые современные конструкции «Поиска», которые будут значительно дешевле зарубежных образцов.

Одна из лучших на сегодня зарубежных систем «Искусственное сердце» «Новакор» стоит 400 тысяч долларов. С ней можно целый год дома ждать операции.

В кейсе-чемоданчике «Новакора» находятся два пластмассовых желудочка. На отдельной тележке — наружный сервис: компьютер управления, монитор контроля, который остается в клинике на глазах у врачей. Дома с больным — блок питания, аккумуляторные батареи, которые сменяются и подзаряжаются от сети. Задача больного — следить за зеленым индикатором ламп, показывающих заряд аккумуляторов.

Аппараты «Искусственная почка» работают уже довольно давно и успешно применяются медиками.

Еще в 1837 году, изучая процессы движения растворов через полупроницаемые мембраны, Т. Грехен впервые применил и ввел в употребление термин «диализ» (от греческого dialisis — отделение).

Первые голограммы получил в 1947 году венгерский физик Деннис Габор, работавший тогда в Англии. Это название восходит к словам «холос» (весь, полностью) и «грамма» (написание). До изобретения венгерского ученого любая фотография была плоской. Она передавала лишь два измерения предмета. Глубина пространства ускользала от объектива.

В поисках решения Габор отталкивался от одного известного факта. Лучи света, отброшенные трехмерным объектом, достигают фотопленки в разные моменты времени. И все они проделывают различный путь за разное время. Говоря научным языком: все волны приходят с фазовым смещением. Смещение зависит от формы предмета. Ученый пришел к выводу, что объем любого предмета можно выразить через разность фаз отраженных световых волн.

«Конечно, человеческий глаз не в состоянии уловить это запаздывание волн, — пишет в журнале «Всемирный следопыт» Николай Малютин, — ибо оно выражается в очень маленьких промежутках времени. Данную величину надо преобразовать в нечто более осязаемое, например в перепады яркости. Это и удалось ученому, прибегнувшему к одному трюку. Он решил наложить волну, отраженную от предмета — то есть искаженную — на попутную ("опорную") волну. Происходила "интерференция". Там, где встречались гребни двух волн, они усиливались — там появлялось светлое пятно. Если же гребни волны накладывались на впадину, волны гасили друг друга, там наблюдалось затемнение. Итак, при взаимном наложении волн возникает характерная интерференционная картина, чередование тонких линий, белых и черных. Эту картину можно запечатлеть на фотопластинке — голограмме. Она будет содержать всю информацию об объеме предмета, попавшего в объектив.

Чтобы "объемный портрет" получился очень точным и детальным, надо использовать световые волны одинаковой фазы и длины. При дневном или искусственном освещении такой фокус не пройдет. Ведь свет обычно представляет собой хаотическую смесь волн разной длины. В нем есть все краски: от коротковолнового голубого излучения до длинноволнового красного. Эти световые компоненты самым причудливым образом сдвинуты по фазе».

Поскольку источников когерентного света в то время не существовало, ученый использовал излучение ртутной лампы, «вырезав» из него с помощью различных ухищрений очень узкую спектральную полоску. Однако мощность светового потока при этом становилась такой мизерной, что на изготовление голограммы требовалось несколько часов. Само качество голограмм оказалось весьма низким. Причины были в несовершенстве и источника света, и самой оптической схемы записи. Дело в том, что при записи голограммы возникает сразу два изображения по разные стороны пластинки.

У венгерского ученого одно из них всегда оказывалось на фоне другого, и при их фотографировании резким оказывалось только одно изображение, в то время как второе создавало на снимке размытый фон. Чтобы в таком случае увидеть изображение на голограмме, ее нужно просветить насквозь излучением той же длины волны, которая применялась при записи. Но есть и очевидное преимущество: такое объемное изображение создается любым, даже самым маленьким участком голограммы-пластинки, вследствие того, что луч, рассеиваемый каждой точкой предмета, освещает голограмму полностью. Выходит, любая ее точка хранит информацию обо всей освещенной поверхности объекта.

Появление лазера дало новый толчок развитию голографии, поскольку его излучение обладает всеми необходимыми качествами: оно когерентно и монохроматично. В 1962 году в США физики Эммет Лейт и Юрис Упатниекс создали оптическую схему топографической установки, которая с некоторыми изменениями используется до сих пор. Для того чтобы устранить наложения картинок, лазерный луч расщепляют на два и направляют на пластинку под разными углами.

Вплоть до начала XIX века уголь и руду с шахт и рудников вывозили по чугунным рельсам. Груженые и порожние вагоны передвигались лошадьми. Первыми локомотивами были паровозы. Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был построен англичанином Р. Тревитиком в 1803 году для одного из рельсовых путей в шахте. Вслед за ним построили паровозы и другие изобретатели, но широкого практического применения эти паровозы не получили. Наиболее удачным оказался паровоз Дж Стефенсона, построенный в 1814 году. В 1829 году паровоз Стефенсона «Ракета» победил паровозы других конструкторов на состязании в Ренхилле, целью которых было выбрать наилучшую конструкцию паровоза для железной дороги Ливерпуль — Манчестер. Дж. Стефенсон стал родоначальником железнодорожного транспорта. В XX столетии паровозы строились во многих странах. В России первый паровоз был построен в 1834 году отцом и сыном Е.А. и М.Е. Черепановыми.

Первый электровоз был построен в середине 1890-х годов в США. То был электровоз постоянного тока, получавший энергию от тяговых подстанций.

В СССР первая электрифицированная железнодорожная линия с моторвагонными электропоездами появилась в 1926 году, первые электровозы — в 1933 году.

Со временем электрическая и тепловозная тяга вытеснила паровую почти со всех многочисленных магистралей нашей страны.

Железная дорога получает электроэнергию с крупных электростанций. Трехфазный ток высокого напряжения с них поступает на подстанции и там преобразуется в ток, нужный для тяги.

В первые годы электрификации пригородных участков железных дорог СССР с тяговых подстанций подавался постоянный ток напряжением 1500 В в медный контактный провод, подвешенный над рельсовым путем, а на первых магистральных участках применялся постоянный ток напряжением 3000 В. В 1960–1970-е годы стали на вновь электрифицируемых железных дорогах применять переменный однофазный ток частотой 50 Гц повышенного напряжения (25 кВ). Это дало возможность строить тяговые подстанции не через 20–30 километров, как при постоянном токе, а через 60–70 километров, то есть уменьшить вдвое-втрое их число, а подстанции делать более простыми и дешевыми. Повышенное напряжение позволяет уменьшить сечение контактного провода, требующего много меди. Это удешевляет контактную сеть.

На крыше электровоза укреплены токоприемники — пантографы, которые прижимаются к контактному проводу и передают электрический ток к тяговым двигателям электровоза.

Двигатели расположены под кузовом электровоза на каждой его оси. Первые отечественные электровозы имели 6 осей, размещенных в 2 трехосных тележках, значит, и 6 двигателей. Позднее стали выпускаться электровозы более мощные, с 8 осями в 4 двухосных тележках и с двигателями. Каждый двигатель с помощью системы зубчатых передач вращает «свою» колесную пару и тем самым приводит электровоз в движение. Ток, пройдя через пантограф к тяговым двигателям и совершив в них работу, уходит частью в рельсы, служащие вторым проводом, и затем через отсасывающие провода возвращается на тяговую подстанцию.

Большое достоинство электровоза — экономичность. Во время движения под уклон его двигатели работают как генераторы электрического тока, который поступает обратно в сеть. Такой режим называется рекуперационным (от латинского слова «recuperatio» — «обратное получение») торможением. Коэффициент полезного действия электровоза при этом достигает 88–90 процентов.

Кузов электровоза похож на вагон. На обоих его концах находятся кабины управления. Это позволяет электровозу двигаться в любом направлении — машинист должен лишь перейти из одной кабины в другую. У восьмиосных электровозов два кузова, соединенных друг с другом закрытым переходом.

С началом «холодной войны» правительство США, возглавляемое Г. Трумэном, приняло стратегию «массированного воздействия», основанную на монополии на атомную бомбу и превосходстве над СССР в средствах ее доставки — стратегических бомбардировщиках. Их парк принялись спешно обновлять.

Однако в 1949 году атомной бомбой обзавелся и СССР. Только у него еще не было современных носителей — дальний бомбардировщик Ту-4 представлял собой копию устаревшего американского B-29 времен Второй мировой войны.

13 июля 1944 в личном и строго секретном послании премьер-министр У. Черчилль сообщал маршалу И. Сталину, что, видимо, Германия располагает новым ракетным оружием, которое представляет серьезную угрозу для Лондона, и просил допустить английских специалистов на испытательный полигон в Польше, который находился в районе наступления советских войск. В Польшу срочно выехала группа советских специалистов по ракетам.

Создание дальнобойных ракет началось в Германии в 1930-е годы. К 1938 году на острове Пенемюнде, близ побережья Балтийского моря, был построен исследовательский центр с опытной станцией и заводом. Заводы, в том числе крупные подземные, находившиеся в Нордхаузене, выпускали в 1944–1945 годы по 25–30 ракет А-4 («Фау-2») в сутки! К концу Второй мировой войны было изготовлено более тысячи таких снарядов.

Точность попадания немецких ракет оставляла желать лучшего, но на практике были отработаны и испытаны сложные системы управления, наведения и контроля полета. Этим воспользовались советские ученые при проектировании стратегических межконтинентальных баллистических ракет.

Первый советский наземный комплекс с баллистической ракетой Р-1 был создан ОКБ-1 под руководством С.П. Королёва и принят на вооружение 28 ноября 1950 года. На ракете Р-1 был установлен жидкостный реактивный двигатель (ЖРД) типа РД-100. 75 процентов топлива составлял спирт, а остальное — жидкий кислород. Его тяга равнялась 267 кН, масса — 13 тоннам, дальность — 270 километрам.

В начале 1950-х годов в Днепропетровске был создан государственный союзный завод № 586, в дальнейшем «Южмаш», он стал выпускать ракеты Р-1 и Р-2.

Пришедший к власти в 1953 году Н.С. Хрущев сделал ставку на ракетную технику. К 1956 году завершилась работа над баллистической Р-5М средней дальности, оснащенной ядерной боеголовкой, через четыре года на боевое дежурство поставили уже межконтинентальную Р-7А. Изготовленная по пакетной схеме, она предназначалась для поражения объектов, находящихся в 9500 километрах от огневой позиции. Именно эта ракета в августе 1957 года вывела в околоземное пространство первый в истории искусственный спутник, а в апреле 1961 года — корабль с первым в мире космонавтом на борту — Ю.А. Гагариным. Годом раньше на вооружение поступила баллистическая Р-12 средней дальности. Все они запускались с наземных установок, а время подготовки к пуску исчислялось часами.

Следом за американцами в СССР началось строительство подводного ракетоносца, на котором три ракеты (морской вариант Р-11) размещались на дизель-электрической лодке.

К концу 1950-х годов Советский Союз обладал межконтинентальными баллистическими ракетами, войска противовоздушной обороны были оснащены сверхзвуковыми высотными перехватчиками и зенитными ракетными комплексами.

В середине 1950-х годов президент США Д. Эйзенхауэр принял стратегию достижения превосходства над СССР в ядерном оружии и средствах его доставки.

В 1989 году фабрика «Свема» выпустила последнюю партию любительской кинопленки формата 8 миллиметров, пять лет назад закрылась последняя лаборатория по проявке этой пленки, а чуть позже из продажи исчезли и все необходимые химикаты… Так, на наших глазах, завершилась эпоха домашней киносъемки и наступила эра любительского видео. Похоже, такая же участь ожидает вскоре и любимую фотографию.

В этом убеждают последние успехи в создании высококачественных и уже не очень дорогих электронных цифровых камер.

Приехав на ежегодную встречу одноклассников, собравшихся со всей страны, можно достать цифровую камеру, внешне похожую на обычный фотоаппарат, и сделать два-три десятка снимков. Однако, усомнившись в композиции какого-то группового кадра, можно быстро решить, не переснять ли этот сюжет. Для этого достаточно посмотреть кадр на жидкокристаллическом дисплее, встроенном в заднюю стенку камеры.

А, возвращаясь домой, можно вынуть из камеры диск памяти размером с кредитную карточку и вставить в свой портативный ноутбук, чтобы на его экране проверить качество изображений в полном формате и цвете. Тут же можно откорректировать снимки. Некоторые осветлить, другим добавить теплых тонов, а у третьих изменить масштаб. Для этого используется программа обработки графических файлов. При желании можно тут же отправить снимок любому бывшему однокласснику…

Описанное выше — уже не фантастика. В итоге от старых навыков фотографу остаются, пожалуй, только манипуляции с объективом да нажатие на спуск. Да и как иначе, если речь идет об изменении самой информационной сущности фотографии — переходе от аналоговых процессов получения и обработки изображений к цифровым?

Между прочим, еще недавно такой переход не казался неизбежным даже при замене «фотохимии» на электронику. До самого последнего времени вполне реальной технической базой электронной фотографии многие фирмы считали также магнитную видеозапись в телевизионном формате, то есть процесс аналоговый. И не просто считали, а выпустили на этой основе вполне работоспособные аппараты.

Путь к современному цифровому фотоаппарату был упорным восхождением по иногда весьма каменистой тропе. Первыми стали устройства с формированием изображений на матрице ПЗС и последующей аналоговой записью на магнитную ленту — по типу видеокамер. Полученные фотокадры копировались затем на специальную видеодискету.

Устройства, создающие и запоминающие изображение в «чисто компьютерном» цифровом формате, были созданы в начале 1990-х годов. В них использовались те же элементы компьютеров типа «лап-топ» и ноутбук. Сделанные в виде прямоугольных пластинок размером с кредитную карточку, с разъемами на торце, они вставляются в специальные порты указанных компьютеров. Кроме дополнительных блоков памяти это могут быть, например, и такие устройства, как факс-модем, жесткий диск, звуковая карта. Неуклонное падение стоимости элементов и устройств цифровой памяти при росте их удельной емкости, удешевление компакт-дисков, быстрый прогресс методов обработки и сжатия видеофайлов и т.д. — все это окончательно сделало «базовым» в данной области цифровой прибор — компьютер, а не видеомагнитофон и не телевизор.

Настоящий перелом в цифровой фотографии произошел в августе 1997 года, когда корпорации «Fuijtsu Microelectronics» — «Фуджитцу» и «Sierra Imaging» — «Сьерра» подписали соглашение о совместных разработках в области производства схемотехники для обработки цифровых изображений.