Автор: Аксёнова М.
Теги: издания для определенного назначения инженерное дело техника в целом справочные пособия по техническим наукам детская литература энциклопедия для детей
ISBN: 5-8483-0011-9
Год: 1999
Текст
ЭНЦИКЛОПЕНИЯ
УДК 087.5:62(031) ББК 30я2
TNITED NATIONS EDICATIONAI SCIENTIFIC ANDCILTVRAL ORGANIZATION
IIEStl
INTERNATIONAL CENIERDf EDLRATIONAL SYSTEMS
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЦЕНТР ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ
CENTRE INTERNATIONAL DES SYSTEMES DEDICATION
ICES
МЕЖДУНАРОДНАЯ КАФЕДРА-СЕТЬ UNESCO/IC* "ПЕРЕДАЧА ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ"
Рекомендовано Международным центром обучающих систем (МЦОС) и международной кафедрой-сетью ЮНЕСКО МЦОС в
качестве учебного пособия.
Все тома, вышедшие в серии «Энциклопедия для детей», рекомендованы Департаментом общего среднего образования
Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации.
Ассоциация книгораспространителей Независимых Государств. Московский городской Дворец творчества детей и
юношества. Московский детский фонд. Государственная республиканская детская библиотека наградили в конкурсе на
лучшую книгу года издательское объединение «Аванта+ » дипломом от 29.03.99 за лучший издательский проект года для
детей и юношества.
За профессиональное издательско-полиграфическое исполнение «Энциклопедии для детей» Государственный комитет
Российской Федерации по печати наградил «Издательский центр ..Аванта+ "» дипломом от 04.09.97.
Оргкомитет XI Московской Международной книжной ярмарки. Генеральная дирекция международных книжных выставок и
ярмарок наградили издательское объединение «Аванта+ » дипломом от 02.09.98 как победителя в номинации «Самый
массовый познавательный проект 1998».
Энциклопедия для детей. Т. 14. Техника / Глав. ред. Э68 М.Д. Аксёнова. — М.: Аванта+, 1999. — 688
с.: ил.
ISBN 5-8483-0011-9 (т. 14) ISBN 5-8483-0001-1
В томе «Техника» серии «Энциклопедия для детей» рассказывается о многообразном и сложном мире техники — от чопперов
из Олдувайского ущелья до космических кораблей. Особенно полно описана современная техника — автомобили, самолёты,
компьютеры, научные приборы, военная техника. Усвоить информацию помогают красочные иллюстрации, большая часть
которых выполнена специально для этого тома. Книга адресована школьникам и студентам.
УДК 087.5:62(031) ББК 30я2
«Издательский центр .Аванта+"» является правообладателем настоящего издания. Использование издания в целом или любой
его части без разрешения «Издательского центра ,.Аванта+"» влечёт ответственность в соответствии с действующим
законодательством.
ISBN 5-8483-0011-9 (т. 14) ISBN 5-8483-0001-1
«Издательский центр ,.Аванта+"». 1999
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ДЛЯ ДЕТЕЙ Т. 14. ТЕХНИКА
Совет директоров
М. Аксёнова Г. Храмов
Главный редактор
М. Аксёнова
Главный художник
Е. Дукельская
Методологический редактор тома
В. Володин
Ведущие научные редакторы тома
Б. Козлов
С. Транковский
Ответственные редакторы тома
И. Кудрявцева И. Русецкая
Редактирование и корректура
С. Суставова —
начальник отдела О. Еремеева —
старший редактор И. Антонова — редактор С. Бардина — редактор Е. Чеканова — редактор И.
Горовая — корректор И. Леонтьева — корректор
А. Русакова — корректор
В. Рябцева — корректор Л. Антонова — редактор
проверки
Художественный редактор
М. Ефременко
Подбор иллюстраций
А Пущина М. Радина В. Доброхотова М. Шенгелия
Изготовление оригинал-макета
Л. Харченко К. Иванов
А. Володарский Р. Сурин
Набор и считка
М. Кудрявцева —
начальник отдела Ю. Антонова Ю. Ашмарина Н. Гольдман О. Демидова Н. Липатова Т.
Поповская И. Самсонова Ф. Тахирова Е. Терёхина Н. Шевердинская О. Шевченко
Координатор
О. Торгуй
Директор
по производству
И. Кошелев
Технолог производства
Т. Любцова
Художники
М. Аверьянов
В. Бадалов
С. Балакин А Беседина М. Дмитриев А. Евдокимов А Краснов Н. Краснова Ю. Левиновский А.
Рожнов
Е. Сурикова С. Товстиади 3. Флоринская
А. Шечкин Ю. Юров
Фотографы
С. Александров 3. Василия Г. Вильчек М. Глазов Г. Дерновой Ю. Егоров П. Кривцов
В. Леонов Ю. Любцов
Г. Макарычев
А Миньков С. Перов И, Пискарев В. Родькин
В. Руйкович О. Синицына И. Стин
А. Фирсов И. Фирсов М. Фролов Д. Хазанов
С. Цветков
Т. Шахвердиев Б. Шехватов
Фотографии
и изобразительные
материалы предоставлены
Музеем М.В. Ломоносова (Санкт-Петербург); Политехническим музеем; Библиотекой Политех-
нического музея; Архивом Института истории материальной культуры; Институтом истории
естествознания и техники РАН; Музеем книги; Государственным Эрмитажем; агентством
«Фото ИТАР-ТАСС»; Архивом РАН; «Первой Образцовой типографией»; Музеем Революции;
Дмитровским историко-художественным музеем; Российской государственной библиотекой;
Музеем Вооружённых сил; Комитетом по метеоритам РАН; НПО «Машиностроение»; А.
Блохом; А. Гапоном; 3. Ивановой; А Красновым; И. Леоновой; Ю. Мазуровым; В. Рудаковым;
А. Сагаловичем; С. Транковским; С. Цветковым; Л. Шугуровым
Суперобложка
А. Рожнов 10. Юров
Шмуцтитулы
Е. Дукельская
«Аванта+» благодарит Национальное управление по аэронавтике и исследованию кос-
мического пространства США (NASA), Гидрометцентр России, НПО «Молния», А. Власова, Г.
Иванько, О. Севастьянову
«Всемирная история»
«Биология* «География* «Геология»
„ «Религии мира»
Релит ии мира» . '
, ,, (часть 2)
(часть 1)
«Астрономия»
«Искусство»
«Языкознание. «Математика» «Искусство» (часть 2)
Русский язык»
(часть I)
•Русская литература»
литература» (часть 2)
(часть 1)
«Страны. Каролы.
Цивилитаиии»
«Россия: физическая
и экономическая
теография»
«Техника»
СОДЕРЖАНИЕ
Издательство
К читателю (Гурген Григорян, Борис Козлов, Виктор Володин)........5
ИСТОРИЯ ТЕХНИКИ
НА ЗАРЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ
Когда и как возникла техника (Борис Козлов)................12
Орудия труда каменного века (Наталья Леонова)..............20
Что было после каменного века (Борис Козлов)...............32
Технические достижения древних земледельческих цивилизаций (Борис Козлов).34
Техника Древней Греции и Рима (Леонид Жмудь)...............45
Дополнительные очерки
Сколько лет находке? (Борис Козлов) — 16.
Уиллард Фрэнк Либби (Борис Козлов) — 17.
Что такое «моральное старение» (Борис Козлов) — 19.
Так ли примитивно ручное рубило (Наталья Леонова) — 23.
Плетение и ткачество (Наталья Леонова) — 28.
Керамика (Наталья Леонова) — 31.
Неолитическая революция (Наталья Леонова) — 32.
Колесо и колёсная повозка (Борис Козлов) — 35.
Спор между Мотыгой и Плугом (Борис Козлов) — 36.
Шадуф и водоподъёмное колесо (Борис Козлов) — 39.
Существуют ли загадки пирамид? (Борис Козлов) — 40.
Организация труда (Борис Козлов) — 41.
«Вторая природа» (Леонид Жмудь) — 45.
Архимед (Борис Козлов) — 48.
Водяная помпа (Леонид Жмудь) — 51.
Водяные часы Ктесибия (Леонид Жмудь) — 51.
«Такова природа механики,,,» (из «Математического собрания» греческого ученого Паппа
Александрийского) — 52.
Античные суда (Владимир Краснов) — 58.
СРЕДНИЕ ВЕКА И ВОЗРОЖДЕНИЕ
Техника Востока и Запада. Место встречи — Европа (Дмитрий Баюк)....61
Мастера и подмастерья (Дмитрий Баюк).....................70
Технические идеи эпохи Возрождения (Дмитрий Баюк).............72
Взлёт и падение мануфактуры (Борис Козлов).................78
Дополнительные очерки
Компас (Борис Козлов) — 62.
Великий мечтатель (Дмитрий Баюк) — 63.
Мельницы в Средние века (Борис Козлов) — 64.
Средневековое морское судоходство (Борис Козлов) — 66.
«Регистры ремёсел и торговли города Парижа». О сукноделах (Борис Козлов) — 71.
Порох и огнестрельное оружие (Дмитрий Баюк) — 73.
Великий инженер и живописец Леонардо да Винчи (Дмитрий Баюк) — 77.
НАУКА И ТЕХНИКА НОВОГО ВРЕМЕНИ
Научная революция XVII века (Борис Козлов).................80
Промышленный переворот (Борис Козлов)....................88
Кто изобрёл конвейер? (Борис Козлов)....................100
Дополнительные очерки
Лейденская банка (Борис Козлов) — 86.
Изобретение вакуумного насоса (Василий Борисов) — 91.
Токарь императора (Борис Козлов) — 93.
Русский механик и инженер Иван Кулибин (Борис Козлов) — 94.
От паруса к паровой машине (Владимир Краснов) — 96.
Что такое индустриализация (Борис Козлов) — 98.
«Титаник» (Михаил Дмитриев) — 100.
МИР СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
ЧТО ТАКОЕ СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИКА
Кто открыл дорогу современной технике (Борис Козлов).......104
Электротехника, которая изменила мир (Алексей Кротов)........111
Электронные приборы (Василий Борисов).................120
Радиолокация в годы войны и мира (Василий Борисов).........128
Лазерная техника и технология (Сергей Транковский).........131
Пионеры ракетно-космической техники (Василий Борисов)......139
Дополнительные очерки
Томас Эдисон (Василий Борисов) — 106.
Александер Белл (Василий Борисов) —108.
Вильгельм Конрад Рентген (Василий Борисов) — 110.
Изобретение электрической сварки (Василий Борисов) — 113.
Борис Семёнович Якоби (Екатерина Будрейко) — 115.
Изобретение электродвигателя (Василий Борисов) — 116.
Никола Тесла — исследователь и мечтатель (Василий Борисов) — 118.
Изобретение радио (Василий Борисов) — 124.
Жидкие кристаллы (Борис Козлов) — 126.
Как работает радиолокатор (Сергей Транковский) — 129.
ТЕХНИКА И НАУКА
Что такое фундаментальные и прикладные науки (Сергей Транковский)....142
Техника для исследования структуры материи (Сергей Транковский, Анна Шишлова,
Геннадий Дерновой).................................145
Нанотехника — технология настоящего и будущего (Сергей Транковский)..157
Технические средства исследования недр Земли (Виктор Хмелевской, Виктор Калинин) ..162
Как люди узнают тайны океана (Борис Шехватов)..................170
Техника для исследования атмосферы (Станислав Перов)...........175
Биосфера и средства её изучения (Василий Борисов)..............182
Техника космических исследований (Сергей Транковский)..........184
Международная космическая станция (Владимир Максимовский)..........193
Технология в космосе (Сергей Александров)...................195
Дополнительные очерки
Степан Тимошенко (Василий Борисов) — 143.
Изготовление реплик (Анна Шишлова) — 148.
Растровый ультразвуковой микроскоп (Анна Шишлова) — 148.
«Живые» магниты (Анна Шишлова) — 151.
Мотор размером с молекулу и «разумная пыль» (Юрий Фролов) — 158.
Аппаратура для обработки геофизических данных (Виктор Хмелевской, Виктор Калинин) — 163.
Геофизические исследования скважин (Виктор Хмелевской, Виктор Калинин) — 165.
«Мир» (Борис Шехватов) — 174.
Чтобы составить точный прогноз погоды... (Ирина Мерцалова) — 176.
Щит Земли (Станислав Перов) — 178.
«Вояджер» (Сергей Александров) — 186.
Программа «Аполлон» (Владимир Максимовский)— 188.
Станция «Мир» (Владимир Максимовский)— 190.
«Марс Патфайндер» (Сергей Транковский)— 192.
Инструмент для космонавтов (Сергей Александров) — 196.
Космический радиотелескоп КРТ (Сергей Александров) — 197.
ВЕЩЕСТВО И ЭНЕРГИЯ
Добыча природных веществ и превращение их в материалы (Юрий Кривоносов).199
Конструкционные материалы (Сергей Евсюков).....................207
Гальванотехника (Екатерина Будрейко).........................211
Материал-универсал (Давид Рохленко)........................212
Алмазы в технике (Сергей Евсюков)..........................220
«Товарищество братьев Нобель» в России (Абрам Блох)...............222
Энергетика сегодня и,,, всегда (Алексей Кротов)................224
Как была изобретена паровая турбина (Василий Борисов).............227
Тепловая электростанция: и светит, и греет (Григорий Полевичек)......229
Атомные электростанции (Сергей Транковский)....................230
Работает вода (Григорий Полевичек).........................231
Гидроэлектростанция на Гольфстриме (Давид Рохленко)...............235
Энергия ветра (Юрий Фролов).............................238
Геотермальные электростанции (Давид Рохленко)..................240
Солнце, свёрнутое бубликом (Дмитрий Баюк)......................241
«Водородная экономика» (Борис Козлов)........................245
Энергия из космоса (Сергей Александров)......................246
Вечный соблазн вечного движения (Сергей Транковский)..............248
Дополнительные очерки
Доменная печь (Юрий Кривоносое) — 200.
Прокатный стан (Юрий Кривоносое) — 204.
Конвертер (Юрий Кривоносое) — 204.
Что такое металлы (Юрий Кривоносое) — 210.
Топливные элементы (Алексей Кротов) — 226.
Приливные электростанции (Давид Рохленко) — 233.
ОТ ЗАМЫСЛА ДО МАШИНЫ
Как создаётся техника (Александр Аристов)....................255
Дизайн (Игорь Зайцев)................................263
Машины делают машины (Александр Аристов).....................267
Роторно-конвейерные линии академика Кошкина (Сергей Александров).....271
Патентное право (Борис Козлов)..........................273
Дополнительные очерки
Язык чертежа (Александр Аристов) — 256.
Деталь и её чертёж (Сергей Транковский) — 257.
Понятие об измерениях (Александр Аристов) — 260.
Что такое качество (Александр Аристов) — 262.
Стайлинг (Александр Краснов) — 264.
Вторая жизнь машин и их деталей (Сергей Евсюков) — 268.
Из истории патентного права (Борис Козлов) — 274.
Как Утёнок Дональд стал изобретателем (Сергей Транковский) — 2 74.
Бесполезные изобретения (Юрий Фролов) — 2 75.
Сколько стоит «ноу-хау» (Борис Козлов) — 276.
ИНФОРМАЦИЯ И СВЯЗЬ
Почта, телеграф, телефон,,, (Сергей Александров).............278
Чем люди пишут (Сергей Евсюков).........................281
Как сегодня печатают книги (Елена Павлова, Игорь Кошелев)..........283
Компьютеры (Николай Хохлов).............................290
Компьютерные сети (НиколайХохлов)........................301
Сеть сетей (Николай Хохлов).............................304
Дополнительные очерки
Почему мобильный телефон называется сотовым? (Сергей Александров) — 281.
Линотип (Борис Козлов) — 285.
Ризограф — маленькая типография (Елена Павлова) — 286.
Ксерокопирование (Семён Федосеев) — 288.
Не то карты, не то платы (Николай Хохлов) — 295.
Принтеры (Семён Федосеев) — 296.
Модем (Николай Хохлов) — 299.
ДВИЖЕНИЕ — ЭТО ЖИЗНЬ
Автомобиль (Лев Шугуров)..............................308
Рождение автомобиля (Василий Борисов)....................329
Автомобиль будущего (Лев Шугуров)........................335
Велосипед (ОлегКурихин)..............................337
Мотоцикл (Олег Курихин)..............................340
Трамвай, троллейбус, фуникулёр (Алексей Ардашев).............346
Железнодорожный транспорт (Николай Кудрявцев)................350
Магнитоплан (Сергей Александров).........................361
Подземный городской транспорт (Елена Павлова)................363
Суда и корабли (Сергей Балакин).........................365
Морские суда (Владимир Краснов).........................372
Речные суда (Сергей Балакин)..........................380
Техника для навигации (Владимир Краснов)....................388
Порты и доки (Владимир Краснов).......................393
Гражданская авиация (Сергей Цветков).....................396
После войны..............................................410
Авиация в СССР...........................................416
Вертолёты (Вадим Михеев)..............................423
Экраноплан и экранолёт (Юрий Макаров)....................427
Дирижабль (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая)................428
Транспорт «Земля—космос» (Сергей Александров)...................439
Дополнительные очерки
«Что в имени тебе моём...» (Лев Шугуров) — 309.
Гоночные автомобили (Лев Шугуров) — 312.
Специальные автомобили (Лев Шугуров) — 316.
Стальной конь (Елена Павлова) — 318.
Сельскохозяйственные комбайны (Елена Павлова) — 321.
Дифференциал (Лев Шугуров) — 322.
Автомобильные двигатели (Лев Шугуров) — 324.
Сцепление (Лев Шугуров) — 327.
Подвеска (Лев Шугуров) — 327.
Гидропривод (Лев Шугуров) — 328.
«Самоход вполне русского производства» (Олег Курихин) — 331.
Рудольф Дизель (Василий Борисов) — 333.
Из истории железных дорог (Николай Кудрявцев) — 351.
Туннель под Ла-Маншем (Михаил Дмитриев) — 359.
Железные дороги некоторых зарубежных стран (Николай Кудрявцев) — 360.
Учебные парусные суда (Сергей Балакин) — 368.
Яхты (Владимир Краснов) — 369.
Якоря (Сергей Балакин) — 3 72.
«Голубая лента Атлантики» (Сергей Балакин) — 373.
Промысловые суда (Сергей Балакин) — 375.
Суда на воздушной подушке (Сергей Балакин) — 382.
Суда на подводных крыльях (Сергей Балакин) — 384.
Шлюзы (Владимир Краснов) — 387.
Маяки (Владимир Краснов) — 390.
Авиация два тысячелетия назад (Сергей Транковский) — 396.
Братья Уилбер и Орвилл Райты (Василий Борисов) — 398.
Покорение Атлантики (Сергей Цветков) — 401.
Как устроен самолёт (Анатолий Маркуша) — 402.
Многомоторные самолёты и русские авиаконструкторы (Василий Борисов) — 404.
Кто быстрее? (Сергей Цветков) — 406.
Пассажирский самолёт Ли-2 (Игорь Боечин) — 416.
Оранжевый «чёрный ящик» (Генри Лифшиц) — 418.
Пассажирский самолёт Ту-334 (Игорь Боечин) — 420.
Ил-96Т (Игорь Боечин) — 420.
Амфибия Бе-200 (Игорь Боечин) — 423.
Вертолёт Ми-8 (Игорь Боечин) — 425.
От игрушки к вертолёту (Валим Михеев) — 426.
Рождение воздухоплавания (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая) — 429.
«Летучая барка» (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая) — 430.
К Луне на пузырях и бутылках (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая) — 430.
«Аэростат металлический управляемый» (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая) — 431.
Военная «профессия» дирижабля (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая) — 434.
Гибель дирижаблей-гигантов (Михаил Павлушенко, Ирина Русецкая) — 436.
Дирижабли «Аэростатика» (Александр Кирилин) — 437.
«Союз-У» (Сергей Александров) — 440.
«Протон» (Сергей Александров) — 441.
Сверхтяжёлый ракета-носитель Н1 (Сергей Александров) — 442.
«Сатурн-5» (Сергей Александров) — 442.
ОТ РАЗВЛЕЧЕНИЯ К УВЛЕЧЕНИЮ
Фотографическая техника (Сергей Транковский)...................444
Голография — «полная запись» (Сергей Транковский)................452
24 кадра в секунду (Сергей Транковский)......................457
Техника телевидения (Александр Ганон)........................459
Эволюция кинозвука (Игорь Киселёв)..........................470
Аудиотехника. От Hi-Fi к Hi-End (Александр Ганон) ................473
Лазерный диск (Елена Павлова)............................478
Электромузыкальные инструменты и синтезаторы (Александр Ганон).........480
«Художества огненныя», или фейерверки (Алексей Ардашев).............484
Дополнительные очерки
Будущее голографии (Сергей Транковский) — 456.
Кабельное телевидение (Александр Ганон) — 460.
Устройство кинескопа — телевизионной трубки (Александр Ганон) — 462.
Механическое телевидение (Александр Гапон) — 463.
Владимир Зворыкин (Василий Борисов) — 464.
Устройство иконоскопа (Александр Ганон) — 465.
Видеотехника (Сергей Транковский) — 466.
Компакт-диски XXI века (Елена Павлова) — 479.
Что такое MIDI (Александр Ганон) — 483.
Как устроен фейерверк (Алексей Ардашев) — 487.
ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Чем воюет пехота (Семён Федосеев)...........................488
Стрелковое оружие. Взгляд изнутри (Семён Федосеев).................498
Военная техника сухопутных войск XXI века (Семён Федосеев)............505
Стена огня (Алексей Ардашев).............................509
Какая бывает артиллерия (Семён Федосеев)......................513
Самоходные артиллерийские установки (Василий Маликов)..............518
Боевые ракеты (Сергей Александров)......................523
Танки (Игорь Шмелёв)................................528
Бронеавтомобили (Игорь Шмелёв)..........................538
Техника инженерных войск (Алексей Ардашев)...................544
Наземное минное оружие (Владимир Краснов)....................547
Техника воздушно-десантных войск (Сергей Александров)............550
Военная авиация (Сергей Цветков)........................555
Оружие противовоздушной обороны (Сергей Александров, Семён Федосеев).....577
Военно-морской флот (Сергей Балакин).....................581
Надводные корабли (Сергей Балакин).......................582
Подводные лодки (Игорь Боечин)...........................594
Морское оружие (Сергей Балакин)..........................604
Оружие массового поражения (Владимир Краснов)................609
Техника «тайной войны» (Алексей Ардашев).....................614
Дополнительные очерки
Оружие, покорившее мир (Семён Федосеев) — 490.
Какое ещё бывает оружие? (Семён Федосеев) — 494.
Гранатомёт «Муха» (Игорь Боечин) — 495.
Гранатомёт «Таволга» (Игорь Боечин) — 495.
Калибры (Семён Федосеев) — 498.
Патроны (Семён Федосеев) — 500.
Автомат АЕК (Игорь Боечин) — 505.
Штурмовая «Гроза» (Игорь Боечин) — 506.
Снайперское крупнокалиберное оружие (Игорь Боечин) — 506.
Электромагнитные ускорители (Семён Федосеев) — 507.
«Стволы для космонавтов» (Игорь Боечин) — 508.
Чем стреляет артиллерия (Семён Федосеев) — 514.
Огонь на войне (Алексей Ардашев) — 516.
Самодвижущиеся орудия (Василий Маликов) — 519.
История боевых ракет (Сергей Транковский) — 524.
Зенитная ракета 9М96Е (Сергей Александров) — 52 7.
Что дальше? (Сергей Александров) — 551.
Несколько слов о вертолётах (Сергей Александров) — 552.
Броня «крылатой пехоты» (Сергей Александров) — 554.
Палубная авиация (Сергей Цветков) — 559.
Первое управляемое оружие (Сергей Цветков) — 562.
Воздушные танкеры (Сергей Цветков) — 566.
Су-ЗОМК (Игорь Боечин) — 570.
Боевые вертолёты Ка-50 и Ка-52 (Сергей Транковский) — 572.
Вертолёт Ка-60 (Сергей Александров) — 573.
Авиация XXI века (Сергей Цветков) — 5 74.
Истребитель Су-37 «Беркут» (Игорь Боечин) — 576.
«Чёрная птица» (Сергей Цветков) — 577.
Два поколения российских зенитных ракетных комплексов (Сергей Александров, Семён Федосеев)
— 578.
Боевые корабли речных флотилий (Сергей Балакин) — 589.
Что есть что (Игорь Боечин) — 596.
Шестовые мины (Сергей Балакин) — 608.
Как отравили Балтику (Владимир Краснов) — 610.
Уничтожение химического оружия (Владимир Краснов) — 611.
Где испытывали ядерное оружие (Владимир Краснов) — 612.
Ксерокс с «закладкой» (Юрий Фролов) — 617.
Туннель под границей (Алексей Ардашев) — 619.
Стреляющий портсигар (Игорь Боечин) — 622.
Ручной гранатомёт «Непрядва» (Игорь Боечин) — 623.
КАКАЯ ЕЩЁ БЫВАЕТ ТЕХНИКА
Время, которое всегда с тобой (Григорий Полевичек).............624
Транспорт внутри зданий (Алексей Ардашев)..................627
Прачечная на дому (Григорий Полевичек).....................634
Техника для текстильной промышленности (Евгения Евсюкова).........635
Сапог на конвейере (Елена Якуб).........................643
Полицейская техника (Алексей Ардашев)......................649
Дополнительные очерки
От печи Емелиной к микроволновой (Григорий Полевичек) — 633.
Самовар и электрочайник (Григорий Полевичек) — 633.
Кухонный комбайн (Григорий Полевичек) — 633.
Ковроткачество (Евгения Евсюкова) — 638.
Рентгеновская диагностика (Сергей Александров) — 646.
Ультразвуковая диагностика (Андрей Елков) — 64 7.
Операции без скальпеля (Андрей Елков) — 647.
Если организм не справляется (Сергей Александров) — 648.
«Субмарина» в артерии (Юрий Фролов) — 648.
Электрический автомат (Игорь Боечин) — 649.
Шестизарядный «Носорог» (Игорь Боечин) — 650.
Дубина — оружие правопорядка (Алексей Ардашев) — 652.
ЧЕЛОВЕК, ТЕХНИКА, ПРИРОДА
Человеческие проблемы техники (Борис Козлов)................654
Космическая безопасность (Сергей Александров)...............659
Человек и машина (Алексей Кротов)......................661
Завещание президента Римского клуба (Борис Козлов)...........663
Дополнительные очерки
Цикл Ревнивцева, или Куда денется мусор? (Борис Козлов) — 656.
Эргономика (Борис Козлов) — 662.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Предметный указатель ..............................666
Именной указатель.................................672
Советуем прочитать...............................685
К ЧИТАТЕЛЮ
«Прежде всего, следует сказать, о чём исследование и дело какой оно науки» — так начинается
одна из книг великого энциклопедиста древности, греческого философа Аристотеля. Том,
который вы держите в руках, называется «Техника». И если следовать Аристотелю, нужно
вначале ответить на, казалось бы, простой вопрос: что такое техника? Но сделать это не так-то
легко.
Каждый из возможных ответов по-своему правилен, но не окончателен. Да и как можно
окончательно определить предмет, если он постоянно изменяется, развивается? Может быть, в
тот самый момент, когда вы читаете эти строки, где-то совершается открытие, которое через
какие-нибудь 10— 15 лет коренным образом изменит образ жизни всего человечества.
Мир современной техники не менее многообразен и сложен, чем природный. Но в отличие от
природы этот безграничный мир люди создавали собственными руками, для своих надобностей
на протяжении всей своей истории. Уже самые древние люди умели делать простейшие
технические приспособления. Постепенно, вместе с развитием техники, изменялся и сам
человек.
Если представить историю человечества в виде дороги, где один миллиметр пути соответствует
году, то всё время от возникновения техники (изобретения первых каменных орудий) до наших
дней уложится примерно в три километра. Земледелие и
Техника может представлять собой орудия труда для изготовления других орудий труда в виде
инструментов, машин, производственного оборудования разных типов; к ней относятся также
методы и способы действия. В последнем смысле понятие техники выходит за рамки
инженерной техники: оно охватывает также организационную технику и системотехнику, но,
кроме того, и технику нанесения мазков кистью, которую применяет художник, или технику
дыхания, которую практикует певец, т. е. все специальные методы, позволяющие лучше
достигать чего бы то ни было.
Ханс Закссе, современный немецкий философ
Каждый исторический период может только тогда иметь правильное представление о своей
технике, если он имеет столь же верное представление о человеке и его месте в мире. Если
человек лишь Homo Faber (человек делающий), тогда он крайне опасен. Homo Faber —
полезная составная часть человека, только если и поскольку человек признан как Homo sapiens
(человек разумный).
Алоиз Хунинг, профессор Дюссельдорфского университета (Германия)
5
Если открытое море шумит у ваших неуютных утёсов, вы должны построить волнолом и
создать удобную гавань; если грязь, а за ней болезни опустошат ваши дома, вы должны отвести
к себе воду из горных рек и дать свежему воздуху свободно гулять по улицам города; если от
голода бледнеют чьи-то губы и истощается тело, вы обязаны создать машины, чтобы возделать
степи и осушить болота, заставить колоситься хлеба на прежде бесплодных просторах; вы
должны научиться выжимать мёд и масло из каменных скал. Всё это и тысячи таких же вещей
мы должны делать постоянно — теперь и в будущем — в том великом хозяйстве — мире, в
котором мы живём. И всё это — дело инженера.
Джон Рескин, инженер
скотоводство, керамическая посуда, изделия из меди и бронзы, письменность появятся только
на последних десяти метрах этого пути. Великие гробницы фараонов — египетские пирамиды,
металлургия и железный топор встретятся лишь за несколько метров до конечного пункта —
нашего времени. Падение Римской империи и начало Средневековья расположатся в полутора
метрах от сегодняшней отметки, а возникновение книгопечатания — чуть далее полуметра.
На расстоянии около четверти метра — патент Дж. Уатта на изобретённый им универсальный
паровой двигатель. Массовым же применением машин в промышленности будут отмечены
только последние 15—20 сантиметров на шкале истории. Развитие машиностроения было бы
невозможно без дифференциального и интегрального исчисления, поэтому начало
использования высшей математики в технических расчётах можно считать рождением
профессий инженера и конструктора.
Особенно значительные изменения в технике произошли в первой половине нашего столетия
— периоде, по историческим меркам чрезвычайно коротком. В дециметре от нашего времени
по шкале истории Дж. Томсон доказал существование электрона. Появление электрических
лампочек Лодыгина, Яблочкова и Эдисона, автомобилей Даймлера и Бенца, самолёта братьев
Райт, радио Попова и Маркони, вакуумных и полупроводниковых приборов уместятся на
отрезке длиной в пять сантиметров. Если же вы захотите нанести на эту «картинку» даты
создания видеокассет, компакт-дисков, персональных компьютеров, первый полёт человека в
космическом корабле и первую лунную экспедицию, появление процессоров Pentium,
всемирной компьютерной сети Интернет и многих других современных технических
изобретений, то придётся использовать линейку с миллиметровыми делениями.
Взглянув на получившееся изображение, легко обнаружить, что чем ближе к нашим дням, тем
гуще расположены отметки технических изобретений. Да и сами изобретения становятся всё
более сложными. Ещё в первой четверти XX столетия в Москве и Ленинграде легче было
нанять для разъездов по городу конный экипаж, чем найти автомобиль — такси. Пожарные
команды в этих городах выезжали на пожар на телегах. Лошади мчались вскачь, трубач трубил,
предупреждая прохожих, медные каски сияли на солнце, гром, стук — зрелище
Паровая машина Уатта. Макет.
Политехнический музей. Москва.
6
было чудесное! А в середине столетия представить себе жизнь людей без техники стало
невозможно.
Изложить во всех подробностях историю техники в одной книге весьма затруднительно.
Поэтому в первом разделе данного тома приводится лишь историческая панорама развития
техники — от пещер каменного века до каменных джунглей нашего времени. Из статей,
помещённых здесь, вы узнаете, когда, где и как были сделаны самые важные технические
изобретения, каким образом они влияли друг на друга и на нашу жизнь.
Основная же часть книги посвящена современной технике. Она сопровождает нас всю жизнь,
но много ли мы о ней знаем? Ведь каждый в отдельности имеет дело только с ограниченным
числом технических устройств и сооружений. Гораздо больше остается «за кадром». Например,
все привыкли к электрическому освещению и обогреву. Но кому удалось увидеть вблизи
атомный реактор или побывать на АЭС? Гигантские плотины гидроэлектростанций, нефтяные
вышки знакомы большинству только по фотографиям и телевизионным передачам. Мы ездим в
поездах, на автомобилях и мотоциклах, охотно пользуемся электронными приборами, но вряд
ли многие из нас разбираются в их устройстве.
Как же сориентироваться в бесконечном море технических знаний, накопленных
человечеством за много веков? Как отобрать только самое важное — то, что должно быть
известно каждому? И как разместить всё это в одной книге?
Проще всего информация о технике расположена в специальных словарях и энциклопедиях: по
названиям, в алфавитном порядке. Если читатель уже достаточно хорошо разбирается в
предмете и хочет лишь уточнить какую-то деталь, имя, дату, это удобно. В книге же,
предназначенной для первого чтения, статьи должны быть упорядочены иначе — тематически.
В начале второго раздела этого тома рассказывается о важнейших областях современной
техники, ставших характерными приметами XX в., — электротехнике, радиотехнике,
электронике, лазерной и космической технике. Затем следуют статьи о технике, используемой
учёными для познания Земли, её природы, недр, океана и атмосферы, для проникновения в
глубины микромира или далёкие уголки Вселенной. О технике, с помощью которой добывают,
перемещают и перерабатывают природное сырьё и материалы, энергию и информацию,
говорится в следующих двух главах книги. За ними следуют рассказы о «превращении»
получаемых учёными знаний в промышленную продукцию, в машины и приборы — от
возникновения замысла в голове конструктора до его реализации в готовом изделии,
воплощения в металле и других материалах.
Отдельная глава содержит разнообразную информацию о технике, сокращающей расстояния и
ускоряющей нашу жизнь: об автомобилях, морских и речных судах, самолётах, вертолётах и
дирижаблях. В главе «От развлечения к увлечению» вы найдёте интересные сведения о
фотографической, аудио- и видеотехнике,
...Бастионы технического совершенства, экономической и политической эффективности ни в
коей мере не ограждают нашу культуру от сползания в варварство. Варварство тоже может
пользоваться всеми этими средствами. Оснащённое с таким совершенством, варварство станет
только сильнее и деспотичнее... Варварство может идти в ногу с высоким техническим
совершенством, оно может идти в ногу со всеобщим и повсеместным школьным обучением.
Судить о повышении культуры по снижению безграмотности — это устарелая наивность.
Определённый минимум школьных знаний ещё никоим образом не гарантирует наличия
культуры. Если бросить взгляд на общую духовную ситуацию нашего времени, то вряд ли
можно будет назвать излишне мрачной её оценку в следующих выражениях. Повсюду пышно
цветут иллюзии и заблуждения. Как никогда прежде, люди кажутся рабами слова, лозунга,
чтобы поражать ими друг друга наповал... Нет такого прибора, которым можно было бы
измерить, каков процент поглупевших и одураченных и больше ли он прежнего, но сама
глупость стала могущественнее, чем раньше, она выше восседает на троне и злее вредит...
Самое досадное — это заметное повсюду безразличие к истине, достигающее своей
кульминации в открытом публичном восхвалении политического обмана.
Йохан Хёйзинга, нидерландский историк
7
Задача техники — преобразовывать природу и мир человека в соответствии с целями,
поставленными людьми на основе их нужд и желаний. Лишь редко люди могут выжить без
своей преобразующей деятельности. Без техники люди не смогли бы справиться с окружающей
их природной средой. Техника, следовательно, — это необходимая часть человеческого
существования на протяжении всей истории...
Алоиз Хунинг
Следствием развития техники для повседневной жизни является уверенность в обеспеченности
всем необходимым для жизни, но таким образом, что удовольствие от этого уменьшается,
поскольку эту обеспеченность ожидают как нечто само собой разумеющееся... Всё становится
просто материалом, который можно в любую минуту получить за деньги; в нём отсутствует
оттенок лично созданного. Предметы пользования изготавливаются в громадном количестве,
изнашиваются и выбрасываются, они легко заменимы. От техники ждут создания не чего-то
драгоценного, неповторимого по своему качеству, независимого от моды из-за его ценности в
жизни человека, не предмета, принадлежащего только ему, сохраняемого и
восстанавливаемого, если он портится. Поэтому всё связанное просто с удовлетворением
потребности становится безразличным, существенным только тогда, когда его нет. По мере
того как растёт масштаб обеспечения жизни, увеличивается ощущение недостатка и угрозы
опасности...
Карл Ясперс, немецкий философ
электромузыкальных и других инструментах, используемых в профессиональной работе и
повседневной жизни.
Много нового можно узнать из главы «Военная техника»: о самых современных видах
вооружений и защиты — от ручного стрелкового до межконтинентального ракетного оружия,
от техники воздушно-десантных войск до устройства надводных и подводных кораблей
военно-морского флота. Специалисты написали для вас и о средствах массового поражения: о
ядерном и химическом оружии. Возможно, впервые в литературе для детей рассказывается о
технике «тайной войны» — средствах, используемых разведчиками и контрразведчиками.
В главе, «Какая ещё бывает техника» повествуется о современной медицинской технике и о
технических средствах, применяемых полицейскими и милиционерами. Здесь же вы сможете
прочитать об устройстве разнообразной бытовой техники и машин, обслуживающих человека.
Заключительная глава называется «Человек, техника, природа».
Если бросить беглый взгляд на историю техники, то становится понятно, что её производство
занимает важное, но не всегда одинаковое место в истории. Сначала техника была главным
оружием в борьбе за существование. Техническая революция в неолите, а затем изобретение
металлургии позволили человечеству постепенно улучшить условия жизни. Учёные и
инженеры Нового времени считали, что главная их задача — способствовать увеличению
производства вещей, разнообразной техники, облегчающей труд и жизнь. Для этого они
решили подчинить себе Природу.
Научная и промышленная революции дали человечеству высокоразвитую науку, массовое
машинное производство, наукоёмкую технику, высокие технологии. Человек научился
производить в изобилии разнообразные товары. Новейшая техника стала не только нужной и
полезной, но и доступной. Но возникла проблема иного рода...
Наше время, говорят экономисты, — время изобилия. Современная техника прекрасна,
массовое производство открыло перед обществом небывалые возможности. Остаётся только
научиться правильно пользоваться достижениями науки и техники.
Да, без техники не обойтись. Но ведь современное массовое производство губительно для
живой природы, а значит — и для человека, возражают экологи. Техники выпускается слишком
много, она угнетает биосферу. Отходы промышленности накапливаются на Земле быстрее, чем
идёт их переработка. Особенно опасны радиоактивные и токсичные химические вещества,
которых становится всё больше. Технические сооружения, огромное количество машин и
других технических средств, сельскохозяйственные угодья, мусорные свалки постепенно
вытесняют естественные
8
ландшафты, сокращают сферу природного. Массовое производство техники, особенно военной,
может задушить жизнь на планете Земля!
Некоторые учёные называют современное общество потребительским, потому что потребление
продуктов, вещей, техники превратилось у многих в смысл и цель жизни. Достойна ли такая
цель человека? Привело ли техническое изобилие к постановке новых, великих целей, к иному
пониманию смысла жизни? Сделала ли современная техника людей более добрыми,
человечными, более счастливыми, чем раньше? Да и сколько всего техники нужно человеку?
Как часто её нужно менять? Для чего существует техника?
Десятки специалистов написали эту книгу для того, чтобы вы узнали о технике как можно
больше. Но готовых ответов на все поставленные выше вопросы вы здесь не найдёте.
Возможно, кто-то из читателей тома «Техника» попытается ответить на них сам. Или поставит
новые, ещё более сложные...
9
НА ЗАРЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ
КОГДА И КАК ВОЗНИКЛА ТЕХНИКА
МИФЫ О БОГАХ, ГЕРОЯХ И ТЕХНИКЕ
Для наших далёких предков вопросы «когда возникла техника?», «кто был её создателем?»
просто не существовали. Они «хорошо знали», как всё произошло. Правда, знание это было
своеобразным: каждый народ передавал из поколения в поколение свои легенды, свои мифы
(от греч. «ми'тос» — «предание», «сказание»), В них говорилось, что технику придумал и
создал в незапамятные времена не человек, а боги. Да и как могло быть иначе, если сам человек
— их творение?
До нас дошло немало древних сказаний о происхождении и введении ремёсел, земледелия и т.
д. В мифах Древнего Египта, например, бог плодородия Хнум создал человека на гончарном
круге из куска глины. Похожие мифы о сотворении человека существовали и у многих других
народов. Самые древние из дошедших до нас письменных сведений о богах — творцах техники
относятся к концу IV — началу III тысячелетия до н.э. Их оставили строители пер-
Египетский бог плодородия Хнум создаёт людей на гончарном круге.
12
Шумерский бог Энки, хозяин подземных и поверхностных вод, создатель и защитник
людей.
Египетский бог Птах, создатель мира, покровитель искусств и ремёсел.
вых в истории человечества городов — шумеры.
Они считали, что главные технические средства — плуг, мотыгу и форму для кирпича —
изготовил «владыка земли», хозяин Мирового океана и пресных подземных вод — бог Энки.
Он научил людей строить каналы, разводить сады и огороды, выращивать лён. Ткачество же —
творение богини Утту. А один из главных богов Шумера — Энлиль дал людям зерно для
посева и изобрёл колесо.
Немного позднее записали свои мифы и египтяне, почитавшие множество богов, и среди них
Птаха — создателя всего мира, покровителя искусств и ремёсел. Во времена расцвета Древней
Греции его отождествляли с божественным кузнецом — обитателем Олимпа Гефестом.
В других странах и в другие времена изобретение первых технических устройств
приписывалось легендарным героям-полубогам. Так, в мифах Древнего Китая герой Фуси
сплёл рыболовные сети, Суйжэнь научил людей пользоваться огнём, а Шэньнун сделал первую
лопату, положил начало земледелию, вырыл первый колодец...
В Финляндии и Карелии были сложены руны (эпические песни) о великом кузнеце
Ильмаринене. Это он выковал небосвод, Солнце и Луну, изготовил для своей невесты
чудесную мельницу Сампо, которая могла намолоть столько хлеба, соли и денег, сколько
захочет хозяйка. Жаль только, что его замечательное изобретение утонуло в море, ставшем с
тех пор солёным.
Древние греки придумали миф о Прометее. В нём рассказывается, как, создавая животных,
боги наделили их толстыми шкурами, острыми клыками и рогами, чтобы они не страдали от
холода и могли защищаться от врагов. Человек же остался «наг и не обут, без ложа и без
оружия». Несчастья не знающих ремесла и не имеющих огня людей так тронули Прометея, что
он решился украсть для них огонь из обиталища богов на горе Олимп. Он же научил их строить
дома, корабли, изготовлять технику.
Трагична легенда о великом афинском мастере Дедале — строителе и изобретателе столярных
инструментов. По велению Миноса — владыки острова Крит — он построил лабиринт для
чудовищного быка Минотавра. Но вскоре Дедал навлёк на себя гнев царя и, спасаясь от
преследования, бежал с острова вместе с сыном Икаром. Для побега мастер сделал крылья из
перьев, скреплённых воском. Однако, когда цель была уже близка, Икар слишком приблизился
к Солнцу. Его жар растопил воск, крылья распались, а юноша упал в море и погиб.
Со временем люди начали сомневаться в достоверности мифов. Римский поэт и философ Тит
Лукреций Кар, живший в I в. до н.э., в поэме «О природе вещей» утверждал, что изготовлять и
применять технику людей научила нужда, а не боги.
После крушения Античного мира, которое произошло более 1,5 тыс. лет назад, мифы Древней
Эллады стали восприниматься как прекрасные сказки. Приблизиться к истинному
Древнегреческий герой Прометей несёт огонь людям.
13
Дедал и Икар. Агатовая камея. I в. до н.э.
Национальный музей. Неаполь.
пониманию истории возникновения и развития техники удалось лишь к началу XX столетия.
КАК УЗНАЮТ О ТОМ,
ЧТО БЫЛО
НА САМОМ ДЕЛЕ
Очень долго люди не имели достаточно ясного представления о том, как на Земле появился
человек и какой была самая первая техника. До середины XIX в. даже большинство учёных
придерживались точки зрения о божественном происхождении человека, как об этом говорится
в священных текстах. И только с возникновением новых исторических наук появились первые
достоверные знания о развитии материальной культуры и о происхождении человека. Одна из
таких наук — археология (от греч. «арха'йос» — «древний» и
Археологические раскопки древнего города Микены. Общий вид. Южная Греция.
«логос» — «учение») изучает историю по материальным остаткам жизни и деятельности
людей. Один из её разделов — древняя археология — исследует вещественные памятники
самого отдалённого прошлого. К ним относятся как остатки различных предметов и
технических устройств (орудий труда, оружия, предметов быта), так и целые комплексы
(могильники, поселения, клады). Сохранились они потому, что оказались погребёнными под
землёй. Археологические экспедиции занимаются раскопками на местах стоянок первобытных
людей, изучают развалины древних городов и крепостей. Иногда учёным удаётся найти
окаменелости — остатки растений, костей или их отпечатки, следы деятельности животных и
людей, в частности кострища и даже наскальные изображения. Такие находки очень редки,
ведь с тех пор прошли сотни тысяч, а иногда даже миллионы лет.
Из разнообразных технических изобретений самого отдалённого прошлого людей лучше всего
сохранились изготовленные первобытным человеком каменные орудия. На их рабочей
поверхности археологи обнаруживают многочисленные царапины — трассы, которые
позволяют понять, как этими орудиями пользовались. Именно так удалось вычислить
направление и даже силу ударов, когда-то наносившихся кремнёвыми рубилами и топорами.
Для того чтобы точнее узнать, насколько эффективно было то или иное орудие и много ли
времени уходило на его изготовление, археологи ставят эксперименты: воспроизводят образцы
древнейшей техники и технологию её применения. По изменениям технологии обработки
орудий, сделанных в разное время, учёные узнают, как постепенно росло мастерство
первобытных людей, улучшались технические приёмы и средства, которые они применяли.
На рубеже XVIII—XIX вв. знаменитый французский зоолог Жорж Кювье (1769—1832) основал
палеонтологию (от греч. «палайо'с» — «древний» и «о'нтос» — «сущее) — науку о вымерших
растениях и животных,
14
обо всех проявлениях жизни в геологическом прошлом Земли. В палеонтологию вошли
палеоботаника (от грен, «палайо'с» и «бота'не» — «растение») и палеозоология (от грен, «зоо'н»
— «животное» и «логос»), изучающие соответственно ископаемые остатки растений и
животных. По одной только пыльце (а она сохраняется лучше, чем другие остатки растений)
учёный-палеоботаник может определить и вид растения, и время, когда оно росло. Это знание
применяется при датировке археологических находок споро-пыльцевым методом. Позже, уже в
середине XIX в., возникла наука о происхождении и развитии человека — антропология (от
грен, «а'нтропос» — «человек» и «логос»). Один из её разделов — палеоантропология —
изучает антропогенез (от греч. «антропос» и «ге'несис» — «зарождение»), т. е. происхождение
человека, первоначальное развитие труда,
речи и общества. Палеоантропологи исследуют ископаемые костные останки древнейших
людей.
Казалось бы, что можно узнать по редчайшим находкам окаменевших остатков костей —
частиц скелета и черепа, стопы или отдельных зубов? Но каждая такая находка бесценна. По
остаткам крышки черепа, например, палеоантропологи устанавливают объём черепной
коробки, а значит — величину и даже некоторые особенности строения мозга существа,
жившего миллионы лет назад. А исходя из этого, делают выводы о том, могло ли оно говорить,
«по-человечески» мыслить. По строению зуба и челюсти учёный определяет, чем питались
наши далёкие предки, было ли у них внешнее сходство с современными людьми. По
поверхности коренных зубов узнаёт, кому они принадлежали. Дело в том, что у
человекообразных обезьян и людей эта поверхность иная, чем у остальных приматов.
Кости животных, окаменевшие растения, их споры и пыльца, найденные рядом с останками
древнейшего человека, «рассказывают» о том, в каких климатических условиях он жил, на
каких зверей охотился. Полезными оказываются даже окаменевшие бытовые отходы,
строительный и хозяйственный мусор, зола и прочие следы человеческой деятельности,
обнаруженные в районе стоянок первобытных людей. Например, по количеству выброшенных
в мусорные кучи костей животных палеозоологи могут установить, сколько мяса первобытный
человек съел на этой стоянке, по остаткам рыбных костей — какое место в жизни людей
занимала рыбная ловля.
Иногда археологи не могут понять, что именно они нашли, каково назначение этого предмета.
Тогда на помощь приходит этнография (от греч. «э'тнос» — «племя», «народ» и «графо» —
«пишу») — наука, изучающая происхождение народов, их быт и культуру. С конца XIX в.
серьёзное внимание этнографов привлекают обычаи, традиции и особенности
Так выглядят пыльцевые зёрна растения Cryptomeria japonica
под электронным микроскопом (увеличение 4000раз).
Древние золотые украшения, найденные при раскопках захоронения.
V в. до н.э.
Музей истории. Гаага.
15
СКОЛЬКО ЛЕТ НАХОДКЕ?
Найденные археологами костные останки, образцы древней техники и предметы быта мало что
значат для науки, если нельзя определить их возраст. Поэтому датировка находок — одна из
важных задач археологии. Специалисты различают два вида датировки: относительную и
абсолютную.
При относительной датировке находку соотносят с другими связанными с ней предметами
или событиями. Например, при раскопках в каком-то слое земли нашли каменные орудия
определённого типа, а в слое, находящемся глубже, — орудия иного типа. Ясно, что более
глубокий слой древнее расположенного выше. Значит, и орудия в нём старше. Такой способ
датировки называют стратиграфией (от лат. stratum — «слой» и грен, «гра'фо»). Суть ещё
одного способа относительной датировки — типологического — довольно проста: если в
разных местах найдены предметы одного типа, то и возраст их примерно одинаков.
Существуют и иные методы относительной датировки.
Много сил положили учёные на разработку способов абсолютной датировки. Известны
дендрохронологический, термолюминесцентный,
археомагнитный, обсидиановый, радиоуглеродный (см. дополнительный очерк «Уиллард
Фрэнк Либби») и другие методы. Все они, так или иначе, используют достижения
естествознания и технических наук.
Дендрохронология (от греч. «де'ндрон» — «дерево», «хро'нос» — «время» и «логос») основана
на подсчёте числа годовых колец, образующихся при росте деревьев. При
термолюминесцентном методе наблюдают свечение накалённых до 400—500 °C образцов
почвы и керамики. Установлено: чем древнее образец, тем ярче свечение. Современные же
почвы и керамика при такой температуре вообще не светятся. В археомагнитном методе
используется свойство глины намагничиваться в геомагнитном поле, а при обжиге навсегда
сохранять магнитное поле, имевшееся в ней в тот момент. Оказывается, магнитное поле Земли
периодически исчезает, а южный и северный магнитные полюса как бы меняются местами.
Измерив силу и направление магнитного поля, запечатленного, скажем, в кирпиче или образце
керамики, можно определить, когда и даже где он был обожжён. Конечно, нужно знать, каким
было магнитное поле в разных местах Земли в те или иные исторические эпохи.
Геофизикам это известно. Так, в период от 3,06 до 2,8 млн. лет назад, на который приходятся
самые ранние находки костных останков древнего человека, полярность геомагнитного поля
менялась не менее четырёх раз.
Обсидиановый метод датировки позволяет устанавливать возраст орудий, изготовленных из
вулканического стекла — обсидиана. В каменном и бронзовом веках эта горная порода
чёрного, красного или коричневого цвета считалась весьма ценным материалом для
изготовления орудий труда, так как легко обрабатывалась, образуя на изломе очень острую
режущую кромку. Измеряя в образцах из обсидиана или из богатых ураном минералов следы
расщепления радиоактивного элемента урана, можно узнать, когда эти орудия были
изготовлены.
Каждый из известных сегодня методов имеет свои достоинства и недостатки, границы
применения, характерные погрешности. А потому учёные стараются использовать не какой-то
один, а все возможные и подходящие для данного случая способы. Это повышает надёжность и
точность датировки. Продолжается работа и над созданием новых методов и технических
средств хронологии древних предметов.
культуры, сохранившиеся от далёкого прошлого. Оказалось, что с помощью этих знаний
нередко можно объяснить назначение загадочных археологических находок. В частности,
археологам долго было неясно, с какой целью древние люди аккуратно вырезали в рогах оленя
цилиндрические отверстия. Такие находки встречались в Африке, Сибири и во многих других
местах. Этнографы подсказали, что даже в XIX в. некоторые северные народы и индейские
племена использовали очень похожие устройства для выпрямления древка стрелы. С помощью
этнографии археологи узнали и о том, как древние люди добывали огонь.
ЗАГАДКИ
ДРЕВНЕЙШЕГО ПРОШЛОГО
Несмотря на достижения науки, в истории первобытной техники и в палеоантропологии до сих
пор немало загадок и тайн. Особенно трудно «выстроить» события древнейшего прошлого
людей в последовательный временной ряд. Решая эту задачу, учёные не раз ошибались,
принимая за останки прямых предков человека кости их дальних «родственников». Много лет
специалисты считали самым древним предком человека рамапите'ка*. Сейчас ему отвели
другое место: он предок не человека, а орангутана — чело-
* Рамапитек (от Рама — имени главного героя индийского эпоса и греч. «пи'текос» —
«обезьяна») — ископаемая человекообразная обезьяна, жившая 8—12 млн. лет назад. Её
костные останки найдены в Южной Азии, Восточной Африке, Европе. Скорее всего, рамапитек
не принадлежал к эволюционной ветви, ведущей к человеку.
16
векообразной обезьяны, живущей в лесах островов Калимантан и Суматра. В 1856 г. в долине
Неандерталь, вблизи города Дюссельдорф в Германии, рабочий каменоломни нашёл черепную
крышку, кусок плечевой кости и некоторые кости конечностей. Они напоминали человеческие,
УИЛЛАРД ФРЭНК ЛИББИ
Известный американский физико-химик Уиллард Либби родился в 1908 г. Его отец,
американский фермер, окончил всего три класса школы и, возможно, именно поэтому
постарался, чтобы сын, мечтавший стать горным инженером, поступил в Калифорнийский
университет в Беркли. Уже студентом Уиллард изменяет детской мечте: увлекается
математикой и химией. После окончания университета и аспирантуры он приступает к
изучению радиоактивных изотопов. Изотопы (от греч. «и'зос» — «равный», «одинаковый» и
«то'пос» — «место») — разновидности химических элементов, у которых ядра атомов содержат
одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Химические свойства разных изотопов одного элемента одинаковы, а вот физические —
различаются, хотя и ненамного. Особенность радиоактивных изотопов — нестабильные ядра
атомов. Со временем они распадаются, испуская альфа-, бета- и гамма-лучи.
Радиоактивные изотопы можно обнаружить по их излучению. Но точное измерение малых
уровней радиации — задача технически сложная. Решить её и создать соответствующий
прибор удалось Либби. Это было только начало работ, принёсших учёному всемирную
известность.
В 1939 г. установили, что при бомбардировке атмосферы космическими лучами на высоте 15
км возникает поток нейтронов. Азот, которого в воздухе примерно 78 %, поглощая нейтроны,
превращается в изотоп углерода. В ядре атома этого изотопа 8 нейтронов, а не 6, как у
обычного углерода. Но самое главное — углерод-14 радиоактивен.
Изотоп быстро окисляется. Так образуется радиоактивный углекислый газ, усвояемый
растениями в процессе фотосинтеза.
Однако на этом приключения радиоактивного изотопа не заканчиваются. Вместе с растениями
углерод-14 попадает в организм животных и людей. Оказавшись в костях и мягких тканях,
радиоактивный углерод так и остаётся в них. Оттого-то все живые организмы радиоактивны.
Для здоровья это неопасно: уровень такой естественной радиации очень мал.
После гибели растений и животных углерод-14 перестаёт в них накапливаться. Но уровень
радиации с течением времени падает: атомы изотопа, испускающие радиоактивные лучи,
постепенно распадаются. Чем больше времени прошло после смерти, тем меньше атомов
углеро-да-14 в останках. Продолжительность существования радиоактивных изотопов
определяется периодом полураспада — промежутком времени, за который происходит распад
половины данного количества вещества. Период полураспада углерода-14 был определён в
1940 г.: он равен 5730 годам.
Либби первым понял, что эти открытия помогут определить время, прошедшее с момента
гибели организма. Учёный изобрёл и изготовил специальный счётчик для измерения
радиоактивности образца, возраст которого нужно установить. Сначала Либби определил
радиоактивность образцов красного дерева и пихты; их возраст определяли и по числу годовых
колец. Затем измерил радиоактивность археологической находки — куска дерева от
погребальной ладьи фараона (точный возраст дерева ранее установили другими способами).
Проверка показала, что новый радиоуглеродный метод
датировки археологических находок весьма точен и надёжен.
Способ Либби быстро стал основным методом установления абсолютного возраста образцов,
относящихся к последним 70 тыс. лет. В частности, с его помощью вычислили возраст ткани, в
которую когда-то завернули манускрипты, найденные в районе Мёртвого моря.
Радиоуглеродный метод позволил точно определить время, когда горели костры на стоянке
древних людей в Стоунхендже. (Некоторые учёные считают Стоунхендж древней
обсерваторией.) Позже оказалось, что в отдельных случаях радиоуглеродный анализ
«омолаживает» находки, но на это ввели поправки.
В 1960 г. Уилларду Либби была присуждена Нобелевская премия «за введение метода
использования углерода-14 для определения возраста в археологии, геологии, геофизике и
других областях науки». Уиллард Либби умер в 1980 г.
Радиоактивный углерод 14С образуется в результате бомбардировки нейтронами п атомов
азота 14N. При этом выделяется водород 1Н. Атом углерода 14 С распадается с испусканием
электрона ё(beta-частииа) и снова становится азотом 14N.
17
Луис Лики. Фотография. 1961 г.
Одним из важнейших результатов эволюции человекообразных обезьян стало появление
кисти руки с противопоставленным большим пальцем.
но всё же отличались от них. Позднее похожие кости были найдены рядом с костями мамонта,
шерстистого носорога и других ископаемых животных. Но что самое интересное — здесь же
оказались и оббитые каменные орудия! Находки породили ожесточённые споры, которые
длились десятилетия. Одни учёные считали живших 200—35 тыс. лет назад неандертальцев
потомками питекантропов, останки которых обнаружил голландский антрополог Эжен Дюбуа
на острове Ява в 1891 — 1893 гг., и предками современных людей. Другие же признавали их
только родственниками человека, произошедшими от общих с людьми предков. Сегодня
большинство исследователей склоняются к мнению, что неандертальцы — боковая ветвь
развития гоминид (отлат. homo — «человек») — семейства из отряда приматов. К гоминидам
принадлежат человек современного типа и ископаемые люди.
Не сходятся мнения учёных и по некоторым другим важным вопросам происхождения людей,
техники, языка и человеческого общества. Поэтому любая новая находка археологов или
открытие палеоантропологов способны круто изменить уже сложившиеся представления о том,
что же в действительности происходило на заре истории человека и техники.
РОЖДЕНИЕ ТЕХНИКИ,
ИЛИ КТО БЫЛ
ПЕРВЫМ «ИНЖЕНЕРОМ»?
Техника, т. е. искусственные, целесообразно создаваемые материальные средства деятельности
людей, могла появиться только после того, как длившееся миллионы лет развитие животных
достигло определённого уровня. К тому времени предки первобытного человека —
преа'нтропы — уже научились использовать в качестве орудий природные предметы, сначала
случайно, потом систематически. Уже «готовые» рога, зубы и крупные кости стали для
преантропов прекрасным средством защиты и нападения. Но такие подручные средства не
были техникой.
Одно из главных отличий человека от животного — умение не только использовать подручные
средства, но и придумывать, изготовлять и применять технику. Когда же и как она появилась?
Какими были и кем сделаны самые первые технические средства? Учёные полагают, что
предками изобретателей техники были южные обезьяны — австралопитеки (от лат. australis
— «южный» и греч. «пи'текос»). Эти существа, ростом около 1,5 м и весом примерно 40—50 кг,
жили от 5,5 до 1 млн. лет назад. Удивительно, но они ходили не на четвереньках, как обезьяны,
а прямо, как человек.
Останки австралопитека африканского, уже похожего на человека, но ещё не умевшего
изготовлять каменные орудия, первым нашёл в 1922 г. английский археолог Раймонд Дарт в
Южной Африке. Он-то и назвал свою находку южной обезьяной. Австралопитек африканский
и считается настоящим предком человека.
К виду австралопитеков относится также австралопитек афаренсис — самый древний из
известных сегодня прямых предков человека, живший около 4 млн. лет назад. Но и он, и его
ближайшие «родственники» — австралопитеки робустусы и бойсеи (их сначала называли
зинджа'нтропами — от «аз-Зиндж», древнеарабского названия Восточной Африки) — тоже не
умели изготовлять каменные орудия. Останки существа ещё одного подвида
австралопитековых в начале 60-х гг. XX в. впервые обнаружил английский антрополог и
археолог Луис Лики в ущелье Олдувай после 29 лет раскопок. В 196 5 г. сын Лики-старшего
Джонатан нашёл кости существа того же подвида. Сначала археолог решил, что это предок
зинджантропа, и потому назвал его презинджа'нтропом. Но затем учёные поняли, что, хотя
презиндж на самом деле древнее зинджа, именно он создал самые древние в мире орудия из
оббитой гальки, найденные в Олдувайском ущелье. А раз так, Лики и
18
другие специалисты «перекрестили» презинджантропа, дав ему новое, красивое и гордое
латинское имя — Homo habilis, т. е. человек умелый.
Так кто же всё-таки создал самую первую технику: предок человека или сам человек? Вопрос
под стать известной загадке о яйце и курице. Разгадка проста: человек и техника, как курица и
яйцо, немыслимы друг без друга, ибо одно предполагает наличие другого. Тот, кто изобрёл
первое техническое устройство, и есть первый человек.
ОТ ЧЕЛОВЕКА УМЕЛОГО К ЧЕЛОВЕКУ РАЗУМНОМУ
Умение изобретать, делать и использовать технику — такой же признак человека, как хождение
на двух ногах, способность к мышлению, речи и совместному труду. Иначе говоря, человек,
техника, язык, общество и совместный труд возникли в результате одного процесса —
постепенного превращения древнейших гоминид в людей современного типа.
Многие животные способны к сложным действиям, очень похожим на разумные. Бобры
сооружают плотины. Искусно сделаны термитники, пчелиные соты, птичьи гнёзда... Однако,
создавая их, животные действуют инстинктивно — как диктует им врождённый, безусловный,
рефлекс. Строя жилище, они не изобретают, а лишь воспроизводят действия,
запрограммированные природой для каждого конкретного вида. Потому-то гнездо пеночки в
конце XX в. выглядит так же, как и века назад.
В отличие от животных человек для удовлетворения своих потребностей использует орудия
труда — своеобразные продолжения рук, во много раз увеличивающие их возможности. При
этом люди действуют не инстинктивно, а сознательно, разумно: заранее определяют цель,
обдумывают способ и средства её достижения, подбирают необходимый материал, намечают
последовательность операций. Иначе говоря, ещё до того, как приступить к изготовле-
Строгая геометрия пчелиных сот —результат инстинктивной деятельности пчёл.
нию техники, человек как бы создаёт её в голове, в мыслях, т. е. разрабатывает проект того, что
ему нужно. А проектирование — уже творчество, сознательное созидание нового, того, чего в
природе ещё не существовало. На такие действия до человека не было способно ни одно
животное. Изготовление и применение техники изменили взаимоотношения человека с
природой. Люди не только
ЧТО ТАКОЕ «МОРАЛЬНОЕ СТАРЕНИЕ»
Есть у техники одна особенность: однажды созданная, техника выполняет свои задачи до тех
пор, пока полностью не выйдет из строя. А случиться это может и через месяц, и через тысячу
лет. «Рабочие свойства» гири, найденной археологами в развалинах Вавилона, сегодня те же,
что и в древности: положенная на весы, она прекрасно справится со своей ролью. Каменным
топором, лежащим под стеклом в музее, можно рубить лес. Не возбраняется пользоваться
чернильницей и очинённым гусиным пером при выполнении домашнего задания... Почему же
никому всерьёз не приходит в голову так делать? Не потому, что эти предметы изменились
физически, а потому, что люди уже давно пользуются иной — метрической — системой мер,
более удобными топорами и ручками. Технику, сохранившую свои качества, но «потерявшую
репутацию», называют морально устаревшей.
Моральное старение техники — явление столь же древнее, как и она сама. Археологи
утверждают: когда много тысяч лет назад люди поняли, что обожжённая на огне глиняная
посуда гораздо удобнее каменной, они какое-то время пользовались и той и другой. Но
каменная посуда морально устарела — и более лёгкая, красивая, дешёвая керамика победила
её, видимо уже окончательно.
19
берут у неё готовую пищу, растительные волокна, куски дерева или камня, но и производят из
природных веществ новые, искусственные материалы и предметы. Изготовление каменных, а
затем и металлических ножей, топоров, деревянной и глиняной посуды — это уже
материальное производство, без которого человечество не может существовать.
Сначала материальное производство мало влияло на природу. Но с каждым тысячелетием
объём искусственно созданных технических изделий увеличивался и потребности человека в
естественных материалах возрастали.
Производство требовало всё больших умственных и физических затрат, и люди, развивая
навыки предков, живших стаями или стадами, постепенно начали объединять свои трудовые
усилия. А общий труд был невозможен без дальнейшего развития культуры и главного
средства передачи информации — языка. Так происходило становление человека и
формировалось его сознание. Человек умелый превращался в человека разумного (Ното
sapiens).
ОРУДИЯ ТРУДА КАМЕННОГО ВЕКА
С самого начала своей истории человек создавал вокруг себя искусственную среду обитания, и
пользовался он при этом различными техническими средствами — орудиями труда. С их
помощью он добывал пищу (охотился, ловил рыбу, собирал всё, что дарила природа), шил
одежду, мастерил домашнюю утварь, строил жилища, создавал культовые сооружения и
произведения искусства.
Первобытные люди изготовляли орудия труда из разных материалов: камня, вулканического
стекла, кости, дерева, растительного волокна. Камень — исключительно прочный материал:
изделия из него могут сохраняться сотни тысяч лет, тогда как костяные и деревянные предметы
испытания временем не выдерживают.
Возраст древнейших каменных орудий труда — 2,9 млн. лет (стоянка Хадар в Эфиопии) и 2,5
млн. лет (стоянки в Кении и Танзании). А вот древнейшие деревянные находки (стоянки
Клектон в Англии, Торральба в Испании и Леринген в Германии) значительно моложе — им не
более 400 тыс. лет. Поэтому рассказать о технических достижениях эпох, особо удалённых во
времени, может только камень.
Наконечник копья. Верхний палеолит. Франция.
КАК ДЕЛАЛИ
КАМЕННЫЕ ОРУДИЯ ТРУДА
Из всех пород камня древние мастера чаще выбирали широко распространённый в природе
кремень, реже — кварцит, сланец, яшму, обсидиан (вулканическое стекло), мраморовидный
известняк, туф и др. Первые каменные орудия примитивны, но даже для их изготовления
первобытному человеку требовалось совершить ряд сложных последовательных действий. А
стремился он получить, прежде всего, режущую кромку.
В течение древнего каменного века, или палеолита (от греч. «палайо'с» и «ли'тос» —
«камень»), навыки человека постепенно развивались, совершенствовались его мозг и рука. Так,
арха'нтропы (от греч. «арха'йос» и «а'нтропос») наносили по выбранному обломку камня или
гальке от трёх до семи целенаправленных ударов. В результате они получали около 10—45 см
режущей кромки на 1 кг обработанного сырья. На следующей стадии антропогенеза, когда
существовали палеоантропы (от греч. «палайо'с» и «а'нтропос»), число ударов при обработке
камня увеличилось до 50—80 и более, а длина режущей кромки — до 220 см на 1 кг. Человек
20
разумный — неоантроп (от греч. «не'ос» — «новый» и «а'нтропос») — выполнял уже около
250—280 последовательных операций, а длина режущей кромки составляла 250 см на 1 кг.
Камень обрабатывали каменными, костяными или деревянными отбойниками. Это
дисковидные или яйцевидные предметы длиной от 10 до 30 см. С их помощью древний мастер
отбивал от заготовки (куска горной породы, плитки или гальки) всё «лишнее», чтобы добиться
искомой формы. Такая техника называется оббивкой.
В тех случаях, когда получить достаточно острый край или точный контур изделия одной
оббивкой не удавалось, с «полуфабриката» многочисленными лёгкими ударами снимали
тонкие мелкие сколы. Подобную технику оформления и подправки изделия именуют ретушью.
Чтобы выбранный обломок породы было удобнее обрабатывать, а ещё лучше — сразу сделать
несколько одинаковых заготовок, умельцы каменного века придумали следующее. С куска
камня сбивали выступы и известковую корку, придавая форму, по которой его легко расколоть
на достаточно стандартные фрагменты — сколы. Различают короткие сколы — отще'пы и
длинные — пластины. Специально подготовленный камень-заготовку называют я 'дрищем или
нуклеусом (от лат. nucleus — «ядро»), а способы его расщепления на заготовки-фрагменты —
техникой раска-
лывания. Появление нуклеуса стало важной технологической находкой: теперь можно было
легко получать изделия стандартного размера.
Среди памятников каменного века, начиная с самых ранних, встречаются крупные камни без
следов оббивки или ретуши. На их гранях хорошо видны следы многочисленных ударов —
видимо, они служили подставками при обработке камня. Условно их называют наковальнями.
По технике изготовления каменных и костяных орудий, способам подготовки и раскалывания
нуклеуса, а также по распространённости определённых типов изделий учёные делят каменный
век на несколько эпох.
ПАЛЕОЛИТ
ОЛДУВАИСКАЯ ЭПОХА. Олдувайская эпоха палеолита (около 3 млн. — 900 тыс. лет до н.э.)
выделена совсем недавно (в 60-х гг. XX в.) благодаря исследованиям английских археологов
Мэри и Луиса Лики в Олдувайском ущелье (Танзания, Юго-Восточная Африка). Здесь найдены
каменные орудия и костные остатки первого человека Homo habilis (в переводе с латыни
«человек умелый»). Этот период очень длителен, на его протяжении жил не только
примитивный хабилис, но и вполне «продвинутые» по сравнению с ним питекантроп (от греч.
«пи'текос» и «а'нтропос») и сина'нтроп ] от лат. Sina — «Китай» и греч. «а'нтропос»), стоянки
которых обнаружены на юге Европы и в Азии. Для всех стоянок характерны общий набор
орудий и их сходная обработка.
Древнейшие орудия примитивны и грубоваты, что объясняется отсутствием необходимых
трудовых навыков и несовершенством физического строения людей того времени, особенно
руки. Первым мастерам было трудно наносить меткие удары, точно обрабатывать кость или
камень. Тем не менее, набор олдувайских орудий довольно разнообразен. В нём есть
практически все типы изделий каменного века. Однако некоторые из них представлены
многочисленными
Грубое орудие на массивном отщепе.
*Архантропы — древнейшие люди (Homo habilis, питекантроп, синантроп и др.), жившие в
олдувайскую и ашельскую эпохи.
21
сериями, другие же широко распространились лишь в последующие эпохи. Факт такого
изобретения «про запас» поистине удивителен, но пока не находит объяснения.
Большинство олдувайских орудий изготовлено из гальки различных пород, поэтому данную
эпоху часто называют галечной. Кроме галек использовали и массивные обломки горных
пород. Размер олдувайских орудий невелик — всего 8—10 см. Основной приём обработки —
оббивка. Ретушь встречается реже. Наиболее типичны для олдувайской эпохи три вида орудий:
многогранники, чопперы и орудия на отщепах.
Многогранники — округлые, грубо оббитые камни со многими гранями — служили ударными
орудиями для приготовления растительной и животной пищи. Рубящими и режущими
орудиями были чопперы. Их делали из крупных галек. С помощью оббивки заостряли один
конец, а противоположный оставляли неотделанным — чтобы чоппер было удобно держать в
руке. Встречаются чопперы двух видов: с лезвием, оббитым с одной стороны, и с лезвием,
обработанным с двух сторон. Последние часто называют чоппингами.
После оббивки камней оставалось много отщепов. Из них уже сравнительно легко делали
разнообразные орудия, ими разделывали охотничью добычу, резали мясо. Для изготовления
орудий на отщепах использовали и заготовки, сколотые с нуклеусов. Во всех случаях нужную
форму изделия и острые края получали посредством ретуши.
Нуклеусы олдувайского периода очень примитивны. Это бесформенные куски камня с
немногими следами сколов. Их ещё трудно отличить от чопперов и других грубых орудий того
времени.
АШЕЛЬСКАЯ ЭПОХА. Следующая эпоха палеолита — ашельская (900 тыс. — 100 тыс. лет
до н.э.). На стоянках в Сент-Ашёле (предместье города Амьен) во Франции впервые были
найдены изделия, характерные для этой эпохи. Их создавали по-
прежнему архантропы, но, судя по костным остаткам, в физическом отношении древние люди
стали более совершенными. Хронологически ашель разделяется на древний, средний и
поздний.
Уже в древнем ашеле (900 тыс. — 350 тыс. лет до н.э.) появляются новые типы орудий —
ручное рубило и колун. Они значительно крупнее олдувайских многогранников и чопперов.
Ручные рубила достигают в длину
Ручное рубило. Ашель. Франция.
35 см и имеют овальную, сердцевидную или миндалевидную форму. Один конец их заострён с
двух сторон, края тщательно обработаны. Другой конец, называемый пяткой, как правило, не
обрабатывали — чтобы рубило удобно было держать. Форма ручных рубил достаточно
стандартна: видимо, человек к тому времени приобрёл устойчивые навыки обработки кремня.
Колун — ещё один распространённый тип орудия, оббитого с двух сторон. Он имеет
трапециевидную или треугольную форму с почти параллельными краями. Лезвие колуна
ретушью не обрабатывалось. Предположительно эти орудия служили для раскалывания
твёрдых материалов — кости и дерева.
И ручные рубила, и колуны существовали на всём протяжении ашеля.
В ашельскую эпоху широко использовали и орудия на отщепах. Предназначались они для
резания, скобления, прокалывания и прочих трудовых операций. Их формы, весьма
разнообразные, зависели от исходных заготовок, а, следовательно, определялись контурами
нуклеусов и техникой раскалывания.
* Слово «чоппер» происходит от английского chop — «рубящий удар»; chopper — «нож
мясника».
22
ТАК ЛИ ПРИМИТИВНО РУЧНОЕ РУБИЛО
Учёные считают, что ручное рубило было универсальным орудием. Им рубили дерево и кость,
разделывали туши убитых животных, выкапывали съедобные корни растений и мелких
животных из нор. В Санкт-Петербургском институте истории материальной культуры есть
лаборатория первобытной техники. Здесь проводят особые исследования —
экспериментальным путём выясняют, как древние люди создавали и использовали каменные
орудия. Опыты Карельской экспедиции 1960 г. доказали, что процесс изготовления из берёзы
или ольхи деревянной палицы толщиной не более 10 см при помощи ручного рубила занимал
меньше 1 ч, а обработка концов охотничьей рогатины — лишь 10—15 мин. Так что каменные
орудия были вполне эффективны.
В период древнего ашеля техника раскалывания во многом сходна с олдувайской. Её называют
кле'ктонской (по стоянке Клектон в Англии). Нуклеусы того времени грубые и бесформенные.
Такими же грубыми были и фрагменты-заготовки, поэтому при изготовлении орудия
использовалась ретушь.
Резкие изменения произошли в позднем ашеле (350 тыс. — 100 тыс. лет до н.э.). Впервые
обнаружили иначе расколотые нуклеусы на стоянке Леваллуа-Перре под Парижем, отсюда и
название новой техники — леваллуа'. Эта техника позволяла получать много заготовок (до 70
штук) достаточно правильной и к тому же заданной формы. Отщепы и пластины, скалываемые
с нуклеуса, выходили овальными или треугольными; дальнейшая их обработка была очень
несложной и не требовала много времени.
Найденные нуклеусы оббиты весьма тщательно. По форме они напоминают панцирь черепахи,
и поэтому их называют черепаховидными. Появление такого типа заготовок породило первое
массовое, можно даже сказать поточное, производство. Человек, имевший в запасе нуклеус
леваллуа, уже не тратил время на подбор подходящей заготовки. Из «панциря черепахи» он мог
в любое время и без особого труда сделать необходимое орудие — копьё для охоты, нож или
скребло для выделки шкуры.
К ашельской эпохе относятся уникальные деревянные находки: остриё копья (рогатины),
вырезанного из тиса (стоянка Клектон); конец рогатины, похожий на клектонское остриё
(стоянка Торральба, Испания). Близ города Лерингена (Германия) среди костей древнего слона,
между его рёбрами, была найдена целая рогатина длиной 215 см. Чтобы придать дереву
большую прочность, концы рогатин обычно обжигали.
МУСТЬЕ. Следующая эпоха палеолита — мустьерская, или мустье' (100 тыс. — 40 тыс. лет до
н.э.). Названа она так по месту находки характерного комплекса орудий — гроту Ла Мустье во
Франции. В те времена первобытные люди расселились по территории всего Старого Света;
известны стоянки мустьерского человека даже за Северным полярным кругом. Люди той эпохи
более совершенны в физическом и интеллектуальном отношении по сравнению с жившими в
ашельскую эпоху. Их именуют палеоантропами или неандертальцами. По мнению учёных, они
и есть предки современного человека — Homo sapiens (в переводе с латыни «человек
разумный»),
В эпоху мустье широко распространяется леваллуаская техника раскалывания нуклеуса,
заготовки для изделий выглядят более стандартными и менее массивными. Важное событие —
возникновение отжимной ретуши. С помощью отжи'мника (небольшого прямоугольного или
круглого стержня из кости, рога или дерева) от заготовки отделяли маленькие чешуйки. Ретушь
наносили не только на края — часто ею покрывали всю поверхность изделия, и оно
становилось более удобным и красивым. А, кроме того, люди могли теперь изготовлять самые
разнообразные
I Л-
ОтАниание.
23
по форме и достаточно прочные края и лезвия каменных орудий.
В период мустье появляются новые виды орудий труда, одновременно совершенствуются те,
что существовали ранее. По данным археологов, тогда насчитывалось более 90 видов орудий.
Это говорит о том, что началась специализация человеческой деятельности и для определённых
работ потребовались соответствующие инструменты. С одной стороны, выделилось охотничье
вооружение, с другой — орудия для хозяйственно-бытовых работ.
«Визитная карточка» той эпохи — остроконечники и скрёбла. Остроконечники — массивные
каменные изделия миндалевидной или треугольной формы с прямыми или слегка выпуклыми,
обработанными ретушью краями. Листовидные острия по форме напоминают удлинённый
лист дерева, отретушированный с двух сторон. Лима’сы — более короткие острия с выпуклыми
краями — также обрабатывались с двух сторон.
И остроконечники, и острия традиционно считаются предметами охотничьего вооружения: они
слу-
Остроконечник. Мустье. Франция.
жили частью составных орудий — тяжёлых охотничьих копий или дротиков с деревянным
древком. С ними ходили на слонов, мамонтов, шерстистых носорогов, бизонов и других
крупных животных.
Скребло — достаточно крупное изделие, асимметричное в плане; форма, расположение и
количество лезвий весьма разнообразны. Употребляли это орудие для скобления, в том числе
для обработки шкур.
Скобели, зубчато-выемчатые орудия, отщепы и пластины с ретушью использовали с разными
целями: ими обрабатывали дерево и кость, резали, строгали, сверлили, выделывали шкуры
животных.
В мустьерскую эпоху орудия начинают делать и из кости. Обработка этого материала
распространена ещё не очень широко, но на стоянках того периода уже встречаются простые
костяные острия и шилья. Так, на крымской пещерной стоянке Киик-Коба обнаружили крупное
шилообразное орудие из кости дикой лошади.
ВЕРХНИЙ, ИЛИ ПОЗДНИЙ, ПАЛЕОЛИТ. Это последний период палеолита (40 тыс. — 10
тыс. лет до н.э.). На исторической арене появляется Homo sapiens. Техника обработки камня и
кости становится необычайно высокой, развивается домостроительство, рождается яркое,
выразительное искусство. Биологическое формирование человека на этом этапе заканчивается.
Одно из важнейших технических достижений позднего палеолита — призматическая техника
раскалывания заготовки. Опыт многих тысячелетий убеждал человека в том, что удлинённая
заготовка (т. е. нуклеус), по форме напоминающая призму или конус, чрезвычайно удобна в
работе и позволяет экономно расходовать материал. А это было немаловажно, учитывая
скромные запасы сырья. С такого нуклеуса снимали узкие прямые пластинки, из которых
изготовляли орудия самого разного назначения: наконечники дротиков, копий и, возможно,
стрел; резцы, скребки, ножи, проколки, свёрла. Теперь для тру-
24
довой операции мастер брал не одно, а несколько орудий и использовал их последовательно.
Набор орудий того времени необычайно богат — учёные насчитывают более 200 типов. По
сравнению с предшествующими эпохами орудия позднего палеолита меньше, изящнее.
Появились и новые их виды, которые стали важным шагом в развитии техники. Это резцы и
вкладышевые орудия.
По своему назначению и конструкции рабочей кромки древний резец похож на современный
токарный. Острая режущая кромка, образованная резцовым сколом, делала его незаменимым
для работы с твёрдыми материалами. Им резали кость, бивень мамонта, дерево, толстую кожу.
Без него было бы невозможно изготовлять костяные наконечники копий, гарпуны, шилья,
иголки, лопаточки для выминания кожи, рукоятки и основы для вкладышевых орудий,
статуэтки людей и животных, украшения. На многочисленных гравированных изделиях из
рога, бивня и кости со стоянок Западной и Восточной Европы, Сибири отчётливо видны
конические канавки — следы резца.
Одно из самых распространённых орудий в верхнем палеолите — скребок. Обычно он имел
округлое отретушированное лезвие. На протяжении многих тысячелетий, от мустье до
железного века, этот инструмент использовали для выделки шкур и кожи. Даже в наше время
народы Севера обрабатывают пушнину, как правило, каменными скребками, а не железными:
металлические чаще портят шкуру, особенно тонкую.
В верхнем палеолите уже существовала специализированная пушная охота — на песца, волка,
росомаху и даже зайца. Большое разнообразие пушнины и кож требовало специальных
инструментов для их выделки. Скребками производили одну из основных операций —
мездрение, т. е. шкуры и кожу очищали и обезжиривали. Без этого нельзя шить одежду и обувь,
изготовлять сумки, мешки, котлы и другую тару, покрывать шкурами жилище.
Чаще всего работали скребками без рукоятки, движениями «на себя». Шкуру растягивали на
земле, закрепляли её колышками или расстилали на колене, затем удаляли мездру с остатками
мяса. Рабочий край скребков быстро изнашивался. Заготовки, из которых эти орудия делали,
были длинными, и потому, когда скребок становился тупым, его подправляли, и не один раз.
После мездрения и обработки золой шкуры и кожи сушили,
*Мездра — слой шкуры (подкожная клетчатка, остатки мяса), отделяемый при выделке кожи.
25
а затем выминали с помощью костяных лопаточек и лощил. Кроили шкуры ножами и резцами.
Шили изделия из кожи и меха с помощью мелких острий, проколок и костяных игл. Остриями
называют не определённый тип изделий, а орудия с общим признаком — острым
ретушированным концом. Большие острия, вероятно, использовали для работы с грубыми и
толстыми шкурами таких животных, как бизон, носорог, медведь, дикая лошадь. Одежду из них
не шили, а вот для устройства крыш и других хозяйственных целей они были, по-видимому,
необходимы. Кроме того, крупные острия могли служить в качестве наконечников копий и
стрел.
Прокопки — орудия с выделенным ретушью относительно длинным и острым жальцем или
несколькими жальцами. Ими прокалывали кожу, а отверстия потом расширяли при помощи
острий или костяных шильев.
Иглы из кости практически не отличаются от современных, разве что немного толще. Их
вырезали из плотной кости и шлифовали; ушко либо прорезали, либо просверливали. Иглы
часто находят в игольниках — маленьких цилиндрических коробочках с крышечками,
сделанных из трубчатых костей птиц. Они часто украшены выгравированным орнаментом.
Сшивали одежду сухожилиями и растительными волокнами, а также тонкими сыромятными
ремешками из кожи мелких животных.
Представить, как одевался первобытный человек, можно благодаря статуэткам, найденным на
стоянках Мальта и Буреть близ Иркутска в Сибири. Статуэтки изображают людей в меховых
комбинезонах с капюшоном, в штанах, рубахах и обуви. В общих чертах одежда похожа на
традиционный костюм северных народов. Судя по погребениям верхнего палеолита, одежда (и
головные уборы) богато украшалась резными костяными бляшками, застёгивалась на костяные
пуговицы и пряжки.
Во второй половине верхнего палеолита появились составные, или вкладышевые, орудия. На
основе призматической техники раскалывания человек научился делать правильные
миниатюрные пластинки, очень тонкие, с режущими краями. Такая техника называется
микролитической (от греч. «микро'с» — «малый» и «ли'тос»). Изделия, ширина которых не
превышала 1 см, а длина — 5 см, называют микропластинками. Они-то главным образом и
служили вкладышами — составными частями лезвия будущего орудия. Если вставить
ретушированные микропластинки в основу из дерева, кости и рога, получится длинное
режущее лезвие. Вырезать его целиком из камня невыгодно. Во-первых, на это уйдёт много
времени, а во-вторых, камень достаточно хрупок и при сильном ударе может разломиться.
Составное лезвие легче починить — заменить только повреждённую часть (один-два
вкладыша), а не делать целиком заново. Чаще всего именно
*Кожу, которую не подвергают специальной обработке (дублению) для того, чтобы она стала
мягкой и прочной, называют сыромятной, или сыромятью.
26
так изготовляли крупные наконечники копий с изогнутыми краями (подобный наконечник
найден на стоянке Талицкого на Урале), жатвенные ножи с вогнутыми лезвиями (ими древние
люди собирали дикорастущие злаки).
В эпоху верхнего палеолита стали применять принципиально новые техники обработки
твёрдых материалов — пиление, сверление и шлифование.
Сверлили с помощью лучкового сверла, хорошо известного по более поздним временам. В
тетиву вставляли полую кость, под неё постоянно подсыпали песок и при вращении кости
высверливали отверстие. Чтобы получить более мелкие отверстия, например игольное ушко
или дырочку в бусине из раковины, использовали кремнёвые свёрла — каменные орудия
небольшого размера с ретушированным трёхгранным или коническим жалом, которое
закрепляли в рукоятке и быстро вращали вручную.
Пиление применялось в тех же случаях, что и сейчас, но значительно реже. Каменные пилки —
вкладышевые орудия, делали их из пластинок с ретушированным зубчатым краем и какой-либо
твёрдой основы. Они были достаточно хрупки, поэтому дерево обрабатывали в основном
рубящими орудиями. Кроме того, эпоха верхнего палеолита совпала с ледниковым периодом, и
деревьев тогда росло не так уж много. Зато следы пиления обнаружены на статуэтках того
времени, сделанных из мягкого камня — например, мергеля или сланца.
Шлифовали и полировали чаще всего кость, гораздо реже — камень. Широко распространится
подобная техника в мезолите и неолите.
В наборе орудий, характерных для верхнего палеолита, встречаются комбинированные орудия.
Видимо, для того, чтобы мастеру было удобнее работать, на одной заготовке часто располагали
(комбинировали) два-три различных орудия. Скребок и резец, скребок — резец — проколка,
несколько разных резцовых кромок — наиболее частые сочетания.
МЕЗОЛИТ
Средний каменный век (10 тыс. — 5 тыс. лет до н.э.) называют мезолитом (от греи, «ме'зос» —
«промежуточный» и «ли'тос»), В это время происходили существенные изменения природно-
географической среды. Общее потепление, таяние ледников вызвали изменение климата.
Возникло много новых рек и озёр, лесные пространства стали занимать обширную территорию.
Крупные холодолюбивые животные (мамонт, шерстистый носорог, овцебык), служившие
27
Охотники, стреляющие из лука. Наскальные рисунки.
первобытному человеку источником мяса, вымерли. А те, что выжили и приспособились к
новым условиям обитания, были быстроногими, осторожными, не паслись стадами.
Всё это привело к серьёзной перестройке хозяйства древних людей.
ПЛЕТЕНИЕ И ТКАЧЕСТВО
Традиционно считалось, что плетение появилось в мезолите, а ткачество лишь в неолите.
Новые археологические находки заставляют значительно «состарить» эти ремёсла. Самые
древние образны тканей и плетения обнаружены на верхнепалеолитической стоянке Павлов-1
(Моравия, Чехия). Они созданы около 26—25 тыс. лет назад. Ткани сделаны из волокон
крапивы и имеют несколько видов сложного переплетения нитей. В образцах плетёных
верёвочек используются разнообразные растительные волокна.
Более поздние находки, широко распространённые от Японии до Северной Америки, относятся
к концу палеолита и мезолиту (13—7 тыс. лет назад). Это говорит о том, что плетением
рыболовных сетей, различных ловушек для ловли рыбы и корзин люди занимались постоянно.
В мезолите, когда исчезали обширные покровные ледники и поверхность земли изобиловала
водой, рыболовство и собирательство съедобных моллюсков были важными способами
добывания пищи. Огромные торфяники, оставшиеся с тех времён, хорошо сохраняют изделия
из дерева, кости, кожи, растительных волокон.
Например, коллективная загонная охота превратилась в индивидуальную. В результате
возросла роль охотничьего вооружения — различных приспособлений, ловушек и, конечно,
метательного оружия. В мезолите появились лук и стрелы. Они позволили добывать мелких и
одиночных животных, в том числе птиц. Потому-то среди находок той эпохи много
наконечников стрел — из камня, кости и дерева. В мезолитических погребениях в Сибири
найдены даже луки. Они довольно большие, около 1 м, и производят впечатление мощного
оружия. Видимо, древние охотники почитали их — недаром луки украшены просверленными
клыками животных.
Многочисленные находки рыболовных крючков, гарпунов и острог свидетельствуют о том, что
в то время придавали большое значение рыболовству. Был изобретён выгнутый рыболовный
крючок (прямой существовал ещё в палеолите). Наконечники острог найдены в эстонском
поселении Кунда. Это плоские, тонкие, хорошо заострённые костяные изделия с мелкими
зубцами на одной стороне. На остроге могло быть до 20 зубцов. Такое оружие делали не только
из кости — в ход шли и дерево, и камень; известны составные остроги, с вкладышевыми
зубцами.
Важным шагом в развитии рыболовного снаряжения стало изобретение сетей. Ни гарпун, ни
удочка не могли обеспечить по-настоящему богатый улов. Фрагменты рыболовных сетей с
поплавками из сосновой и берёзовой коры, с каменными грузилами найдены в прибалтийских
мезолитических поселениях. В торфяниках (остатки мезолитических озёр) Скандинавии
сохранились элементы рыболовных сетей длиной более 25 м. Как правило, сети плели из
растительных волокон.
Развивалась призматическая техника раскалывания, а микролитическая достигла расцвета.
Основной набор орудий оставался тем же, что и в позднем палеолите, но на юге и лесном
севере встречаются разные группы изделий. В южных областях
28
Скребок в рукоятке из рога лося. Мезолит. Россия.
это кремнёвые орудия геометрической формы — маленькие сегменты, треугольники, трапеции,
которые за свою форму и размеры получили название геометрических микролитов. Они
служили наконечниками стрел и вкладышами в составных орудиях для собирательства.
В лесных и лесостепных зонах изготовляли рубящие и деревообрабатывающие инструменты —
каменные тёсла, долота, скобели, струги, топоры. Найденные орудия массивны, а их рабочие
лезвия по форме похожи на своих металлических «потомков». С их помощью делали лодки,
лыжи, сани, охотничьи ловушки и множество других деревянных предметов.
В поселениях мезолита повсеместно находят роющие орудия — мотыги, кирки и кайла; их
делали из рога, кости и камня.
Широко использовались пиление, шлифование, полирование, сверление. Чтобы придать
желаемую форму изделию любого строения и твёрдости, его шлифовали. Особенно важна была
такая техника для обработки рубящих орудий. По своему качеству нешлифованные топоры из
кремня, обсидиана и кварцита были значительно хуже шлифованных. Кроме того, в холодной
лесной половине Восточной Европы месторождения кремня довольно редки. Здесь встречаются
в основном мягкие сланцы. Шлифуя их, древний человек получал топоры, тёсла, кайла и ножи,
пригодные для строительства жилищ и долбления лодок.
НЕОЛИТ
Последняя, и очень важная, стадия каменного века (около 5 тыс. — 3 тыс. лет до н.э.) — неолит
(от греч. «не'ос» и «ли'тос»). В эту эпоху человек впервые создал искусственные материалы —
керамику и текстиль. Основные же орудия труда по-прежнему делались из камня, кости и
дерева. Главным камнем оставался кремень. Но люди освоили и яшму, нефрит, горный
хрусталь. Из приёмов обработки камня преобладали двусторонняя оббивка, ретушь,
шлифование, пиление, сверление. Шлифовать стали и кремнёвые орудия, подсыпая мокрый
песок. Интенсивно развивалась техника пиления. Изготовлять подвески, особенно бусы,
удобнее было из
Шлифованный кремнёвый топор. Ранний неолит. Франция.
29
стандартных заготовок, и здесь помогала пила.
С ростом населения и развитием хозяйства увеличилась потребность в сырье для производства
орудий. Чтобы добыть кремень, в меловых отложениях пробивали глубокие ямы. Когда
достигали слоя, содержащего искомую породу, яму расширяли боковыми штольнями. На
стенках шахт сохранились следы от ударов роговых мотыг. Найдены и сами мотыги, и роговые
кирки. В древних кремнё-
Наконечни* кол».». Кремневый наконечник юли с луЬчагым
Heow. Ланин. краем. Ранний неолит Франция
вых разработках встречаются рога оленей, служившие в шахтах рычагами. В одной из таких
шахт на территории Польши археологи нашли «шахтёра», погибшего под завалом. С ним были
его инструменты — мотыга и кирка, светильник-жировик, сосуд для воды, остатки корзины с
добытым кремнём.
Среди находок неолита есть все основные типы каменных изделий, сформировавшиеся в эпохи
палеолита и мезолита: резцы, скребки, проколки, свёрла, ножи, скрёбла, зубчато-выемчатые
орудия, пластины и отщепы с ретушью; при этом формы орудий и охотничьего оружия более
совершенны по сравнению с предшествующими периодами.
В эпоху неолита начинается переход к принципиально иным формам хозяйства — от
потребляющего (охота, рыболовство, собирательство) к производящему (земледелие и
скотоводство). С различиями в природных условиях связаны и неодновременность такого
перехода по регионам, и несхожесть жилищ, бытовых вещей, формы орудий. Если в южных
областях уже осваивали скотоводство и земледелие, то на севере ещё господствовало
потребляющее хозяйство. На раскопках в зонах развития производящих форм хозяйства учёные
обнаружили много наконечников стрел и копий, орудия, связанные с обработкой охотничьей
добычи. Однако преобладали здесь, безусловно, земледельческие орудия: вкладышевые
жатвенные ножи, серпы, мотыги, кирки и зернотёрки.
Серпы (жатвенные ножи) — тип вкладышевых орудий, они состоят из костяной основы и
микролитов. Мотыги делали из кости, рога, камня; формы их различны. Кирки изготовляли из
тех же материалов; их формы близки к современным. На раскопках в среднеазиатском
поселении Джейтун, как и во многих других раннеземледельческих поселениях, нашли основы
жатвенных ножей и зернотёрки. Зернотёрки — плоские заглаженные или шлифованные камни,
между которыми растирали зерно в муку. В таких поселениях часто
30
КЕРАМИКА
Керамика (от греи, «керамике1» — «гончарное искусство», от «ке'рамос» — «глина») — первый
искусственный материал. Изобретали его не однажды и не в одном месте. Впервые это
произошло 26 тыс. лет назад, в верхнем палеолите. В древности люди, обитавшие на
территории Моравии (стоянка Дольни Вестонице), лепили из глины с добавлением различных
примесей статуэтки животных и женщин, а потом обжигали их на огне. Получалась керамика
довольно высокого качества. Физические исследования показали, что температура обжига
достигала 700—800 °C. Очаги, в которых производился обжиг, были особой конструкции и не
использовались для приготовления пищи. Располагались они отдельно от жилища, в
специальных мастерских.
Второй случай появления керамики, также относящийся к верхнему палеолиту, — находки с
сибирской стоянки Майна на Верхнем Енисее. Здесь обнаружена фигурка человека,
изготовленная приблизительно в XV тысячелетии до н.э.
Одна из величайших загадок истории техники — отсутствие рядом с древнейшими образцами
керамики каких-либо следов керамической посуды. До изобретения керамики люди
пользовались деревянной, каменной, кожаной посудой, сосудами из коры и плодов деревьев.
Керамическая тара удобнее во многих случаях, особенно для хранения пищевых запасов и
воды. Такая посуда появляется 13—12 тыс. лет назад в японских и китайских мезолитических
культурах. Получается, что сделанные некогда технические изобретения впоследствии
забывались, а позже их открывали вновь.
Керамическая посуда была хорошего качества, разнообразных форм. В глиняное тесто, чтобы
посуда не трескалась при обжиге, примешивали минеральные и растительные добавки:
охотники-собиратели — золу, толчёные раковины, дресву (толчёный древесный уголь),
волокна дикорастущих растений; земледельцы — солому культурных злаков, навоз и шамот
(толчёную керамику).
Самую раннюю керамику называют лепной: она сделана без помощи гончарного круга. Лепили
двумя способами — ленточным (или жгутовым) и посредством выбивания. В первом случае
глиняную колбаску накладывали круг за кругом, а потом изделие заглаживали. Во втором — из
глиняного шара выбивали нужную форму. Сначала глиняную посуду обжигали либо в ямах с
древесным углем, либо в очагах. Из-за неравномерного прогревания она получалась
невысокого качества. Затем придумали гончарный горн — специальную печь с двумя
отделениями: в одно помешали топливо, в другое — обжигаемые изделия. Горны часто делали
двухъярусными, с несколькими поддувалами — для лучшей вентиляции камеры обжига
горячим воздухом. В таких горнах температура достигала 700 — 900 °C. На Переднем Востоке
горны существовали уже в VII—VI тысячелетиях до н.э. Гончарный круг появился
относительно поздно — в энеолите (переходном периоде от каменного века к бронзовому).
Первые, не очень совершенные круги использовали в IV тысячелетии до н.э. в Месопотамии
(город Урук). Вначале гончарный круг был неподвижен и лишь потом стал вращающимся,
встречаются каменные пестики, похожие на современные.
В северных лесных областях находят в основном предметы охотничьего вооружения,
рыболовные снасти, рубящие изделия. В неолите здесь появились крупные наконечники копий,
костяные кинжалы с кремнёвыми вкладышами. Кремнёвые наконечники стрел чрезвычайно
разнообразны. Встречаются даже искусственно затупленные: с ними охотились на пушного
зверя — чтобы не портить шкурку. Наиболее характерны для неолита наконечники стрел с
черешком. По фрагментам неолитических луков видно, что эти изделия часто снабжались
роговыми обкладками — для большей упругости. На крупного зверя охотились с копьями, у
которых были массивные кремнёвые наконечники, и с большими, до 2 м, луками-самострелами
— их ставили на водопойных тропах.
К неолиту относятся массовые находки орудий рыболовства. Люди научились тогда
необычайно искусно изготовлять рыболовные снасти — например, составные рыболовные
крючки из каменного грузила, изогнутого деревянного стержня и звериного когтя на конце.
С неолита известны пряслица — маленькие колечки из твёрдых материалов. Пряслица
насаживали на веретено, и оно равномерно вращалось при прядении. Массовая находка в
поселениях позднего неолита — ткацкие грузики из камня или глины, служившие для
натяжения нитей основы простейшего ткацкого стана. Такой стан первоначально представлял
собой деревянную раму. Его ширина определяла ширину получаемой
31
НЕОЛИТИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
Переход от потребляющего типа хозяйства к производящему — одно из важнейших событий в
истории человечества. Если раньше человек всецело зависел от характера природных ресурсов,
обеспечивающих его жизненные потребности в пище, одежде, домостроительстве и т. д., то
теперь важнейшие из этих ресурсов производились и контролировались человеком.
Положите контур полумесяца на карту, и пусть один его конец ляжет на север африканского
континента, другой — на Иран, а средняя часть — на территорию Переднего Востока:
Анатолию, Сирию, Ирак (Двуречье, или Месопотамию). Внутри контура окажутся так
называемые земли Плодородного Полумесяца. Именно здесь находится прародина практически
всех известных культурных злаков и животных. И именно здесь археологи впервые
обнаружили поселения людей каменного века, которые занимались мотыжным земледелием,
выращивая пшеницу-двузернянку, держали при доме мелкий рогатый скот и свиней, кошек и
хорей. (Первые земледельческие памятники Переднего Востока датируются X—IX
тысячелетиями до н.э.)
Переход к новому укладу хозяйства вызвал кардинальные перемены в обществе и культуре, не
случайно его называют неолитической революцией. Население увеличилось, по
ориентировочным оценкам, в 100 раз. Возросло накопление богатств, в частности продуктов
питания. Для их зашиты земледельцы стали окружать поселения стенами — так складывалась
первобытная фортификация, которой никогда до этого не существовало. Например, стены
неолитического Иерихона (Палестина) — его возраст более 9 тыс. лет — были сложены из
камня и имели высоту от 4 до 8 м. В самих поселениях стояли прочные дома с окрашенными
полами и стенами, простейшей мебелью. Наконец, начали развиваться ремёсла — гончарство,
ткачество, сукноваляние, деревообработка; появилось прикладное искусство; возникла
потребность в создании ирригационных (оросительных) систем — всё это послужило сильным
импульсом для развития техники.
Кремнёвый жатвенный нож (серп). Неолит.
ткани и дальнейший крой одежды. В работу шли нити, спрядённые из специально
обработанных волокон шерсти и растений — крапивы, конопли, льна. Ткани из хлопка и шёлка
появились позднее. Все эти новшества свидетельствуют о широком распространении ткачества.
Одновременно заметно уменьшилось количество орудий, необходимых для выделки кож и
меха, — скребков и проколок.
ЧТО БЫЛО ПОСЛЕ КАМЕННОГО ВЕКА
Каменный век уступил место медному, а затем — бронзовому и железному. А если точнее, то
переход от каменного века к бронзовому называют халколитом (от греч. «ха'лкос» — «медь» и
«ли'тос») или энеолитам (от лат. aeneus — «медь» и греч. «ли'тос»), что означает
«меднокаменный». Этот период наступил в IV—III тысячелетиях до н.э. Среди
многочисленных каменных орудий того времени археологи обнаруживают и медные. Самые
древние изготовлены из самородков — случайно найденных природных кусков чистой меди.
Куски самородной меди порой бывали значительной величины (весили до 260 кг).
Но чистая медь (а самородки содержали до 99,98 % металла) — вязкий и тягучий, а значит,
очень мягкий материал, малопригодный для изготовления оружия и орудий труда. Как же
использовали её древние мастера?
Тяжёлые куски самородного металла люди считали камнями, потому и пытались обработать их,
как обычные камни, — способом оббивки. Но, к удивлению мастеров, эти
32
«камни» под ударами молота не раскалывались, а изменяли форму и становились более
твёрдыми! Настолько твёрдыми, что из них можно было выковывать топоры и ножи,
наконечники копий и стрел. (Твёрдый слой металла, образующийся при ковке, теперь называют
наклёпом.) Более того, слишком сильная ковка делала медь хрупкой.
До нашего времени дошло не много изделий из чистой меди, изготовленных способом
холодной ковки. В Шумере холодная обработка меди использовалась приблизительно до конца
IV тысячелетия до н.э. В Египте найдены примитивные медные орудия и оружие, относящиеся
к этому же периоду. Археологи предполагают, что холоднокованых медных орудий было не так
много, как каменных. Большинство их, по-видимому, переплавили после изобретения плавки и
литья металлов.
Около 3 тыс. лет до н.э. в Шумере металлические изделия уже отливали в формах. Литые
медные изделия пользовались немалым спросом. Когда запасы самородного металла были
исчерпаны, медь стали добывать из недр Земли. Некоторые места её добычи в III тысячелетии
до н.э. — с остатками шахт, их оборудования и орудий труда древних шахтёров —
найдены археологами на территории Испании, Португалии, Англии и других стран. Руду
добывали главным образом в горах, пробивая туннели и строя рудники. В Средние века отрасль
промышленности, возникшую на этой основе, так и стали называть — горнодобывающей, а
рабочих и мастеров — горняками, даже если рудники находились не в горах, а в чистом поле.
Древние металлурги добытую породу разбивали на небольшие куски, которые растирали на
доске ручными орудиями. Образовавшуюся мелкозернистую массу промывали водой в
деревянных корытах. При покачивании корыт лёгкие примеси всплывали, а тяжёлые частицы
медной руды оседали на дне.
В начале халколита медную руду плавили в специальных ямах, а позднее — в небольших
каменных печах, обмазанных изнутри глиной. В них разводили огонь, а сверху слоями клали
древесный уголь и медный концентрат, полученный после промывки. Выплавленная медь
стекала на дно печи. Жидкий шлак сливали через отверстие в стенке. После окончания плавки
похожий на лепёшку слиток остывшей меди вынимали из печи.
Примерно в III—II тысячелетиях до н.э. на территории Европы и Азии люди научились
выплавлять медные сплавы. Обнаружили, что медные орудия можно значительно улучшить,
если при выплавке добавлять в медь чёрные, коричневые и красновато-коричневые камни
касситерита — оловянной руды. (Такие камни попадались в медных разработках и на
поверхности Земли рядом с самородками меди.) В результате получался сплав, который теперь
называют бронзой. Затвердев, он оказывался гораздо более твёрдым и упругим, чем медь. Да и
температура его плавления была ниже.
Оловянная руда встречается реже медной. Поэтому для производства бронзы её иногда
привозили из далёких стран.
Разнообразные бронзовые изделия намного превосходили по качеству каменные и особенно
широко
Медный топор шумеров. Бронзовый меч.
33
применялись приблизительно в XX — XIII вв. до н.э. Но и тогда металлы не смогли вытеснить
камень полностью. Это произошло только в начале I тысячелетия до н.э., когда стали
повсеместно использовать дешёвое и прочное железо. Наступил железный век.
Железные руды встречаются чаще, чем медные, а тем более оловянные. Ведь железо — один из
самых распространённых в земной коре химических элементов. Орудия и оружие из сплавов
железа прочны, поддаются закалке. До сих пор железо и его разнообразные сплавы остаются
важнейшими техническими материалами. Из них сделано около 95 % всей металлической
продукции. Поэтому можно сказать: начавшийся около 3 тыс. лет назад железный век
продолжается и сейчас.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ДРЕВНИХ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКИХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ
Древнейшие земледельческие цивилизации возникли несколько тысяч лет назад в долинах
великих рек — Тигра и Евфрата, Нила, Инда, Хуанхэ. Здесь образовались первые на Земле
государства. Археологические данные и скупые письменные свидетельства позволяют учёным
говорить о том, что в истории развития этих государств, в технике, которая там применялась,
было немало общего.
В тёплой, но засушливой или, наоборот, переувлажнённой, заболоченной местности богатый
урожай можно получать не один, а два или три раза в год. Однако прежде нужно научиться
поливать либо осушать обширные территории. Возделать и засеять сравнительно небольшое
поле
способны и несколько человек, но для того, чтобы прорыть систему каналов и подвести воду к
полям или осушить болота, требуется множество хорошо организованных работников. Таким
образом, именно климат стал основной причиной, которая заставила людей объединить свои
поселения.
ПОЧЕМУ ИСТОРИЯ НАЧАЛАСЬ В ШУМЕРЕ
Один из древнейших очагов мировой культуры — Месопотамия, что в переводе означает
«двуречье» (или «междуречье»). Назвали эту область так не случайно: она находится между
двумя большими реками — Тигром и Евфратом. Здесь в IV—III тысячелетиях до н.э.
развивались города-государства шумеров — Лагаш, Ур, Киш и др. Люди, жившие там, были
замечательными тружениками. Они сделали великие для своей эпохи технические открытия. С
помощью простейших устройств — мотыг и корзин для переноски вырытой земли — шумеры
построили каналы, по которым вода потекла к полям. Каналы, вырытые около каждой деревни,
в совокупности образовали огромную ирригационную систему, орошавшую всю равнину. Во
время ежегодных разливов Тигра и Евфрата, когда в горах, где
34
берут начало эти реки, таяли снега, богатая илом вода мчалась к полям и садам, не только
поливая, но и удобряя старательно возделанные участки. Поливное земледелие в условиях
жаркого климата оказалось очень успешным: большие урожаи пшеницы, фруктов, овощей
обеспечили быстрый рост населения.
Гончарный круг для изготовления глиняной посуды и специальные печи для её обжига тоже
изобретения шумеров. Они научились делать из обычной глины твёрдую как камень, звонкую и
прочную керамику — не только горшки, тарелки и кувшины, но и керамические молоты, ножи
и серпы для жатвы.
Жилища и загоны для скота шумеры сооружали сначала из вязанок высушенного тростника.
Позже придумали, как строить дома из глины. Её сушили в особых формах — так получились
кирпичи. Отсутствие строительного материала на безлесной равнине перестало быть
проблемой. Первые кирпичные постройки очень просты, но со временем мастера-каменщики
научились возводить сложные ступенчатые конструкции, напоминающие арки, купола, своды.
Около 5 тыс. лет назад шумеры изобрели колесо; по крайней мере, к тому времени относится
самое древнее из дошедших до нас изображений
колёсной повозки. Да и сами повозки, в которые впрягали быков, появились тоже в Шумере. А
для того чтобы колёса не увязали в песке, улицы в городах начали покрывать... асфальтом.
Конечно, это был не тот асфальт, что применяют сегодня, но, по сути дела, именно шумеры
первыми стали пропитывать грунт вязким битумом — загустевшей нефтью.
Через реки и каналы жители Шумера переправлялись на наполненных воздухом кожаных
бурдюках, позже — на больших и прочных парусных лодках-плотах из тростника. Даже через
тысячи лет искусство жителей Двуречья не было утеряно: норвежский этнограф и археолог Тур
Зиккурат (культовая башня) в Уре. XXII—XXI вв. до н.э. Реконструкция.
КОЛЕСО И КОЛЁСНАЯ ПОВОЗКА
Возможно, колесо — самое великое изобретение в истории техники. И действительно,
каменное рубило — всего лишь «усовершенствованный» камень. Топор, мотыга и кирка не что
иное, как «доработанная» дубинка. Копьё и дротик — видоизменённая палка. Придумав же
колесо (или лук со стрелами), человек не просто улучшил предметы, имеющие природное
происхождение, а изготовил нечто абсолютно новое.
Учёные полагают, что первые колёса были созданы в Шумере примерно 5200 лет назад. До
изобретения колеса тяжести по суше перемешали с помощью катков и рычагов. С развитием
скотоводства начали использовать вьючных животных, появились бесколёсные волокуши,
ставшие прообразом саней.
Первые дошедшие до нас изображения колёсной повозки найдены в Месопотамии; датируются
они IV тысячелетием до н.э. Колёсная повозка состоит из колёс, осей и площадки для груза.
Очень важна в ней и упряжь — техническое приспособление, позволяющее впрягать тягловое
животное (осла, мула или быка). Интересно, что деревянный хомут сначала закрепляли на
голове животного и только гораздо позже — на шее.
«Штандарт из Ура» с изображением колёсных повозок. XXV в. до н.э. Британский музей.
Лондон.
35
Хейердал в 1977—1978 гг. проплыл по морю на такой тростниковой лодке «Тигрис» от берегов
Ирака до устья Инда, а оттуда — до восточного побережья Африки (до гавани Джибути).
Шумеры выплавляли металлы — медь и бронзу (обычно сплав меди с оловом). Оставшиеся
навсегда безвестными мастера первыми в истории человечества научились паять
СПОР МЕЖДУ МОТЫГОЙ И ПЛУГОМ
Среди древнейших текстов, дошедших из глубины веков до наших дней, встречаются
любопытные литературные произведения, из которых можно узнать о том, какой была техника
5—6 тыс. лет назад. Вот отрывок одного из них, написанного в любимом шумерами жанре
литературного диспута. Первоначально текст был нанесён на глиняные таблички. Теперь он
переведён на современные европейские языки.
Вот смотри! Мотыга, Мотыга, носящая узел,
Мотыга из шелковицы, зубья которой из кизила,
Мотыга из тамариска, зубья которой
из «морского» дерева,
Мотыга с двумя зубьями, с четырьмя зубьями,
Мотыга, сын бедного человека, опора
человека в лохмотьях,
Мотыга бросает вызов Плугу.
Ив споре Мотыги с Плугом Мотыга
говорит Плугу:
— Я приумножаю, но что приумножаешь ты?
Я расширяю, но что расширяешь ты?
Когда воды хлынут через размытую плотину,
ты не запружаешь её,
Ты не наполняешь корзины илом,
Ты не наполняешь перемётных сум глиной,
ты не делаешь кирпич,
Ты не кладёшь фундамент, ты не строишь ломов,
Ты не укрепляешь шатающихся старых стен,
Ты не прилаживаешь водосточных желобов
на крышах достойных людей.
Плуг, я приумножаю, но что приумножаешь ты?
Я расширяю, но что расширяешь ты?
В ответ Плуг, который к тому времени только-только вошёл в обиход, напоминает Мотыге о
празднике — первом дне вспашки поля. В этот день царь (он же верховный жрец главного бога
Энлиля) в сопровождении приближённых приносил жертвы Энлилю и проводил самую первую
борозду.
Я Плуг, сделанный могучей рукой,
собранный могучей рукой,
Я надзиратель Энлиля над полями,
Я верный землепашец человечества.
Когда мой праздник празднуется в поле,
Царь сам режет быков для меня,
Убивает несчётное множество овец для меня,
Разливает пиво в сосуды...
Царь держит меня за рукоятку,
Запрягает моих быков в ярмо.
Вся знать идёт рядом со мной,
Все страны обожают меня,
Все люди с радостью взирают и а меня,
Моё присутствие среди борозд — украшение полей.
Перед колосьями, которые я выращиваю в полях,
Все звери страны радостно, низко склоняются...
Я наполняю для Энлиля силосные ямы и житницы,
Сгребаю для него в кучу пшеницу...
Но ты, Мотыга, кто работает и копошится в грязи,
Мотыга, чья голова увязла в поле,
Мотыга и форма для кирпича,
Проводящие все свои дни в грязи,
Колодцекопателъ, ямокопатель,
Ты не годишься для царской руки,
Ты осмеливаешься бросать горькие
оскорбления мне,
Осмеливаешься сравнивать меня с собой!
Убирайся отсюда в поле, я достаточно
насмотрелся на тебя.
Но Мотыга не сдаётся. Она перечисляет множество важнейших дел, выполняемых ею для
людей: рытьё канав и оросительных каналов, осушение болот, удаление корней и выравнивание
полей для пахоты (а этим она помогает и самому Плугу), возведение городских стен и т. д. Она
упрекает Плуг:
Ты, у кого шесть быков, у кого четверо
работников, —
Ты сам лишь одиннадцатый...
Моё рабочее время — двенадцат ь месяцев,
А ты работаешь только четыре месяца
И исчезаешь на восемь месяцев,
Следовательно, ты отсутствуешь
в два раза больше, чем работаешь...
Спор продолжается ещё долго, но завершается древний текст так:
В споре между Мотыгой и Плугом
Побеждает Мотыга.
36
Развалины Ура: святилище, улица, лестницы. Ирак.
металлы, гравировать их и инкрустировать.
Раскапывая холмы, скрывающие развалины шумерских поселений и городов, археологи нашли
первые в истории человечества книги, даже целые библиотеки! Шумеры создали древнейшую
на Земле письменность. Её знаки похожи на клинья, прямые и острые углы; отсюда и название
— клинопись. На глиняных табличках записывали хозяйственные расходы (сколько продуктов
хранится на складе, сколько выдаётся и т. д.), легенды, мифы; сохранились даже черновики
упражнений учеников в школах писцов. С годами в храмах и царских дворцах накопились
(учёные говорят «отложились») огромные архивы. Эти необычные книги бесценны для
изучения быта и экономики Шумера.
Видимо, потому американский шумеролог Сэмюэл Крамер и назвал свою знаменитую книгу об
одной из самых древних земледельческих цивилизаций так: «История начинается в Шумере».
ВЕЛИКАЯ Ц,ИВИЛИЗАЦ,ИЯ В ДОЛИНЕ НИЛА
Археологические раскопки в долине Нила велись давно и очень настойчиво. В результате о
Древнем Египте известно гораздо больше, чем о Шумере. Тысячи лет назад в Египте был
развит погребальный культ. Жители страны верили в жизнь после смерти, поэтому своих
владык (фараонов), а также придворных вельмож и жрецов храмов хоронили
Древний храм в Луксоре. XV—XII вв до н.э. Египет.
37
Трон Тутанхамона. XIV в. до н.э. Египетский музей. Каир.
Пахота. Папирус. XI—X вв. до н.э. Египетский музей. Каир.
Ловля рыбы гарпунами. Рельеф гробницы Птахотепа в Саккаре. XXVI—XXV вв. до н.э.
Египет.
в богатых гробницах. Вместе с мумиями в саркофаги помещали личные вещи умерших,
ювелирные украшения, разнообразную утварь, статуи, предметы обихода, инструменты,
оружие, мебель и даже колесницы — словом, всё то, что, как считали египтяне, потребуется
погребённым в мире ином. Раскопки древних захоронений помогли узнать, как жили древние
египтяне, какой техникой пользовались и что с её помощью умели делать. Многое рассказали и
найденные в гробницах тексты, записанные иероглифами на свитках папируса.
Начало земледелию в Египте было положено ещё в эпоху неолита, в V тысячелетии до н.э.
Скорее всего, первыми земледельцами стали племена, которые занимались рыболовством. К
тому времени у них появились постоянные поселения. На рубеже V и IV тысячелетий до н.э.
египтяне научились выплавлять медь. Получали её из медной руды. Медные инструменты
гораздо производительнее каменных: с их помощью можно легче и быстрее изготовить
деревянные мотыги для земляных и сельскохозяйственных работ, а тёсла и рукоятки топоров
— для рубки деревьев. Вероятно, тогда-то и стали осушать заболоченную долину Нила. Позже
была освоена металлургия бронзы, а в XVIII—VI вв. до н.э. — и железа.
В IV тысячелетии до н.э. жители Древнего Египта уже умели сооружать системы бассейнов и
каналов для искусственного орошения полей. Долину Нила между рекой и возвышенностями,
за которыми раскинулась пустыня, разделили множеством насыпей, дамб и плотин на
отдельные бассейны. К концу тысячелетия египтяне построили сложную ирригационную
систему. Устройство её столь разумно, что вызывает восхищение даже у современных
специалистов. Именно с этих технических достижений начался расцвет сельского хозяйства и
рост благосостояния египтян. Вся долина Нила покрылась полями, садами и огородами. У
каждого жилого дома, не говоря уже о дворцах и
*Иеро'глифы (от греч. «хиерос» — «священный» и «глифе1» — «то, что вырезано») — древние
рисуночные знаки египетского письма.
38
храмах, были вырыты пруды. Сады долгое время поливали вручную, используя кожаные вёдра
и бурдюки. Первое сохранившееся до наших дней изображение специального водополивного
устройства — шадуфа — относится к XIV в. до н.э. С его помощью один работник мог за час
поднять на двухметровую высоту 3400 л воды. Позже изобрели водоподъёмное деревянное
колесо с кувшинами, которые черпали воду по мере его вращения. В III—IV вв. н.э. египтяне
стали применять изобретённый в Древней Греции архимедов винт — более эффективное
техническое устройство для подъёма воды. Благополучие страны зависело от того, насколько
хорошо работает система каналов и бассейнов. Её
ШАДУФ И ВОДОПОДЪЁМНОЕ КОЛЕСО
Создание приспособлений для подъёма воды с древних времён и по сию пору занимает умы
изобретателей, лучших инженеров и техников. Орошение полей, откачка воды из рудников,
подача её в водопроводы...
Впервые эта серьёзная техническая проблема встала при проведении ирригационных работ в
долинах великих рек — Тигра, Евфрата, Инда, Хуанхэ, Нила, на берегах которых возникли
древние земледельческие цивилизации. В те времена
Поливка с помощью шадуфа. Роспись гробницы в Дейр-эль-Мелине. После XIII в. до н.э.
Египет.
Водоподъёмное колесо.
от возможности поливать поля, удалённые от реки, зависела жизнь людей. Чтобы подавать
воду с нижнего уровня — реки или канала — на верхний, например в другой канал, по
которому она потечёт дальше «сама собой», было изобретено простое, но весьма эффективное
техническое устройство — гиаду'ф. Он похож на журавль — длинный рычаг с противовесом.
Такие журавли до сих пор можно встретить у колодцев во многих деревнях России. Шадуф
применяли на Востоке очень долго.
Позже придумали, а затем и усовершенствовали водоподъёмное колесо — «прадедушку»
водяной мельницы. Заметим, что в разных
странах конструкции водоподъёмных колёс были различными.
Сыграв значительную роль в развитии сельского хозяйства древних цивилизаций, шадуф и
водоподъёмное колесо вошли в историю человечества.
Другой водоподъёмный механизм, действовавший по принципу винта, изобрёл Архимед.
Достоверно известно, что при его изготовлении применялся метод расчёта, разработанный
учёным.
Сохранились документальные сведения о том, что с помощью архимедова винта в Древнем
Египте была осушена и сделана пригодной для земледелия обширная заболоченная территория.
39
создание требовало знания математики, гидравлики, строительного дела. Например, чтобы
правильно вести поливное земледелие, нужно по положению звёзд определить время
разлива Нила. В зависимости от уровня воды в реке, который изменяется регулярно каждые
четыре месяца, сельскохозяйственный год египтяне делили на три сезона: время поло-
СУЩЕСТВУЮТ ЛИ ЗАГАДКИ ПИРАМИД?
Древние египтяне оставили после себя величественные памятники зодчества — знаменитые
пирамиды, гробницы фараонов (XXVIII—XXVI вв. до н.э.). Европейцы узнали об этих
грандиозных сооружениях после Египетского похода (1798—1801 гг.) генерала Бонапарта
(будущего императора Франции): именно тогда были сделаны первые описания устройства
гробниц.
Известия о необыкновенных постройках вызвали множество вопросов. В самом деле, высота,
например, пирамиды фараона Хуфу (по-гречески — Хеопса) достигает 146,59 м, длина стороны
основания — 230 м, объём — 2,6 млн. м3; сложена пирамида из огромных каменных блоков
массой 2,5 т каждый. Как древние египтяне без мощных подъёмных кранов смогли доставить
блоки к месту строительства и, главное, поднять их?
Объяснений загадки существовало немало, и часто они основывались не на фактах, а на
легендах. Так, в глубокой древности в Египте жил высокоразвитый народ (ему даже дали имя:
атланты). Он обладал совершенной техникой, потому и сумел создать столь величественные
сооружения, сохранившиеся до наших дней.
Возникла даже пирамидология — «наука» о тайнах и загадках пирамид. По утверждению
«пирамидологов», в конструкции гробниц зашифрованы некие тайные знания о прошлом и
будущем человечества. Размеры пирамид и их внутренних помещений не что иное, как
зашифрованные в камне даты прошедших и грядущих событий! Есть и другое предположение:
египетские пирамиды на самом деле не гробницы фараонов, а астрономические обсерватории.
Их размеры выбирались с учётом расстояния от Земли до Солнца или длины пути, который
проходит Земля по своей орбите за сутки. А вот члены общества «Поднимающиеся атланты»
уверены: под пирамидой фараона Хеопса лежит капсула, в которой спрятаны секретные знания
давно умерших жителей некогда существовавшей страны — Атлантиды.
Что же говорит о тайнах пирамид современная наука? Доказано, что строительная техника
древности позволяла возводить столь монументальные сооружения. Блоки из известняка
вырубали в каменоломнях и на месте обрабатывали — обтёсывали и полировали. Выполняли
эту операцию медными инструментами. Камень отделывали так тщательно, чтобы в
дальнейшем блоки плотно прилегали друг к другу. Мастера добивались удивительных
результатов — и тысячелетия спустя между гранями соседних плит нельзя протащить даже
нитку. Затем многотонные блоки, используя полозья-волокуши и простые рычаги, грузили на
Древнеегипетская пирамида.
баржи и в период половодья по специально прорытым каналам отправляли к месту
строительства.
Сам процесс возведения пирамиды был прост, но трудоёмок. Для кладки использовали
глиняный раствор. На верхние ряды кладки блоки поднимали по наклонным насыпям,
сооружённым из кирпича-сырца. Остатки таких насыпей обнаружены в Медуме и Гизе, около
пирамид фараонов Хуни и Хафра. Втягивали блоки на канате медными крюками. Возможно,
находили применение и салазки. Словом, главная тайна пирамид — трудолюбие и талант
человека.
Конструкция пирамиды Хеопса. III тысячелетие до н.э.
1 — вход в пирамиду; 2 — нисходящий коридор; 3, 6 — погребальные камеры; 7,5 —
горизонтальные коридоры; 7 — недостроенные вентиляционные ходы; 8 — большая галерея; 9
— передняя комната; 10 — погребальная камера с саркофагом; 11 — разгрузочные камеры; 12
— система действующих вентиляционных каналов; 13 — шахта, пробитая после окончания
строительства пирамиды.
40
ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА
Ещё в древние времена люди заметили, что не всем в одинаковой степени удаётся выполнять те
или иные виды работ. Например, более сильные и бесстрашные лучше охотятся, а тот, кто
обладает хорошей координацией движений и умеет различать породы камня, как правило,
лучше других его обрабатывает и с большим успехом делает из природных материалов
необходимые для племени орудия — острые рубила и ножи для разрезания мяса и разбивания
костей, скребки и проколки-шилья для выделки шкур и шитья одежды и т. д. Постепенно такие
умельцы становились признанными мастерами своего дела, для племени не менее важного, чем
охота. И когда другие члены племени отправлялись добывать пищу, первобытные мастера,
наверное, оставались в пещерах и изготовляли первую в истории человечества технику.
Так на собственном многолетнем опыте люди убедились, что выжить в дикой природе легче,
если каждый занимается тем, что умеет делать лучше других. С тех давних пор разделение и
специализация труда помогают совершенствовать мастерство и технику.
Со временем среди мастеров тоже произошло разделение: одни занялись изготовлением
каменных и костяных орудий, другие — выделкой стрел и дротиков, третьи — обработкой
шкур. Каждый древний «специалист» старался улучшить свои орудия, по возможности
приспособив их для конкретного дела. В результате появились первые «специализированные
наборы» инструментов. По мере накопления опыта, знаний и умений техника первобытных
людей становилась совершеннее. Этот процесс прослеживается по археологическим находкам.
Чем лучше распределялись обязанности между членами племени, тем сильнее оно становилось.
Для более продуктивной организации работ понадобились люди, которые занялись бы только
этим. Первыми организаторами были вожди племени. Но постепенно в изготовлении техники,
строительстве жилищ, храмов и оросительных каналов стало участвовать всё больше людей, а
использовавшиеся орудия заметно усложнились. Для руководства работами потребовались
особые знания и умения. В III—II тысячелетиях до н.э. организацией технической деятельности
занялись жрецы храмов — наиболее образованные и сведущие люди. Об этом говорят
сохранившиеся письменные источники — глиняные таблички шумеров и
вавилонян, папирусные свитки египтян. Найденные тексты донесли до нас имена первых
архитекторов и руководителей строительства. В частности, ступенчатую пирамиду и
заупокойный храм фараона Джо-сера в Саккаре (Египет) построили под руководством жреца
Имхоте'па (около XXVIII в. до н.э.). Слава Имхотепа была столь велика, что он почитался
египтянами и в течение многих лет после смерти.
В обязанности жрецов входили проектирование сооружений, подсчёт необходимого количества
материалов, а также определение численности «специалистов», простых землекопов и
носильщиков, требовавшихся для каждого этапа строительства. До нашего времени дошли
сведения о планировании количества продуктов, нужных для того, чтобы прокормить армию
строителей.
В сооружении пирамид участвовали десятки тысяч египтян, а организацией их труда
занималось множество жрецов разного ранга. Их деятельность, в свою очередь, находилась под
надзором старших организаторов производства. Таким образом, уже во II тысячелетии до н.э.
жрецы решали примерно те же задачи, что и нынешние инженеры (конструкторы,
проектировщики) и руководители промышленных предприятий и технических проектов,
водья (ахет), время всходов (перет) и время засухи (шему).
Сельскохозяйственная техника в Древнем Египте не отличалась многообразием. Известную со
времён неолита мотыгу усовершенствовали — снабдили металлическим наконечником. В
конце IV тысячелетия до н.э. была изобретена соха. Сначала она напоминала обыкновенную
мотыгу, но затем орудие усложнили — сделали две рукояти и упряжь из дышла и ярма для
быков и коров. Позже изобрели хомутп.
Для жатвы применялись деревянные серпы с кремнёвыми вкладышами. С развитием
металлургии серпы
Выплавка металла. Роспись гробницы в Шейх-Абл-эль-Гурне. XVI—XV вв. до н.э. Египет.
41
Строительные работы. Фрагмент рельефа. Тел-эль-Амарна. XVI—XV вв. до н.э. Египет.
Древняя канализация. Мохенджо-Даро. Ill—II тысячелетия до н.э. Пакистан.
стали изготовлять из бронзы. Зерно египтяне хранили в специально построенных кирпичных
хранилищах. Однако и с таким нехитрым сельскохозяйственным инвентарём древние
земледельцы добивались очень высоких урожаев.
Но, пожалуй, самые удивительные технические достижения были сделаны египтянами в
области строительства. В начале III тысячелетия до н.э. они стали возводить огромные
пирамиды — усыпальницы для фараонов. Современным учёным потребовалось не одно
десятилетие, чтобы изучить их устройство и доказать, что столь величественные сооружения
созданы с помощью простейших технических приспособлений.
ХАРАППСКАЯ КУЛЬТУРА
В 1922 г. индийский археолог Р. Д. Банерджи, раскапывая холмы в долине Инда, открыл руины
города, существовавшего в III—II тысячелетиях до н.э. Так из тьмы веков до нас дошли
сведения ещё об одном древнейшем очаге мировой культуры. Учёные назвали его Хараппской
цивилизацией.
Древняя Хараппская цивилизация (середина III — первая половина II тысячелетия до н.э.)
развивалась на территории, простиравшейся на 1600 км с запада на восток и на 1250 км с севера
на юг (часть современных Индии и Пакистана). Центрами её были два древних города —
Хараппа и Мохенджо-Даро.
В этом государстве ещё не знали железа, но мастера владели технологией горячей и холодной
обработки меди и бронзы; они делали металлические топоры, пилы, серпы, долота, ножи,
рыболовные крючки, предметы вооружения.
Хараппцы использовали разливы реки Инд для орошения полей, поэтому здесь процветало
земледелие. На месте древних поселений археологи обнаружили зёрна пшеницы, ячменя,
косточки фиников и семена дыни. По-видимому, для возделывания полей уже применялся плуг.
Люди умели выращивать хлопок, освоили прядение и ткачество. Скотоводы в долине Инда
разводили зебу, буйволов, овец, свиней, коз, а позднее — лошадей. Учёные считают, что тогда
же впервые приручили слонов.
О высоком мастерстве хараппских ремесленников говорят найденные фрагменты керамических
игрушек, украшений, предметов обихода (на некоторых из них есть древнейшие в Индии
надписи) и скульптурные изображения людей, животных и богов.
В древней Хараппе на площади более 2,5 км2 проживало около 100 тыс. жителей. Двух- и
трёхэтажные кирпичные дома занимали, вероятно, зажиточные горожане. Бедняки же обитали
за чертой города в обмазанных глиной хижинах. Улицы Хараппы достигали 10 м в ширину. Их
прокладывали строго по плану и так, чтобы они пересекались под прямым углом. Город был
оборудован водостоками, существовали хорошо налаженная система колодцев и даже
общегородская канализация. В середине II тысячелетия до н.э. хараппцы покинули свои земли.
Причины, побудившие их уйти с обжитых мест, до сих пор остаются загадкой.
Общественный колодец. Мохенджо-Даро. Ill—II тысячелетия до н.э. Пакистан.
*Дышло — толстая оглобля, прикрепляемая к середине передней оси повозки при парной
запряжке.
*Хомут — надеваемая на шею лошади часть упряжи в виде деревянного остова, покрытого
мягким валиком.
*Ярмо — примитивная деревянная упряжь для рабочего крупного рогатого скота.
42
Остатки древнего города
Мохенджо-Даро. III—II тысячелетия до н.э. Общий вид. Пакистан.
Баня. Мохенджо-Даро. III—IIтысячелетия до н.э. Пакистан.
ЗЕМЛЕДЕЛЬЦЫ ДРЕВНЕГО КИТАЯ
В 1928—1937 гг. в пещере Чжоукоу-дянь (Северный Китай) археологи нашли остатки скелетов
первобытных людей, названных синантропами. Жили они 460—230 тыс. лет назад. Учёные
установили, что синантропы охотились на диких зверей, собирали съедобные плоды и коренья,
а самое главное — уже умели добывать огонь и изготовлять примитивные каменные орудия.
Археологи обнаружили следы пребывания людей и в других районах Китая, но более поздние
по времени. Судя по находкам, первобытные люди в Китае прошли в своём развитии те же
стадии, что и в Африке и Европе. Были найдены, например, неолитические костяные орудия с
вкладышами из небольших, хорошо выделанных кусочков острого кремня (микролитов);
полированные каменные орудия и лепная глиняная посуда с орнаментом, датируемые III
тысячелетием до н.э.
В китайской провинции Хэнань при раскопках стоянки Яншао (середина III тысячелетия до
н.э.) нашли крашеные керамические изделия (в частности, характерные полированные сосуды
чёрного цвета) и каменные шлифованные орудия. Археологам удалось установить, что жители
Яншао умели возделывать зерновые и бобовые культуры, разводили собак, свиней, овец,
крупный рогатый скот. От нападений врага их поселения защищали земляные насыпи до 5 м
высотой. Следы культуры Яншао прослеживаются до конца III тысячелетия до н.э. Именно к
этому времени относятся позднейшие из найденных в бассейне реки Хуанхэ поселений.
В XVIII—XII вв. до н.э. в Китае существовало государство Инь (Шан). Его жители владели
искусством выплавлять бронзу, имели развитую письменность. Древнекитайский письменный
текст «Шицзин» (свод песен), сохранившийся до нашего времени, учёные относят к XI—VI вв.
до н.э. В столице царства Инь, находившейся в долине среднего течения Хуанхэ, было
множество дворцов, храмов и домов простых людей. Ремесленники селились на окраинах
города; здесь же располагались и мастерские, в которых делали керамику и отливали бронзу.
Местные мастера знали секреты выделки шёлковых тканей, изготовления керамики с глазурью,
чёрной и белой керамики. В одной из усыпальниц того времени нашли около 6 тыс. предметов
из золота, бронзы, нефрита, перламутра и панциря черепахи. По сохранившимся здесь
надписям установлено около 3 тыс. употреблявшихся тогда иероглифов.
В конце XII в. до н.э. государство Инь было завоёвано племенем чжоу, обитавшим в долине
реки Вэйхэ.
Керамика из Яншао. Конец III тысячелетия до н.э. Китай.
43
Бронзовый сосуд с крышкой в форме головы быка. XVIII—XII вв. до н.э. Китай.
В начале I тысячелетия до н.э. в пределах современного Китая было несколько небольших
государств. Именно в это время началось сооружение оросительных систем.
Сельскохозяйственная и строительная техника, даже несмотря на распространение железа,
оставалась примитивной: мотыги, плуги, шадуфы. Поэтому только организованная работа
огромного числа землекопов позволяла прорыть большие каналы. Вероятно, «техническая»
необходимость — одна из причин создания первого централизованного государства на
территории Китая. В III в. до н.э. небольшие государства объединились под властью
императора из династии Цинь. Были введены единая денежная система, чёткое
административное деление территорий, общая система мер и весов. Для защиты страны от
нападения врагов в III в. до н.э. приступили к возведению одного из самых грандиозных
инженерных сооружений древности — Великой Китайской стены.
ВЕЛИКИЕ КУЛЬТУРЫ АМЕРИКИ
Исследователи прошлого народов Америки обнаружили два больших района, где когда-то
существовали высокоразвитые земледельческие цивилизации. Северный район (его иногда
называют Мезоамерикой) охватывал территорию таких современных государств, как
Гватемала, Мексика (центр и юг), Сальвадор (запад) и Гондурас. Южный район расположен в
Андах — там, где сегодня находятся Перу и Боливия. История этих цивилизаций менее древняя
и более короткая: они развивались всего около 1,5 тыс. лет.
Человек попал в Америку из Северо-Восточной Азии около 25 тыс. лет назад. Цивилизации же
возникли здесь значительно позже — в I—IX вв. Быстрое развитие культур Америки в X—XV
вв. было трагически прервано нашествием испанцев и португальцев в конце XV—XVI вв. При
этом уничтожались бесценные памятники культуры и техники. Восстановить картины былого,
понять, что именно и как происходило в истории исчезнувших государств, теперь очень
трудно.
Великая Китайская стена. III в. до н.э.
Барельефы Храма Воинов. Культура майя. Чичен-Ица. Мексика.
*Великая Китайская стена — величественное крепостное сооружение на севере страны. По
разным оценкам, длина стены достигает 4—6 тыс. километров, а высота — в основном 6,6 м.
44
Учёные пришли к выводу, что американские земледельческие цивилизации прошли примерно
те же стадии технического и экономического становления, что и Египет, Шумер, древние
государства Индии и Китая. Правда, у американской истории есть интересные особенности.
Оказалось, например, что каменный век здесь длился гораздо дольше — приблизительно до
IX—X вв. Гончарный круг и металлургия не были известны местным жителям, пока не пришли
испанцы. Индейцы так и не изобрели колеса и колёсных повозок, не использовали домашних
вьючных и тягловых животных. Из технических устройств применяли только палку-копалку
(коа), мотыгу с каменным наконечником и каменный топор.
Впрочем, и с такой примитивной техникой индейцы с успехом строили оросительные системы
и дренажные (от англ, drain — «осушать») каналы. До сих пор огромное впечатление
производят сооруженные высоко в горах террасы с наносной землёй для посевов. Именно
достижения в земледелии стали экономической основой развития индейской культуры.
Пирамида Магии. Культура майя. Мексика.
ТЕХНИКА ДРЕВНЕЙ ГРЕЦИИ И РИМА
Представить себе мир без спутников и телевизора не так уж трудно: в конце XX столетия
многие ещё помнят то время, а кто-то продолжает в нём жить и по сей день. Вообразить же мир
без колеса, изобретённого шумерами, без календаря, созданного египтянами, или без алфавита,
придуманного финикийцами, гораздо сложнее. Столь же сложно представить современную
технику без возникших в античности математики, механики и астрономии, без вклада,
внесённого в её развитие греческими и римскими инженерами. Всё, чем располагает
человечество сегодня, стоит на фундаменте, заложенном в древности.
В Античную эпоху в сельском хозяйстве, ремёслах, металлургии, строительстве и транспорте
медленно, но постоянно улучшались уже известные технические средства и изобретались
новые. Достаточно назвать токарный
«ВТОРАЯ ПРИРОДА»
Великий древнегреческий философ Аристотель считал, что в мире существует два рода вещей:
одни — «по природе», а другие — «против природы». Скажем, тяжёлое «по природе» всегда
стремится вниз, поэтому если мы его поднимаем вверх, то действуем как бы «против природы».
Таким образом, получается, что любые механические приспособления и вообще вся техника
направлены «против природы». Но полагал ли сам Аристотель, что идти «против природы» —
это плохо? Вовсе нет. В сочинении «Механические проблемы», принадлежащем одному из его
учеников написано, что одни замечательные вещи происходят в согласии с природой, а другие
— против неё, причём последние делаются для пользы людей с помощью техники. Ибо
природа действует всякий раз тем же самым образом и просто, а то, в чём состоит наша польза,
многократно меняется (например, иногда тяжёлое тело нужно поднять, а иногда опустить). Вот
почему, когда необходимо сделать что-либо «против природы», человек оказывается в
затруднительном положении, и ему нужна техника. Ту её часть, которая помогает решить эти
трудности, так и назвали — механика, что в переводе с греческого означает «хитрость»,
«уловка».
45
станок, впервые появившийся в Греции; косу и механическую жатку, придуманные римлянами;
более совершенные давильные прессы и технику производства стекла, применение бетона в
строительстве, неизвестные ранее методы выплавки железа и типы кораблей.
Однако рабовладельческое хозяйство античных государств с его дешёвой рабочей силой не
нуждалось в замене ручного труда. Зачем изобретать, а потом строить дорогую машину, если
можно почти за бесценок купить несколько рабов? К тому же экономика не была нацелена на
производство всё большего числа товаров, а ведь именно для этого нужно широко применять
машины, чётко организовывать труд. Греки и римляне предпочитали вкладывать деньги в
покупку земли и в торговые операции, тратить их на роскошные пиры, а не на техническое
оснащение производства. В таких условиях даже изобретённые механизмы использовались
далеко не в полную силу и отнюдь не для промышленного производства, как это происходило,
например, в Средневековье.
КАК ГРЕКИ ПЕРЕМЕШАЛИ ТЯЖЁЛЫЕ ГРУЗЫ
Храм Артемиды в Эфесе (построен около 550 г. до н.э.) был одним из самых красивых и
знаменитых творений греческой архитектуры и считался третьим чудом света.
Руководители строительства Херсифрон и Метаген при возведении храма столкнулись со
сложной проблемой: как перевезти по рыхлой почве тяжёлые колонны и блоки из каменоломни
к месту работ? Опыт Египта, где на строительство пирамид фараоны согнали тысячи рабов, в
Греции был неприменим. Не располагали строители и большим количеством тягловых
животных, которых широко использовали на подобных работах в странах Востока. И всё же
выход был найден: колонну, особым образом прикреплённую к деревянной раме, как бы
превращали в каменный каток. А перекатывать тяжести гораздо легче, чем тащить. Для
прямоугольных блоков Метаген придумал другой способ: каждый блок, как ось, вставляли в
огромные деревянные колёса около 4 м в диаметре и катили до места строительства.
Сэкономив таким образом много сил и средств, Метаген решил поделиться своим
изобретением с другими: написал книгу. Рассчитывал ли он прославиться среди современников
и сохранить своё доброе имя в веках? Если да, то расчёт оправдался: об изобретении Метагена
помнят уже более 2,5 тыс. лет.
Иногда в ходе строительства (особенно высоких сооружений) требуется поднять тяжёлый груз
на большую высоту. На Востоке в древности для этого делали огромные пологие насы-
Так греки перевозили заготовки колонн и каменные блоки. VI в. до н.э.
Подъёмный кран. VI в. до н.э.
*Чудесами света греки называли наиболее прославленные, в соответствии со своими
представлениями, технические сооружения. Всего таких чудес света насчитывалось семь:
древнеегипетские пирамиды, храм Артемиды в Эфесе, мавзолей в Геликарнасе, висячие сады
Семирамиды в Вавилоне, статуя Зевса в Олимпии, статуя Гелиоса на Родосе и маяк в
Александрии.
46
пи, которые по окончании работ разбирались. Понятно, что такой трудоёмкий способ требовал
участия множества людей. Греки же старались сократить объём ручного труда с помощью
строительной техники. В VI в. до н.э. они изобрели два подъёмных крана: для подъёма
небольших (самой простой конструкции) и более тяжёлых грузов. По изображениям,
найденным археологами среди развалин одного из античных городов, удалось установить, как
он действовал. Колесо огромного крана вращали пять человек, в то же время двое управляли
грузом снизу и двое — сверху.
Метод расчёта трассы туннеля, которым, вероятно, пользовался Евпалин, описывает в своей
книге древнегреческий учёный Герои Александрийский.
р
д
X'
Расчёт трассы туннеля, сделанный Евпалином.
ABCD — основание горы;ВиВ — входные точки туннеля.
ВОДОВОД НА ОСТРОВЕ САМОС
Древнегреческий инженер Евпалин родом из города Мегара около 530 г. до н.э. построил на
острове Самос удивительный водовод, который «отец истории» Геродот считал одним из
величайших чудес света. Более чем километровый туннель был пробит... в горе! Учёные не
верили, что такое возможно, до тех пор, пока в 1882 г. его не обнаружили при археологических
раскопках. Штольня античного водовода имеет в плане размеры 2,5x2,5 м, её стены выложены
каменными плитами, идущий под плитами водовод сделан из керамических труб. Но ещё
удивительнее то, что туннель пробивали сразу с двух сторон горы, а ошибка при встрече
штолен составила всего несколько метров!
Каким же образом Евпалин произвёл предварительную разметку маршрута туннеля?
На Востоке направление прокладываемых туннелей контролировали с помощью вертикальных
шахт. Однако это приводило к столь большой погрешности, что в итоге туннель оказывался
кривым и окончательная его длина часто бывала в полтора раза больше, чем по прямой.
Следовательно, без математических расчётов и измерительных приборов, пусть даже самых
простых, Евпалин не смог бы выполнить свою задачу.
ПРАРОДИТЕЛЬ АРТИЛЛЕРИИ
В начале V в. до н.э. тиран Сиракуз Дионисий I Старший (около 432— 367 до н.э.) вёл
яростную борьбу с карфагенянами, в чьих руках находилась тогда половина Сицилии.
Дионисий созвал на помощь искусных мастеров и инженеров изо всех греческих городов на
Апеннинском полуострове, и они в короткий срок изобрели для его армии не виданные ранее
орудия. Прибыл к тирану и Зопир из Тарента, который превратил обычный лук в мощное
метательное орудие. Называлось оно гастрафет («мечущий животом»). Воин ставил гастрафет
против стены и упирался всем телом в дугообразный «приклад», натягивая тетиву. При этом по
металлической канавке, проделанной в ложе гастрафета, двигалась «собачка», которая
зацеплялась за специальные зубцы и фиксировалась. Когда тетива была натянута, в него
вкладывали стрелу.
Гастрафет использовали при обороне крепостей, стреляя по противнику сверху. Какие же
преимущества давало такое оружие? Натяжение тетивы в нём было гораздо больше, чем в
обычном луке, поэтому стрела летела дальше и била сильнее. Да и целиться стало легче, ведь
тетиву удерживала не рука, а спусковой механизм. В результате увеличилась точность
выстрела. Позже изобрели новый тип гастрафета: для натяжения
47
АРХИМЕД
Великий Архимед (около 287—212 до н.э.) — так называли этого человека уже во времена
античности. Жил он в городе Сиракузы, основанном древними греками на юго-восточном
побережье острова Сицилия. Его соотечественники знали некоторые технические средства для
перемещения тяжестей, но они не умели объяснить, откуда возникает выигрыш в силе. А
значит, и не могли определить заранее величину силы, необходимой для перемещения груза на
то или иное расстояние. Не знали способов расчёта равновесия тел, находящихся под
воздействием сил, или того, как распределяется вес балок между опорами. Не существовало и
понятия «центр тяжести». Невозможно было
Архимед.
Гравюра с античного изображения. Около XVIII в.
точно рассчитать водоизмещение морского судна, решить математические задачи, важные для
техники...
Огромной заслугой Архимеда не только перед греками, но и перед всем человечеством
является разработка математических методов решения этих и ещё многих других технических
проблем. Сам он, как и другие учёные того времени, считал, что практическое применение
полученных им теоретических решений вовсе не заслуживает такого же внимания, как научные
разработки. А потому из всех трудов Архимеда лишь единственный посвящён описанию
одного из его технических изобретений. Но текст этого сочинения — о звёздном глобусе — до
нас, к сожалению, не дошёл. Глобус, приводимый в движение водой, показывал расположение
звёзд на небосводе в любое время суток. Впрочем, историки не теряют надежды найти
бесценный текст в какой-нибудь из многих тысяч рукописей, ещё не переведённых с древних
языков.
По преданию, Архимед изобрёл зубчатый редуктор — устройство из нескольких зубчатых
колёс, позволявшее
«Улитка», или архимедов винт.
с помощью совсем небольшой силы перемешать весьма значительные тяжести (например,
корабль на суше). Придумал «улитку» — водоподъёмное колесо с «бесконечным» винтом
внутри, который так и называют до сих пор — архимедов винт (он похож на винт в хорошо
знакомой всем мясорубке). Современников приводили в изумление, а порой и в ужас военные
машины Архимеда. Он создал прибор для измерения видимого диаметра Солнца, разработал
способ определения доли металлов в сплавах, открыл правило рычага и некоторые изучаемые
сегодня в школе законы механики. Великий математик, механик, физик и инженер участвовал в
обороне Сиракуз, осаждённых римлянами. Когда город был взят, посланец римского
полководца Марка Марцелла потребовал, чтобы Архимед пошёл с ним во дворец к
победителю. Учёный, размышлявший в тот момент над изображёнными на песке
геометрическими фигурами, ответил: «Не трогай мои чертежи!». И легионер зарубил его.
Смерть Архимеда. Копия XVIII в. с римской мозаики II в. Франкфурт-на-Майне.
48
в нем применили специальный ворот, что позволило постоянно держать оружие в боевой
готовности, а не снимать его с плеча после каждого выстрела. Увеличенный вариант гастрафета
— катапелът («пронзающий щит»; отсюда возникло латинское слово catapulta). Он достигал 2
м в длину и мог пробивать не только металлический щит, но и корпус осадной башни.
МЕХАНИКА
В ШУТКУ И ВСЕРЬЁЗ
Первый теоретический труд по механике античная традиция приписывает учёному и философу
Архиту из Тарента (около 428—365 до н.э.). Он прославился не только научными трудами:
сограждане семь лет подряд избирали его стратегом (военачальником), и в боях Архит не знал
поражений.
Несмотря на занятость, учёный находил время даже для изобретения игрушек. В рукописях
другого древнегреческого философа, Аристотеля, есть сведения о том, что Архит придумал
особую погремушку, чтобы дети, играя в неё, ничего не ломали в доме. Следующим его
изобретением для детей стал деревянный голубь. Согласно античным рукописям, он махал
крыльями и взлетал благодаря заключённым в корпусе противовесам и «невидимому воздуху».
Если Архит действительно применял в своей конструкции давление воздуха, то его можно
считать основателем не только механики, но и пневматики.
ТЕОРИЯ КРИВЫХ ЗЕРКАЛ
В IV в. до н.э. зародилась катоптрика (от греч. «като'птрикос» — «зеркальный») — раздел
оптики, в котором изучаются зеркала и принципы отражения. Первые трактаты по оптике и
катоптрике принадлежат знаменитому геометру Евклиду, жившему в III в. до н.э. Его
продолжатели — Архимед, Герои и Птолемей, изучая различные типы зеркал (плоские,
вогнутые, выпуклые, сферические, параболические), сумели достичь в этой области важных
результатов. В частности, в сочинении Терона Александрийского описывается, как изготовить
зеркало, в котором правая сторона будет видна слева, а левая — справа, а не наоборот, как в
обычном зеркале; как можно увидеть то, что происходит сзади нас; наблюдать за тем, что
делают люди на улице, не выходя из дому; видеть себя стоящим на голове, с тремя глазами и
двумя носами и т. д. Похоже, греки знали толк не только в серьёзной, но и в занимательной
науке!
ВОЕННЫЕ МАШИНЫ
Великий полководец Александр Македонский (356—323 до н.э.) покорил огромные территории
во многом благодаря превосходству своей военной техники. Его инженеры уже применяли
движущиеся осадные башни и орудия, способные метать не только большие стрелы, но и
тяжёлые ядра. Эти орудия, катапульты, называют торсионными (от лат. torsio —
«скручивание»), так как источником энергии в них служат пучки упругих жил или волос,
укреплённых между
Многоэтажная осадная башня «Гелепола».
Такое сооружение могло иметь до 20 этажей и достигать высоты 55 м. Башня двигалась на
восьми колёсах и вмешала десятки воинов с камнемётами и стреломётами.
49
Мгапульты (ымнг«йч и лреломёт). IV в. ло и. э.
жесткими опорами и скрученных при помощи деревянных рычагов. Размеры катапульт
определяли на основе диаметра отверстия, сквозь которое проходили тугие пучки. При расчёте
использовалось несколько формул. Ядра массой до 80 кг обычно имели 10—30 см в диаметре.
Орудия в зависимости от массы стрелы или ядра прицельно стреляли на расстояние 100—300
шагов. Для обслуживания таких машин требовалось от четырёх до десяти человек. В арсеналах
эллинистических государств хранились сотни катапульт и тысячи ядер. Например, карфагеняне
после поражения в войне с римлянами во II в. до н.э. сдали около 2 тыс. катапульт.
Во II—I вв. до н.э. несколько оригинальных военных орудий изобрёл Ктесибий из
Александрии. Одно из них, называвшееся халкотон, представляло собой катапульту, в которой
вместо пучков жил или волос применялись упругие бронзовые пластины. В другом орудии
бронзовые пластины заменили на бронзовые же цилиндры с поршнями. Когда орудие
заряжали, поршни сжимали воздух в цилиндрах, так что стрельба производилась силой сжатого
воздуха (поэтому такую катапульту назвали аэротон). Обе машины, из-за трудности
изготовления цилиндров с должной степенью точности и недостаточной упругости бронзовых
пластин, были, скорее всего, лишь экспериментальными.
Ещё более удивительную машину — своеобразный античный пулемёт — придумал механик
Дионисий, тоже александриец. Это полибол («многострел»). Он имел механизм для
автоматической подачи стрел, значительно увеличивавший скорострельность.
Римляне в основном пользовались орудиями, которые изобрели греки, правда,
усовершенствовав их боевые качества. Только в конце Античной эпохи римляне придумали
онагр — своего рода механическую пращу, состоявшую из мощной деревянной рамы на
колёсах, поперёк которой были натянуты упругие канаты; сквозь канаты шёл деревянный
рычаг с пращой на конце. Чтобы выстрелить, рычаг оттягивали назад с помощью ворота,
закрепляли задвижкой, вкладывали ядро и затем задвижку выбивали. Онагр мог метать ядра
массой 1,5 кг на расстояние до 350 м.
Смелы торсионного метательного орудия (тагапулыы). IV я. до и. >.
50
Античные катапульты вызывали ничуть не меньшее восхищение современников, чем у нас —
ракеты. Впрочем, когда в начале XX столетия были построены действующие модели некоторых
древних машин, учёных поразила их надёжность и меткость стрельбы. Даже во время Первой
мировой войны немецкие инженеры всерьёз рассматривали вопрос о применении в армии
метательных орудий.
КТЕСИБИЙ ИЗ АЛЕКСАНДРИИ
Ктесибий (около II—I вв. до н.э.) — гениальный инженер-изобретатель, который начинал как
самоучка (он родился в семье брадобрея), но со временем, уже в зрелом возрасте, познакомился
с научными трудами своих предшественников. Большинство изобретений Ктесибия относится
к пневматике и гидравлике — наукам о воздушных и водяных механизмах. В основе
пневматики лежала теория Стратона из Лампсака (340— 270 до н.э.), одного из основателей
Александрийского мусейона.
Ортли Ктесибия.
В ИЮГфСТСНИИ исгюаюовлллсъ и С11Л.1 волы.
и ГИЛЛ самого воздуха, которым поггупал
Н Тр><И4.
ВОДЯНАЯ ПОМПА
Наибольшим успехом в античности пользовалась водяная помпа. Обычно она состояла из двух
цилиндров, поршни которых были присоединены к противоположным концам рычага и
действовали поочерёдно. Поскольку вода в помпу не засасывалась, а затекала при отодвинутом
поршне, цилиндры погружались в воду (засасывающая помпа была изобретена только в XV в.).
Археологи обнаружили несколько десятков таких помп, применявшихся для удаления воды из
шахт и рудников, из трюмов кораблей, для тушения пожаров и т. п.
Принцип действия водяной помпы.
Вода через клапан (1) поступает в цилиндр (2), а затем под действием
силы поршня (3) через другой клапан (4) попадает в распределительную трубу (5).
(Цилиндр, поршень и клапан были, вероятно, изобретены Ктесибием.)
ВОДЯНЫЕ ЧАСЫ КТЕСИБИЯ
Эти необычные часы состояли из двух сосудов. Верхний ежедневно наполнялся водой до
определённого уровня. Из него вода равномерно капала в нижний сосуд, внутри которого
находился поплавок с указателем. Поднимаясь вместе с водой, он указывал время дня.
Поскольку греки делили сутки на 12 дневных и 12 ночных часов, то дневные часы были
длиннее летом и короче зимой. Поэтому на вращающемся циферблате линии часов были
неравной длины, их делили идущие сверху вниз линии месяцев (отмечены знаками Зодиака).
При надлежащем уходе водяные часы Ктесибия могли показывать время любого из 365 дней
года.
51
«ТАКОВА ПРИРОДА МЕХАНИКИ...»
Наука механики состоит из теоретической и практической частей. Первая включает в себя
геометрию, арифметику, астрономию и физику, а вторая — работу по металлу, архитектуру,
плотницкое дело, живопись и любой ручной труд, связанный с этими искусствами. Тот, кто с
детства получил знания теоретических наук, приобрёл мастерство в практических искусствах и
обладает быстрым умом, будет самым способным изобретателем механических
приспособлений и самым сведущим мастером в строительстве. Наиболее важными из
механических искусств с точки зрения их практической пользы являются следующие:
1) Искусство механиков. С помощью своих машин они могут, используя малую силу,
преодолевать естественное стремление тяжёлых тел вниз и поднимать их на высоту. 2)
Искусство изготавливать военные орудия. Оно создаёт катапульты, которые метают ядра из
камня или железа на большие расстояния. 3) Собственно искусство изобретателей машин.
Например, они строят водоподъёмные машины, с помощью которых легче поднимать воду с
большой глубины. 4) Искусство механиков, изобретающих «диковинные» приспособления.
Иногда они используют давление воздуха, как Герои в своей «Пневматике»; иногда — тела,
движущиеся по воде, как Архимед в своей работе «О плавающих телах»; иногда — водяные
часы. 5) Искусство изготовления небесных сфер. Те, кто им занимается, также называются
механиками. Они строят модели небес и приводят их в движение с помощью равномерного
кругового движения воды. Такова природа механики, которая одновременно является и наукой,
и искусством.
(Из «Математического собрания» греческого учёного
Паппа Александрийского.)
Учение Стратона об эластичности воздуха Ктесибий с успехом применял, изготовляя
механизмы самого разнообразного назначения — водяную помпу, аэротон,
усовершенствованные водяные часы, воздушный насос и даже водяной орган. Хотя не все его
изобретения получили широкое распространение, но водяные часы, орган и насос нашли
применение — об этом сохранилось немало документальных свидетельств.
ФИЛОН ИЗ ВИЗАНТИИ
Современник Ктесибия Филон в книге «Механический синтаксис» дал обзор всех известных в
то время отраслей механики. Во введении он математически обосновал различные
механические конструкции, а затем описал технологию строительства
подъёмных кранов, гаваней и портов, метательных орудий, пневматических и водяных
механизмов и приспособлений, крепостей и осадных орудий.
Филон первым заговорил о красоте машин и о будничных проблемах, с которыми непременно
сталкивается каждый изобретатель, — таких, например, как издержки средств и материалов,
затраты времени на строительство, ввод в действие и ремонт.
Согласно Филону, любой механизм в процессе создания проходит несколько стадий:
подготовку технического чертежа, сооружение модели, изготовление по ней механизма
нужных размеров. В то же время он хорошо понимал, что отличная работа модели ещё не
гарантирует такого же успеха на последней, решающей стадии, — для этого потребуется
провести немало экспериментов.
В работах Филона впервые встречается описание двух очень важных механизмов — их
повсеместно применяли в античности. Это водоподъёмное колесо и ковшовая водочерпалка.
Колесо использовали для полива полей, а также для удаления воды из рудников и шахт.
Ковшовая водочерпалка была обнаружена в Римской Испании. Восемь пар ковшей
последовательно поднимали воду из шахты на высоту около 30 м. За час вычерпывали более 10
т воды. Правда, для этого требовалось 16 человек, которые крутили колёса.
В том случае, если размеры шахты не позволяли поставить большое колесо, его заменяли
цепью с закреплёнными на ней ковшами. Цепь вращалась вокруг двух осей, расположенных
вверху и внизу шахты. Одним из преимуществ такого механизма была большая глубина
вычерпывания, которая достигала порой нескольких десятков метров.
«АСТРОНОМИЧЕСКИЙ КОМПЬЮТЕР»
Зубчатая передача, о которой впервые упоминает Ктесибий, была с огромным мастерством
применена в так на-
52
зываемом механизме из Антикиферы (I в. до н.э.), найденном в начале XX в. на затонувшем
античном корабле. Механизм представляет собой своеобразный «астрономический
компьютер». Он давал навигаторам точную информацию о фазах Луны и о положении планет в
любое заданное время. Состоял механизм из более чем 20 соединённых друг с другом
бронзовых зубчатых колёс. Они двигали указатели нескольких отдельных циферблатов,
показывая фазы Луны, положение Солнца и планет.
«ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ» ВИТРУВИЯ
Трактат «Десять книг об архитектуре» римского архитектора Витрувия (I в. до н.э.) написан не
только опытным инженером, но и высокообразованным человеком, хорошо знакомым с
трудами греческих авторов. Согласно Витрувию, архитектор должен быть искусным
чертёжником, сведущим математиком, знатоком философии, ему следует разбираться в
акустике, медицине, праве, астрономии — и всё это лишь в дополнение к своему прямому делу.
Интерес Витрувия к технике действительно выходил далеко за пределы архитектуры: в своих
работах он описывал водяные колёса, акведуки (от лат. aqua — «вода» и duco — «веду»),
водяные и солнечные часы, военные машины и приспособления, подъёмные краны и винтовые
прессы. И хотя Витрувий был не творцом, а только знатоком и ценителем новой техники,
именно благодаря ему мы знаем о конструкции многих античных механизмов. Это позволяет
учёным восстановить их первоначальный вид по сохранившимся деталям. В частности,
Витрувий первым описал такое замечательное новшество, как водяная мелътща. Придумали её
в I в. до н.э. В основе механизма — два изобретения александрийских инженеров: водяное
колесо (в мельнице оно не поднимает воду, а, на-
оборот, движется благодаря её течению) и передаточный механизм, состоящий из двух
зубчатых колёс (с его помощью вращение колеса передавалось на ось с насаженным на неё
мельничным камнем). Заменив человека в изнурительной операции помола зерна, мельница
сохранила ему больше времени и сил, чем, вероятно, любая другая машина древности.
Широкое распространение водяные мельницы получили позже, уже в эпоху Римской империи,
особенно в северных провинциях, где текли полноводные реки. Например, около города
Арелата в Галлии (современный
« Мукомольный комплекс»
в Арелате (Галлия). Реконструкция.
53
Авгоматх-ич-кл!
Арль во Франции) работал замечательный «мукомольный комплекс». Вода по акведуку
поступала в большой резервуар и отсюда под углом 30° стекала вниз по каналу, отделанному
камнем. Вдоль канала была построена система из восьми крытых мельниц.
В отличие от Средневековья в античности мельница использовалась только для помола зерна.
Хотя и есть одно свидетельство, что с её помощью двигалась пила, режущая камень. Римский
поэт Авзоний пишет о двух притоках реки Мозель:
Первый тем знаменит что в нём наилучшая рыба,
Тем отличен второй, что ворочает мощным напором
Жерновы мельниц и в мрамор врезает свистящие пилы,
С двух берегов оглашая русло немолкнущим шумом.
Поскольку до сих пор не установлено, существовал ли на самом деле механизм,
преобразующий вращательное движение в прямолинейное (а без него механическую пилу не
сделать), это свидетельство многими ставится под сомнение.
МАШИНЫ ГЕРОНА
Герои Александрийский (около I в. н.э.) был автором множества научных трудов и блестящих
инженерных изобретений. О неистощимости Герона на выдумки рассказывает одно из его
сочинений — «Пневматика». Здесь описывается около 75 «диковинных» устройств: аппараты
для подачи вина и смешивания его с водой, автоматы для продажи «святой воды» храмовыми
жрецами, различного рода фонтаны, приспособления для открывания дверей в храме, игрушки,
действующие с помощью давления воздуха или жидкости, и т. д.
Среди этих механизмов, в общем далёких от практических нужд, есть два изобретения,
демонстрирующих, насколько мысль Герона опережала его время. Речь идёт о ветряной
мельнице и «паровой машине», кото-
54
Измеритель пути (годометр) Герона.
рые появились в Европе спустя много столетий. Небольшая по величине ветряная мельница
использовалась для передачи движения на поршень, который входил в цилиндр игрушечного
воздушного органа и нагнетал воздух в его трубы. Почему-то никто не оценил скрытых в
изобретении возможностей. Вероятно, причина заключалась в его размерах: никому просто не
приходило в голову сделать мельницу настолько большой, чтобы она смогла заменить труд
человека или животного.
Второй механизм, изобретённый Героном, лишь условно можно назвать паровой машиной. По
оценкам современных специалистов, даже если бы учёный сумел использовать вращательное
движение своей турбины, её коэффициент полезного действия не превысил бы 1 %. И хотя в
сочинениях Герона встречаются все элементы, необходимые для изготовления парового
двигателя (котёл, клапаны, поршень и цилиндр), ему не удалось их объединить.
С теорией и практикой измерения Земли (этим сегодня занимается геодезия) связан другой
труд Герона — «О диоптре». В нём даётся подробное описание измерительного прибора
диоптра, сходного с современным теодолитом, и работы с ним (определение относительной
высоты различных точек, а также расстояния между двумя точками, когда первая не видна с
позиции второй, и наоборот). Ещё один любопытный прибор, описываемый Героном, —
годометр
(измеритель пути), который передавал движение от колеса повозки через систему червячных
передач на указатель пройденного пути.
После Герона научно-техническое творчество греков пошло на убыль. Это не всегда было
заметно современникам, тем более что на их глазах возводились роскошные здания, строились
огромные мосты, совершенствовались орудия труда. Общий технический уровень Римской
империи был даже выше, чем в эпоху эллинизма (IV—I вв. до н.э.), но достигался он за счёт
распространения уже известных идей и усовершенствования римлянами ранее изобретённых
механизмов.
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ техника
Жизнь греков и римлян трудно представить без оливкового масла и вина. Но для того чтобы их
изготовить, нужны прессы. Первоначально это были весьма примитивные механизмы, и лишь
после того, как Архимед открыл винтовое движение, появилась возможность создать винтовой
пресс. Однако изобрели его ещё очень нескоро. Первые винтовые прессы начали делать лет
через 200 после Архимеда. Широкое распространение они получили в Римской империи. Во
многих странах подобные механизмы используют и сегодня, хотя кое-где виноград ещё
недавно мяли ногами.
Диоптр Герона.
*Теодолит — геодезический инструмент для измерения на местности горизонтальных и
вертикальных углов.
Червячная передача — механизм для передачи вращения между валами посредством винта
(червяка) и сопряжённого с ним колеса.
55
Жатва. Древний Рим. Современный рисунок со старинной гравюры.
Любопытным примером нового сельскохозяйственного орудия является жатка. Римляне
впервые использовали её в провинции Галлия (а может быть, и заимствовали у галлов). По
найденному при раскопках римскому рельефу удалось установить, что она представляла собой
большую прямоугольную раму, к которой припрягали осла. Спереди к раме прикреплялось
нечто вроде ковша экскаватора с мелкими зубьями. Проходя сквозь них, колосья оставляли в
ковше зерно. Обслуживали жатку два человека: один управлял ею, а другой
отгребал зерно глубже в ковш, не давая ему просыпаться. Хотя этот агрегат наверняка требовал
частых остановок, римские авторы отмечали, что собирать урожай с его помощью гораздо
быстрее и легче, чем косить, а затем молотить зерно.
АКВЕДУКИ
Римский акведук.
Секст Юлий Фронтин (около 35 — около 103) был не инженером, а чиновником,
возглавлявшим службу водоснабжения в Риме. Тогда она насчитывала около 700 человек В
своём труде, посвящённом римскому водопроводу, Фронтин подробно описывает все акведуки
Рима, называет их пропускную способность, указывает, на какие цели и в каком количестве
тратится вода. В соответствии с его данными, в Риме действовало семь акведуков; самый
короткий из них был протяжённостью 20 км, а самый длинный — 70 км.
Акведук представлял собой сложное инженерное сооружение, проходившее по подземным
туннелям, по земле и по многокилометровым арочным мостам. Учитывая значительную
протяжённость сооружения, инженерам приходилось решать множество проблем, связанных с
особенностями рельефа местности. Если источник воды находился выше города, она текла по
акведуку под действием собственной тяжести. Однако часто требовалось изобретать и сложные
искусственные способы её подачи,
56
например, класть свинцовые трубы разного диаметра, чтобы увеличить давление и помочь воде
преодолеть высокий участок, или качать воду с помощью помп. (Вода, идущая по свинцовым
трубам, содержит вредные примеси, а значит, и в древности не всё было «экологически
чистым».)
Римляне добились поразительного мастерства в строительстве акведуков (некоторые из них
использовались и в XX столетии). Древним мастерам помогли два важных изобретения: арка и
водоупорный цемент. Входящие в состав цемента вулканический пепел, гравий и камни
тщательно перемешивали, получая строительный материал отличного качества. С его помощью
строить арки оказалось гораздо легче, чем из цельных каменных блоков. И хотя арка была
известна до римлян, именно у них она получила широкое применение.
ПУТЕШЕСТВИЕ СТЕКЛА
Родиной стекла считается богатый кварцевым песком Египет, где в течение многих столетий
изготовляли стеклянные бусы. Греки заимствовали это ремесло у египтян, усовершенствовали
его и стали делать стеклянные вазы. Но тогда они ещё не открыли главное отличительное
свойство нового материала — прозрачность, и вазы были из непрозрачного или окрашенного
стекла. Кроме того, мастера научились делать расписную и позолоченную стеклянную посуду.
Техника выдувания стекла с помощью специальных труб и форм появилась в Сирии в I в. до
н.э. и быстро распространилась по всей Римской империи. Стеклянные изделия — кубки,
бокалы, тарелки — стали много дешевле и превратились в предметы массового спроса. Всё
чаще их делали из прозрачного стекла, лишь иногда покрывая росписью. Новые центры
стеклоделия возникли в Италии и римских провинциях, на территории Испании, Франции,
Германии.
В I в. н.э. изобрели оконное стекло. Это открытие произвело настоящую революцию в римской
архитектуре. Новые храмы теперь освещались естественным светом, льющимся сквозь
прозрачные или мозаичные стёкла. Стекольщики служили даже в римской армии: по-
видимому, и в солдатских казармах окна были застеклены. А один специалист по сельскому
хозяйству рекомендовал защищать растения весной от плохой погоды с помощью листового
стекла. Значит, римляне додумались и до теплицы!
РИМСКИЕ ДОРОГИ
Одним из главных достижений римской техники по праву считаются дороги. По сравнению с
ними греческие кажутся горными тропинками. Строились дороги не столько для торговых,
сколько для военных целей, чтобы в случае необходимости легионы могли быстро попасть
57
АНТИЧНЫЕ СУДА
Колыбелью мореплавания и судостроения считается Средиземноморье. Использовать морские
пути для торговли люди начали в III—II тысячелетиях до н.э. В те времена Египет вёл
активную торговлю с Финикией и островом Крит. Самым ходовым товаром были лес
(ливанский кедр), ткани, бронзовые изделия, украшения, ароматические смолы. Кроме того, с
Кипра доставляли медь. Позже, в период расцвета Римской империи, из Египта в больших
количествах вывозилась пшеница.
В качестве строительного материала для судов античные мастера использовали кедр, ель и
сосну. Ткань, тростник и кожа шли на изготовление парусов (на одной-двух мачтах поднимали
по одному прямому парусу). Днища иногда покрывали медью.
И по сей день море является дорогой, соединяющей народы и страны, по которой непрерывно
идут потоки торговых и промысловых судов.
z
I
3
1. Египетское судно. XXV в. до н.э.
2. Древнеримское торговое судно.
3. Военное судно этрусков.
4. Древнеримская пентера.
Аппиева дорога.
Современная фотография.
в любую точку государства. Именно поэтому дороги делали широкими, от 4 до 8 м, и
обязательно мощёными. Технология строительства была следующей. После всех
измерительных работ поверхность дороги очищалась от растительности и камней,
выравнивалась, затем с обеих её сторон прокапывались сточные канавки. В основании дороги
делалась «подушка» глубиной до 1 м из нескольких слоёв песка, камней и гравия, смешанных с
цементом или глиной. Дорогу мостили прочным булыжником, скреплённым бетонной смесью,
и для прочности обрамляли каменным бордюром.
Первую из таких дорог — Аппиеву (лат. via Appia), соединившую Рим и Капую, начали
прокладывать в 312 г. до н.э., и с тех пор строительство дорог постоянно расширялось,
особенно в I—II вв. н.э. Вскоре римские дороги протянулись от Британии до Месопотамии, а их
общая длина достигла 85 тыс. километров.
После II в. строительство новых дорог пошло на убыль, а к IV в. государство едва могло
поддерживать на должном уровне уже существующие. В V в. по этим дорогам пришли варвары
— ведь у любой дороги два конца, а все дороги вели в Рим.
СРЕДНИЕ ВЕКА И ВОЗРОЖДЕНИЕ
ТЕХНИКА ВОСТОКА И ЗАПАЛА. МЕСТО ВСТРЕЧИ — ЕВРОПА
В 476 г. вождь германских наёмников в Риме Одоа’кр низложил последнего императора
Ро'мула Авгу'стула и провозгласил себя королём Италии. Могущественная Римская империя
прекратила своё существование. Это историческое событие принято считать началом
Средневековья.
Племена, разгромившие Римскую империю, находились, по сути, на доисторическом уровне
развития: они не знали письменности, одевались в шкуры вместо одежд из шерсти и льна. Но
варвары проявили замечательную способность быстро перенимать и совершенствовать чужие
технические и культурные достижения. По прошествии веков их потомки научились понимать
и ценить памятники разрушенной античной культуры, сохранившиеся на территории Италии,
Византии, некоторых стран Ближнего и Среднего Востока. Без освоения наследия древних, без
общения и обмена достижениями с другими цивилизациями и культурами — арабской,
византийской, индийской, китайской — современная европейская техническая цивилизация
была бы просто невозможна. Конечно, отсутствие хороших дорог и трудности, связанные с
мореплаванием, долгое время замедляли эти процессы. В то же время существовали области,
где культуры Востока и Запада соприкасались непосредственно.
В VII в. арабские племена захватили обширные пространства за пределами Аравийского
полуострова. К 715 г. они добрались до Гибралтара и стали постепенно распространяться по
Пиренейскому полуострову. Арабские мусульманские государства — халифаты —
существовали здесь
Папа Римский Сильвестр II. Гравюра на дереве работы Э. Шевиньяра.
61
КОМПАС
Ни одно другое устройство не оказало столь большого влияния на последующее развитие
мореплавания, как магнитный компас (от лат. compasso — «измеряю»). Принцип его действия
прост: не стеснённый в движении кусочек магнита всегда разворачивается так, что указывает
одним концом на магнитный полюс Земли. А поскольку магнитный полюс расположен
недалеко от географического северного полюса, компас начали использовать для определения
направления на север. Первый компас сделали в Китае за 1000 лет до н.э. Магнитную стрелку
закрепляли на куске пробки, который свободно плавал в воде. Этот несложный прибор помогал
ориентироваться в пустынной местности.
В Европу компас попал с Востока только в Средние века; самые ранние упоминания о нём
относятся к XII—XIII вв. Очень скоро компас стал главным навигационным прибором. Его
конструкция постоянно совершенствовалась. Применяемый в наши дни морской компас уже
достаточно сложное устройство, а точность его показаний достигает нескольких десятых долей
градуса.
до XV в. Всё это время европейцы имели возможность непосредственно знакомиться с их
высокой по тем временам культурой, воспринявшей многие достижения античности. Известно,
что глава католического мира Сильвестр II, еще, будучи простым монахом Гербертом, побывал
в Кордовском халифате, где позаимствовал, например, арабские цифры и конструкцию
античного небесного глобуса.
В 1096 г. толпы плохо вооружённых крестьян, отряды профессиональных солдат-наёмников и
рыцарские дружины во главе с владетельными баронами и графами двинулись из Европы на
войну с мусульманами, захватившими Иерусалим. Так начался
Первый крестовый поход за освобождение Святой земли (Палестины) и Гроба Господня.
Католическая церковь сулила всем его участникам отпущение грехов. К 1099 г. крестоносцы
освободили Иерусалим и основали Иерусалимское королевство, продолжавшее непрерывно
воевать с мусульманами. Всего с 1096 по 1291 г. было совершено восемь крестовых походов. В
конце концов, под натиском приверженцев ислама крестоносцы утратили все свои владения на
Востоке. Однако во время крестовых походов европейцы не только сражались. Они впервые
столкнулись с византийской и арабской культурами. И многое позаимствовали.
В 1197 г. на трон Сицилийского королевства взошёл Фридрих II из династии Гогенштауфенов.
В годы его правления здесь сложилась уникальная культура, вобравшая элементы античности,
иудейской и арабской мудрости, средневековой религиозности и норманнского здравого
смысла. Королевство Фридриха нередко именуют «республикой учёных»: здесь процветали
естественные науки, философия, поэзия, математика; почитались и переводились книги
древних.
Период после падения Римской империи и до X в. иногда называют Тёмными веками. Тем
самым подчёркивают и скудость письменных свидетельств о той эпохе, и определённый
регресс в культуре. И всё же именно тогда были изобретены либо существенным образом
усовершенствованы и прочно вошли в обиход привычные нам мышеловка, очки, бумага, порох,
сталь, конская подкова, сбруя и стремена, шёлк, мыло, ветряная и водяная мельницы, тяжёлый
плуг, винный пресс, колёсное веретено и др. История многих изобретений почти полностью
сокрыта от нас в глубине времён. Неизвестны не только имена изобретателей, но и то, в какой
стране, в каком веке произошло то или иное открытие.
КОЛЁСНЫЙ ПЛУГ. Самые ранние упоминания о колёсном плуге, который использовался в
Малой Азии, относятся к I в. Оставил их римский пи-
Фридрих II Гогенштауфен. Миниатюра. XIII в.
Крестоносцы в походе. XIII в.
62
сатель и учёный Плиний Старший (23 или 24—79). В Европе плуг появился в долине Рейна не
позднее VIII в. Есть, впрочем, указания на то, что это устройство славяне применяли уже в V в.
От них оно могло попасть через Северную Италию и на Рейн.
С колёсным плугом в сельское хозяйство Северной Европы пришли серьёзные перемены.
Вместо двухпольной системы землепользования утвердилась трёхпольная: одна треть участка
засевалась яровыми, другая — озимыми зерновыми культурами, а последняя оставалась под
паром, благодаря чему восстанавливалась структура почвы. Каждый год участки менялись. Так
поддерживалось высокое плодородие почвы при глубокой вспашке. Затем в плуг стали
впрягать лошадь, а не вола — когда изобрели
упряжь с жёстким хомутом и боковыми ремнями.
Всё это привело к образованию излишков продовольствия, что, в свою очередь, способствовало
появлению новых и росту старых городов, постепенно сливавшихся с пригородами. В
результате оживилась торговля продукцией сельского хозяйства и быстро развивавшегося
ремесленного производства. Нараставший экономический подъём вызвал, в конечном счете,
тот расцвет культуры, который Европа пережила в начале XI в.
МЕТАЛЛУРГИЯ. На протяжении Средних веков постоянно увеличивалась потребность в
железе. Францисканский монах Варфоломей Английский писал в XIII в.: «Со многих точек
зрения железо более полезно, чем золото... Без железа народ не смог бы ни защититься от своих
недругов, ни поддержать господство общего права; благодаря железу обеспечивается защита
невинных и карается наглость злых. Точно так же и всякий ручной труд требует применения
железа, без которого нельзя ни обработать землю, ни построить дом».
Как на Западе, так и на Востоке чугун из железной руды начали
ВЕЛИКИЙ МЕЧТАТЕЛЬ
В Средние века жил замечательный английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон
(около 1220—1292), которого считают одним из основоположников экспериментального
метода. Он предсказывал, что наступит время «самодвижущихся повозок», летательных
аппаратов, подводных лодок, что когда-нибудь с помощью более совершенной оптической
техники можно будет читать мельчайшие буквы с огромного расстояния и считать песчинки на
земле. Удивительно, что эти слова были сказаны в XIII в.
Роджер Бэкон.
Гравюра на меди с портрета XIII в.
Тяжёлый плуг. XII в.
Упряжь с хомутом. XII в. Рыцарское облачение. XIII—XVI вв.
63
МЕЛЬНИЦЫ В СРЕДНИЕ ВЕКА
Водяные мельницы, унаследованные от Античной эпохи, в Средние века применялись сначала
только для помола зерна. В Британии они появились в 340 г., в Богемии (Чехия) — в 718 г., а во
Франции — в IX в. До наших дней сохранились материалы земельной переписи, проведённой в
1086 г. в Англии. В них упомянуто уже 5624 водяные мельницы и указаны места их
расположения.
Водяная мельница (с горизонтально расположенным колесом) в разрезе.
Устройство с ветряным приводом для осушения местности.
Мельницы другого типа — ветряные — известны с середины VII в., когда их впервые стали
строить на территории Персии. В Нидерландах, где издревле боролись с морем за каждый
клочок земли, пригодной для сельского хозяйства, именно с помощью ветряных мельниц с X—
XI вв. осушали большие территории. Сначала возводили земляные дамбы, отгораживающие
мелководный участок морского залива, а затем сооружали мельницы с водоотливными
колёсами. Они неустанно, день и ночь — был бы только ветер! — откачивали воду.
выплавлять ещё во времена античности. Первые доменные печи появились в VI—IV вв. до н.э.
В Европе железо обрабатывали главным образом ковкой. Важность этого ремесла и
непонимание его секретов непосвящёнными превращали кузнеца в фигуру прямо-таки
культовую — его почитали и боялись. В Китае широкое распространение получило литьё. В
Европе эту технологию впервые применили в Швеции лишь в середине XII в. Некоторые
историки считают, что её могли привезти из Китая викинги, ранее селившиеся на Волге.
Производство железных предметов непрерывно улучшалось за счёт совершенствования ковки и
повышения температуры в печи. Настоящей революцией стало изобретение силового привода
от водяных мельниц к молотам и кузнечным мехам.
БУМАГА. Изобрели бумагу во II в. китайцы. Технологию её получения они хранили в
строжайшей тайне. Раскрыт секрет был лишь в VIII столетии арабами. В 793 г. в Багдаде
построили первую бумажную фабрику, и постепенно новый материал распространился по
всему арабскому миру. Бумага стала использоваться не только для письма, но и как
упаковочный материал, появились бумажные салфетки и скатерти. Примерно в то же время
бумагу начали
64
Примерно в то же время люди поняли, что мельничный двигатель можно использовать для
выполнения любой работы, требующей больших затрат мускульной энергии. Нужны были
только специальные механизмы, обеспечивающие передачу усилий с вала, вращаемого
лопастями ветряка или водяным колесом, на другой вал. Этот вал следовало расположить под
углом и соединить с техническими устройствами, преобразующими вращательное движение в
прямолинейное и возвратно-посту-
Водяная мельница (с вертикально расположенным колесом) в разрезе.
Ветряная мельница.
пательное движение рабочей машины. И такие механизмы изобрели. Водяные двигатели
начали применять в самых разных областях промышленности — в производстве сукна и
пороха, для дробления руды, откачки воды из шахт и приведения в действие кузнечных мехов.
Появились сложные передаточные механизмы, с помощью которых от одного двигателя
работали две машины и более. Мельницы стали основным типом двигателя в ремесленном и
мануфактурном производстве, и так было до тех пор, пока не создали универсальный паровой
двигатель.
делать в Европе. Но вместо мускульной энергии людей и животных здесь применили водяной
привод.
БОЕВАЯ КАВАЛЕРИЯ. Одним из главных совместных достижений Запада и Востока в
области военного искусства считается создание боевой кавалерии. Её возникновение стало
возможным лишь после появления стремян, без которых нельзя наносить удар копьём, не падая
при этом с лошади. Родина стремян — Индия (II в.). В конце VIII в. через Китай они попали в
Европу. Дополнительную устойчивость всаднику придавала жёсткая лука тяжёлого боевого
седла с одной подпругой, изобретённая в
*Лука' — выступающий изгиб переднего или заднего края седла.
*Подпру'га — ремень седла, затягиваемый под брюхом лошади.
65
СРЕДНЕВЕКОВОЕ МОРСКОЕ СУДОХОДСТВО
В XIII—XIV вв. в Европе особенно быстро развивалась торговля. Этому способствовало
оживление морского судоходства: перевозить грузы морем, минуя многочисленные
государственные границы, было гораздо дешевле, да и безопаснее, несмотря на штормы и
кораблекрушения.
На Средиземном море стали строить высокобортные вместительные нефы (фр. nef—
«корабль»), в Северной Европе — когги, похожие на нефы. На коггах перевозили грузы купцы
могущественной Ганзы — торгового союза северонемецких городов.
Суда русских мореходов — поморов, живших на побережье Белого и Баренцева морей, могли
плавать среди льдов. На них поморы в поисках тюленей, моржей и пушного зверя сквозь льды
доходили до Берингова пролива, отделяющего Азию от Америки, и полуострова Камчатка.
Освоили поморы, по-видимому, в XI—XII вв., и архипелаг Гру'мант (ныне Шпицберген).
По морским дорогам ходили не только мирные суда. Скандинавы-викинги совершали далёкие
морские походы. Они первыми доплыли до берегов Северной Америки и основали там
поселения, позже брошенные. Вооружённые отряды викингов наводили ужас на прибрежные
города Европы. Морские разбойники — пираты — нападали на торговые суда в водах
Средиземного моря, а позже и у берегов Америки.
Уже на исходе Средневековья, в 1492 г., суда экспедиции Христофора Колумба пересекли
океан и достигли островов у неизвестного европейцам континента — Америки. Несколько лет
спустя Васко да Гама обогнул Африку и приплыл в Индию.
Торговля с заморскими странами вызвала невиданный спрос на продукцию горно-
металлургической промышленности, а также ремесленных мастерских и мануфактур в Европе.
По мере развития мореплавания совершенствовался и военный флот. Появились быстроходные,
вооружённые мощной артиллерией боевые парусные корабли. Их конструкция непрерывно
совершенствовалась, до тех пор, пока им на смену — уже в XIX в. — не пришли пароходы.
ЯН
1. Дромон — основное боевое византийское судно.
2. Арабское судно дау по водоизмещению не уступало каравеллам. Длина его достигала 30
м, а осадка — 2—2,5 м.
3. Судно викингов. У разных народов оно называлось «дракон», «драгон», «драккар»,
«драккер», «дрейк». На таких судах в VIII—IX вв. викинги неоднократно нападали на
Лондон, Париж, Гамбург. Обычно несколько драккаров внезапно подходили к берегу, воины
быстро высаживались и грабили население.
4. Судно викингов в разрезе.
5. Ганзейский порт. XIV—XVI вв.
Каракка. XV в. Ещё древнегреческий историк Геродот упоминал лёгкий парусник
«керкура». Средневековые арабы сделали его трёхпалубным
и назвали «куркура». Судно оценили мореходы Северной Европы и окрестили его
«караккой». В Голландии этот парусник именовали «каравель» — отсюда название
«каравелла».
Испанская каравелла. XV в. Размеры этого судна позволяли разместить на борту
сравнительно большой экипаж, а также запас продовольствия
и пресной воды на несколько месяцев. Неудивительно, что большинство Великих
географических открытий было сделано именно при участии каравелл.
Машина, которая дробит, размалывает, промывает золотую руду и смешивает золото с
ртутью. Старинная гравюра. Основное колесо приводится в движение водой.
конце VI в. В результате конник как бы сливался в единое целое с лошадью и мог использовать
её силу при ударе копьём. Примерно в конце IX в. стали пользоваться металлическими
удилами, позволявшими гораздо лучше управлять лошадью, а к концу XI в. появились и шпоры.
Все элементы снаряжения в комплексе давали ощутимый эффект в ходе боя. Первыми оценили
это норманны. И хотя стремена попали к ним позднее, чем к китайцам или арабам, именно
норманны, благодаря своей кавалерии, считались лучшими воинами не только в Европе, но и в
Азии.
МЕЛЬНИЦЫ. С Востока в Европу пришло одно из главных технических устройств
Средневековья — мельница. Водяные мельницы мололи зерно ещё до новой эры в Китае и
Индии, ветряные же впервые появились в Персии. И те и другие попали в Европу как наследие
античной культуры. Здесь они были усовершенствованы и приспособлены для промышленного
применения.
РОСТ ГОРОДОВ. Экономический и социальный подъём XI в. выразился в росте населения.
Разумеется, никаких переписей населения тогда не проводилось. Поэтому любые подсчёты
носят лишь приблизительный, оценочный характер. Но даже эти оценки весьма показательны.
По данным Чиполлы, приведённым в его книге «Экономическая история Европы», за период с
650 по 1340 г. население Европы выросло с 18 млн. до 73,5 млн. человек. Всё больше людей
жили в городах. Если в 737 г. только в Александрии, Константинополе, Антиохии, Басре и
Дамаске число жителей превышало 25 тыс., то к 1212 г. таких городов было уже 11.
Рост городов имел существенные последствия для дальнейшего развития средневековых
технологий — там складывались благоприятные условия для формирования цехов и гильдий. К
тому же городской образ жизни рождал интерес к учёности. В Европе начали строить
университеты, знакомиться с произведениями античных авторов, сохранившиеся на Арабском
Востоке... Не за горами был 1453 год — год взятия Константинополя турками, конец
Средневековья...
МАСТЕРА И ПОДМАСТЕРЬЯ
В Средние века технические знания и умения передавались по наследству. Дети мастеров
учились изготовлять вещи в точности такими же, какими они получались у их родителей.
Поэтому технологические новшества (новации) появлялись крайне редко и распространялись
медленно.
По мере возникновения новых и роста старых городов, с расширением торговли положение
постепенно менялось. Горожанин уже не хотел одеваться, как крестьянин. Он желал иметь
другую посуду, ювелирные украшения, мебель и т. д. Чем больше требовалось изделий, тем
больше нужно было искусных мастеров. Поэтому мастерские быстро росли и количество
работающих в них ремесленников увеличивалось.
Купец. Миниатюра. XII в.
*Удила" — приспособление из железных стержней, прикреплённых к ремням узды и
вкладываемых в рот лошади при взнуздывании.
Норманны — скандинавы, предпринимавшие завоевательные походы в страны Европы в VIII—
XI вв.
70
Не секрет, что лучше всего работу выполняет опытный мастер. И ремесленное производство
специализировалось. В результате появились мастерские, выпускавшие, например, только
колёса для карет и телег или только бочки. Ремесленники одной специальности объединялись в
общества — це'хи, члены которых жили и работали по специально установленным правилам
(уставам).
В уставах строго оговаривалась организация работ, вплоть до мелочей. В частности,
указывалось, сколько и какого оборудования (например, ткацких станков) мастер может
установить в мастерской; сколько учеников и подмастерьев должно быть у него. Определялись
условия закупки сырья и сбыта продукции, ограничивались права ремесленников, не вошедших
в состав цеха, на производство товаров.
Больше всего в любом цехе было учеников — детей или подростков. Они работали только за
кров и еду, но получали возможность постигать секреты мастерства. По прошествии
«РЕГИСТРЫ РЕМЁСЕЛ И ТОРГОВЛИ ГОРОДА ПАРИЖА». О СУКНОДЕЛАХ
Ниже приведён текст, извлечённый из подлинного цехового устава XII в.
«Никто не может быть парижским сукноделом, если он не купит ремесло у короля, а тот, кто
купил у короля, продаёт право на работу одному дороже, другому дешевле, как ему кажется
лучше...
Никто из сукноделов и никто другой не может и не должен иметь станок в пределах
парижского округа, если он не умеет сам работать на станке или если он не сын мастера.
Каждый парижский сукнодел может иметь в своём доме два широких станка и один узкий, а
вне дома он не может иметь ни одного, если не хочет его иметь на тех же условиях, что и
чужак.
Каждый сукнодел может иметь в своём ломе не более одного ученика и не может брать его
менее чем на четыре года службы и за 4 парижских ливра, или на пять лет за 60 парижских су,
или на шесть лет за 20 парижских су, или на семь лет без денег...
Ученик может выкупиться со службы, если захочет мастер и если он уже прослужил четыре
года; мастер не может его ни продать (уступить), ни отказаться от него, пока он не прослужил
четыре года, ни взять другого ученика, если не случится так, что ученик сбежит, или женится,
или уйдёт за море...
Если ученик убежит от своего мастера по своей глупости или легкомыслию, он должен
возместить мастеру все издержки и все убытки, которые произошли по его вине, прежде чем он
может вернуться к этому же, а не к другому мастеру, если мастер не хочет с ним расстаться...
Никто не может смешивать для сукна шерсть ягнят с обычной шерстью, а если он так делает,
платит за каждый кусок сукна штраф в 10 су, половина из них — королю, другая — старшине и
присяжным за их заботу и труды.
Всё сукно должно быть целиком из шерсти и так же хорошо в начале, как и в середине; а если
оно не таково, то кому оно принадлежит, с какого бы станка оно ни было, за каждый кусок
сукна платит 5 су штрафа: половина — королю, половина — старшине и присяжным за их
заботу и труды...
Никто из этого цеха не должен начинать работу до восхода солнца под угрозой штрафа в 1 2
денье для мастера и в 6 денье для подмастерья, если это не работа по окончанию (куска) сукна,
в таком случае подмастерье может прийти, но только однажды.
Подмастерья-ткачи должны оставлять свою работу, как только прозвонит первый удар
колокола к вечерней службе, в каком бы приходе они ни работали...»
71
нескольких лет ученик мог стать подмастерьем и самостоятельно выбирать, где ему жить и
работать. Теперь он получал плату за свой труд и принимал участие в обучении учеников.
Мастеров было гораздо меньше, но прав у них — не в пример больше. Лишь они владели
секретами мастерства и определяли, когда ученика можно считать подмастерьем, а подмастерье
— мастером. Мастерам принадлежало оборудование, они же решали, когда и чему учить
учеников. Согласно цеховым уставам, право делать изобретения принадлежало исключительно
мастерам. По мере того как имущественный барьер между ними и подмастерьями
увеличивался, а мастера из руководителей превращались во владельцев производства,
возможности для внедрения технических новации уменьшались. Конечно, знающий
подмастерье и сам мог сделать изобретение, но ему было не по силам обойти мастера, если тот
не желал ничего менять в организации производства.
В XIV—XV вв. появились «вечные подмастерья» и «странствующие подмастерья». В то время
ссоры между мастерами и подмастерьями считались в порядке вещей. По цеховым правилам,
отстранённому от работы подмастерью полагалось каждое утро выходить на специально
оговорённое место (обычно на рыночную площадь), где его могли нанять. От предложенной
работы отказываться не разрешалось. Чтобы освободиться от обязательств, взятых на себя при
вступлении в цех, подмастерье должен был покинуть город.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ИДЕИ ЭПОХИ ВОЗРОЖДЕНИЯ
В XIV—XVI столетиях в культуре и технике Италии, а позже и других стран Европы
произошли важные изменения, подготовившие переход от Средневековья к Новому времени.
Прежде всего, стал возрождаться интерес европейцев к полузабытому наследию разрушенной
античной культуры. Отсюда и название периода — эпоха Возрождения, или Ренессанс (фр.
renaissance). В этот сравнительно короткий промежуток истории жили знаменитые учёные и
инженеры — Леонардо да Винчи и Леон Баттиста Альберти, Николай Коперник и Галилео
Галилей; были сделаны великие географические открытия; быстро развивались науки:
математика, астрономия, механика, биология, геология. Изобретения эпохи Возрождения
оказали огромное влияние на всю последующую историю человечества.
КНИГОПЕЧАТАНИЕ
По своему историческому значению изобретение технических устройств
для печатания книг можно сравнить разве что с изобретением в древности колеса или
письменности. Печатание книг большими тиражами, несравненно более дешёвое, чем
переписывание от руки, сделало знания общедоступными.
Как и многие другие изобретения, книгопечатание возникло не на пустом месте. Элементы
типографской технологии и техники накапливались постепенно. Например, способ
размножения вырезанных на деревянной доске изображений был известен в Европе в середине
XIV в. Подобным образом переписчики воспроизводили в рукописях узорные буквицы и
орнаменты, украшавшие листы. Со временем мастера научились вырезать на досках весь текст,
чтобы потом делать оттиски-копии на бумаге. Позже его стали набирать из маленьких кубиков,
на каждом из которых была только одна буква. Набранную страницу заливали расплавленным
мягким металлом, например свинцом. После его затвердевания получалась готовая форма, с её
по-
Иоганн Гуттенберг,
'll
ПОРОХ И ОГНЕСТРЕЛЬНОЕ ОРУЖИЕ
Изобретение пороха и огнестрельного оружия — одно из великих открытий в истории техники.
Историки утверждают, что дымный порох — смесь 75 % селитры, 10 % серы и 15 % угля —
впервые был получен в Китае задолго до того, как стал известен в Европе. Такая смесь
способна быстро и устойчиво гореть при очень высоком давлении, образуя большое количество
газов. Китайцы использовали её для запуска ракет во время праздничных фейерверков.
В XII в. порох узнали арабы. Они изобрели лёгкое огнестрельное оружие — заряжавшиеся
порохом железные трубки. В Европе огнестрельное оружие появилось в XIV в. Это были
толстые, гладкие внутри железные трубы, закреплённые на деревянных станках — лафетах — и
стрелявшие ядрами. В конце того же столетия появились первые гладкоствольные ружья —
аркебузы (фр. arquebuse).
Первые образцы огнестрельных устройств оказались крайне неудобными для ведения боевых
действий. Но после того как в XV—XVI вв. изобрели зернистый порох, а стволы орудий начали
отливать из бронзы и чугуна, артиллерия превратилась в достаточно подвижное, мощное и
грозное оружие, пригодное и для полевых сражений, и для осады крепостей.
В первой половине XVI в. придумали мушкеты (фр. mousquet) — ружья с курком, снабжённым
тлеющим фитилём. Они стреляли пулями массой около 50 г и попадали в цель с расстояния до
300 шагов. В 1520 г. изобрели пистолет и колёсный замок для поджигания заряда. Так
произошло разделение огнестрельного оружия на ручное,
Из собрания оружия, принадлежавшего императору Александру II.
стрелковое, и тяжёлое, артиллерийское. С появлением огнестрельного оружия изменились
способы ведения войны. Повлияло это и на фортификацию — строительство крепостей и
других оборонительных инженерных сооружений. Повышенный спрос на новые виды оружия
привёл к быстрому развитию металлургии, а значит — к увеличению добычи железной, медной
и оловянной руд.
мощью можно было напечатать уже не один, а много оттисков.
Первым, кто соединил все эти изобретения в одном техническом устройстве и придумал
технологию, обеспечившую печатание удобных для чтения ровных строк, стал немецкий
мастер Иоганн Гуттенберг (между 1394 и 1406—1468). В середине XV в. в городе Майнце он
отпечатал Библию. Книга имела по 42 строки на странице, у неё не было ни титульного листа,
ни нумерации страниц. Отдельные экземпляры этого первого в истории печатного издания
хранятся в музеях как величайшие сокровища.
До конца XV столетия типографии появились в Италии, Швеции, во Франции, в Дании и
других странах. Количество книг резко возросло; не случайно, что, начиная с XVI в. ведёт свою
историю большинство крупнейших европейских библиотек.
Печатный станок Гуттенберга.
Реконструкция.
*На титульном листе издания размещают его заглавие, фамилии авторов, год издания, название
издающей организации и т. д.
73
В России первую типографию основал в 1563 г. Иван Фёдоров (около 1510—1583). В 1564 г. он
вместе со своим соратником Петром Мстиславцем выпустил первую русскую датированную
печатную книгу — «Апостол».
МЕТАЛЛУРГИЯ И ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Профессор Георг Бауэр (1494—1555) преподавал греческий язык в Университете немецкого
города Цвиккау. Его имя вряд ли дошло бы до нашего времени, если бы в 1518 г. он
неожиданно не бросил классические языки и не начал изучать горное дело наряду с медициной,
химией и философией. Обобщив накопленный к тому времени опыт горно-металлургического
производства, учёный опубликовал в 1550 г. трактат «О металлах» в 12 книгах под
псевдонимом Агрико'ла. Книги эти служили своего рода энциклопедиями горного дела вплоть
до промышленного переворота. Сегодня сочинения Бауэра — один из самых полных и
достоверных источников сведений о
Типографский знак Пеана Фёдорова.
Портрет автора и титульный лист mi книги Г. Атриколы «О металлах».
Базель, 1554 г.
VcrpMkTW системы насосов в старинном
руднике. Из книги Г. Атриколы *О металлах».
Базель, 1556 г.
__________________
Раскрашенная гравюра из книги Г. Атриколы
•О металлах». Базель, 1556 г.
74
Горный ландшафт с шахтами и горными работами.
Роспись алтаря церкви Святой Анны в Аннаберге. 1521 г.
средневековой металлургии и горном деле.
Георг Агрикола разработал классификацию добываемых горных пород, впервые применил к
полезным ископаемым понятия «чистый» и «смесь», изобрёл и усовершенствовал несколько
машин, применявшихся в горнорудном деле.
ГОРОДСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
В эпоху Возрождения многие европейские города приобрели свой неповторимый облик. Новые
архитектурные идеи опирались на античные образцы, переосмысленные и
75
Собор Санта-Мария дель Фьоре во Флоренции. 1420—1486 гг.
улучшенные современными архитекторами. Эти идеи воплощались в камне с помощью более
совершенных строительных технологий. В то время построены не превзойдённые по своей
красоте базилика Святого Петра в Риме и собор Санта-Мария дель Фьоре во Флоренции. В
Париже были возведены знаменитый собор Парижской Богоматери, старейший из
сохранившихся до наших дней Новый мост, начато строительство Лувра и новой ратуши. А вот
уборка улиц и их освещение, водоснабжение городов и канализация — словом, состояние всех
городских служб — даже к середине XVI в. не достигли того уровня, который знал Древний
Рим. Воду брали из реки в черте города и вручную переносили в дома; поэтому её, как правило,
не хватало. Грязь и отходы скапливались на мостовых и в сточных канавах, вызывая эпидемии
страшных болезней, например чумы, уносивших тысячи жизней.
В эпоху Возрождения с этим злом начали бороться: строились водозаборные системы, на смену
сточным канавам пришли канализационные трубы. Во многих городах стали следить за
чистотой протекавших в их черте рек. 28 июля 1500 г. парламент Парижа принял специальные
постановления, предписывающие удалить грязь и мусор с улиц и впредь проводить такую
уборку регулярно, для чего ввести новый налог с горожан. Спустя десять лет Людовик XII
повелел парижанам не только платить налог, но и самим поддерживать чистоту и исправность
мостовых на улицах перед своими домами.
Чтобы предотвратить наводнения и улучшить условия для судоходства по рекам, укреплялись
их берега и сооружались каналы. В рукописях Леонардо да Винчи сохранился любопытный
проект строительства канала на реке Арно, на берегах которой расположена Флоренция.
Леонардо предлагал поддерживать постоянный уровень воды в канале с помощью больших
резервуаров, накапливающих воду во время дождей и таяния снегов.
В эпоху Возрождения знания человека о мире существенно расширились. Теория Николая
Коперника разрушила представление о маленьком уютном космосе с Землёй в центре. Стало
ясно, что Вселенная намного больше по своим размерам, а может быть, и вовсе бесконечна; что
человек не находится в центре её, а обитает на крошечном шарике, несущемся в пустоте с
огромной скоростью. Всё это подрывало основы христианского
Новый мост в Париже.
76
ВЕЛИКИЙ ИНЖЕНЕР И ЖИВОПИСЕЦ ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ
Леонардо да Винчи вошёл в историю прежде всего как гениальный художник эпохи
Возрождения. Но великий итальянец интересовался практически всеми видами искусства и
отраслями знания, как древними, так и возникшими недавно. Помимо произведений
скульптуры и живописи он оставил весьма любопытные труды, оказавшиеся полезными для
геологии и анатомии, математики и механики. Современники же почитали его не только (а
возможно, даже не столько) как художника, но и как инженера.
И всё же техническое творчество Леонардо при его жизни было известно далеко не полностью.
Оно получило достойную оценку лишь по прошествии веков, когда историки обнаружили и
опубликовали рукописи, которые автор зашифровал и спрятал.
Их анализ показал, что главным делом мастера были технические науки. В 1482 г., желая
перебраться в Милан, Леонардо в длинном письме перечислил всё то, чем он сумеет помочь
этому городу в войне против государства Феррара (Северная Италия). Учёный упоминает о
постройке «очень лёгких и крепких мостов, которые можно без всякого труда переносить и при
помощи которых можно преследовать неприятеля, а иногда и бежать от него», о средствах
«жечь и рушить мосты неприятелю», о способах «отводить воду изо рвов» в случае осады, о
пушках-бомбардах, «которые кидают мелкие камни, словно буря, и наводят великий страх на
неприятеля».
Полное перечисление всех изобретений и приспособлений, известных Леонардо, заняло бы
целый том. По стилю его труды напоминают средневековые инженерные книги. В них много
рисунков, часто не связанных друг с другом, они сопровождаются пояснительными текстами.
Всего до нас дошло свыше 6 тыс. рукописных страниц. Этот обширный материал разделён на
кодексы — по темам, указаниям самого учёного, а иногда просто в зависимости от
обстоятельств, при которых рукописи были обнаружены. Так, самый большой кодекс,
насчитывающий около 1000 страниц, собран скульптором Помпео Леони (1533— 1608). За свой
объем, он получил название «Кодекс атлантикус», в честь древнегреческого титана Атланта.
Отдельные части «Атлантикуса», написанные между 1492 и 1499 гг., свидетельствуют о том,
что
ученый сделал поистине революционный шаг в технике: он создал теоретические основы
инженерной практики, т. е., по сути, превратил инженерное дело в теоретическую дисциплину.
Кроме того, Леонардо пришёл к различению понятий машины и её элементов — механизмов и
деталей — и классифицировал известные тогда кулачковые механизмы, винтовые передачи,
разнообразные зубчатые зацепления.
Гениальный мыслитель считал науку высшей формой знания и отмечал, что «никакое
человеческое знание нельзя считать наукой, если оно не располагает математическими
доказательствами». И потому стремился найти математические закономерности и в теории
механизмов, и в живописи, и в архитектуре.
Чертёж из рукописи Леонардо да Винчи. Мадридский кодекс 1495 г.
Реконструкция летательного аппарата по рисунку Леонардо да Винчи.
77
мировосприятия. В своём отношении к окружающему миру человек не мог уже опираться
только на веру в Бога и был вынужден всё чаще рассчитывать
на свой разум. Начиналась новая эпоха — эпоха рационализма и критического отношения к
действительности, получившая название Нового времени.
ВЗЛЕТ И ПАДЕНИЕ МАНУФАКТУРЫ
К XVI в. ремесленный — ручной — труд достиг, казалось, предела совершенства. Каждый
мастер безупречно изготовлял какой-нибудь один предмет, и превзойти его в этом считалось
невозможным. О специализации работ и инструментов того времени говорит такой пример:
ремесленники английского города Бирмингема использовали более 500 разновидностей только
молотков, и каждый вид был приспособлен для какой-то одной трудовой операции!
Но рынок требовал всё больше товаров, спрос на продукцию быстро рос. Увеличить её выпуск
можно было, увеличив число мастеров и мастерских. Однако цехи, защищавшие интересы
ремесленников, ограничивали численность мастеров, а значит, и объём производимых товаров.
Это сдерживало развитие торговли.
И тогда наживавшиеся на скупке и продаже товаров торговцы стали вмешиваться в
организацию производства. Прежде всего, они взяли в свои руки снабжение мастерских
сырьём. Затем начали диктовать условия скупки готовых изделий, устанавливать их количество
и раздавать заказы, невзирая на уставы цехов. Постепенно мастера попадали в зависимость от
тех, кто поставлял им материалы, скупал готовую продукцию, а впоследствии предоставлял
помещения и технику. Например, многие мастерские располагались у водяных мельниц, и по
договорённости с хозяином мельницы самую трудоёмкую работу выполняли её водяные
двигатели.
Увеличение спроса на продукцию ремесленников привело к возникновению мануфактуры (от
лат. manus — «рука» и factura — «изготовление»). Это предприятие, основанное на разделении
труда между мастерами внутри одной мастерской или между несколькими мелкими
мастерскими. Владелец мануфакту-
Валяльная машина с приводом от водяного колеса. XVI в.
Гравюра. XVIII в.
78
ры, обычно торговец в прошлом, закупал сырьё оптом, т. е. большими партиями. Так было
дешевле. Он же выступал организатором производства и сбыта товаров. Естественно, что и
получаемая прибыль доставалась только ему. Главные преимущества мануфактуры перед
прежними ремесленными мастерскими — отсутствие ограничений на количество выпускаемой
продукции и значительное повышение производительности труда каждого работника за счёт
упрощения трудовых операций. Товары, выходившие из стен мануфактуры, были дешевле
изготовлявшихся ремесленниками.
Наибольшее развитие мануфактура получила в текстильной промышленности. Спрос на её
товары — ткани из шерсти, льна и хлопка — был особенно высок. В России мануфактуры
возникли в XVII в., а их расцвет пришёлся на вторую половину XVIII в.
В Европе век мануфактур оказался недолгим. Уже к середине XVII в. организованный по-
новому ручной труд исчерпал все свои возможности и перестал удовлетворять растущие
потребности в товарах. В конце XVIII — начале XIX в. мануфактуры
постепенно стали вытесняться фабриками и заводами, оборудованными новыми паровыми
двигателями и рабочими машинами (см. статью «Промышленный переворот»).
Мастерская по обработке металлов.
Гравюра из книги Г Агриколы «О металлах».
Базель, 1556 г.
НАУКА И ТЕХНИКА НОВОГО ВРЕМЕНИ
НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ XVII ВЕКА
Прошло почти полтора века после появления книги Коперника «Об обращениях небесных
сфер», когда в 1687 г. были опубликованы «Математические начала натуральной философии»
Исаака Ньютона. К тому времени коренным образом изменились не только знания о природе,
но и способы её изучения. Основы классической механики Ньютона как бы подвели итог
научным открытиям XVII в., которые совершили революцию в науке. С тех пор её историю
принято делить на два больших периода: до и после выхода в свет великой книги.
Революции в физике, химии или другой естественной дисциплине происходят, если становится
ясно, что её основная теория не может объяснить всех накопившихся экспериментальных и
теоретических фактов и находится в состоянии кризиса. Тогда эту теорию заменяют на другую.
Так произошло в начале XX столетия, когда возникли теория относительности и квантовая
механика. Но научная революция XVII в. утверждала нечто более значительное — но-
Исаак Ньютон. Гравюра Г. Кнеллера из издания 1831 г.
80
вый научный метод, основанный на рациональном обобщении результатов экспериментов,
поставленных для проверки ранее выдвинутых гипотез. Наука Нового времени стремилась к
синтезу наблюдения и математического расчёта, техники и науки. А потому её невозможно
представить без постоянного совершенствования измерительных приборов.
Важность повышения точности измерений и создания новых научных приборов хорошо
понимали ещё учёные эпохи Возрождения. Датский астроном Тихо Браге (1546—1601) в
обсерватории Ураниборг близ Копенгагена изготовил целый набор великолепных
астрономических приборов. Предмет гордости Браге — огромный квадрант радиусом около 2
м. С его помощью учёный мог определять координаты звёзд с небывалой до того точностью —
до 5 угловых секунд. Итогом наблюдений, длившихся 20 с лишним лет, стал каталог более чем
1000 звёзд. Результаты этой титанической работы использовал ученик и помощник Браге —
выдающийся немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571 —1630) для вывода своих знаменитых
законов движения небесных тел.
Один из основоположников нового научного метода — Галилео Галилей (1564—1642) был не
только гениальным учёным, но и блестящим инженером. Первая самостоятельная работа
Галилея — определение удельного веса посредством изобретённых им гидростатических весов.
Техническому изобретению Галилей посвятил и первую публикацию, в которой описал
пропорциональный циркуль для военно-инженерных работ. В своём доме в Падуе учёный
устроил механическую мастерскую, по существу исследовательскую лабораторию, где кроме
самого Галилея трудились его помощники, а также литейщики, токари и столяры. Как военный
инженер, Галилей написал два руководства по фортификации (строительству крепостей и
других оборонительных сооружений).
Таким образом, многие великие открытия естествоиспытателей, совершивших в XVIII столетии
революцию в науке, прямо или косвенно связаны с не менее великими техническими
изобретениями.
Галилео Галилей. Гравюра из издания первой трети XIX в.
ЧАСЫ
Человек давно научился определять время: ночью — по положению звёзд и Луны на
небосклоне, а днём — по длине тени, отбрасываемой предметами в разные часы дня.
Солнечные часы — привычный атрибут центральных площадей античных городов. Если же
возникала необходимость измерить небольшой промежуток времени, использовали переносные
водяные или песочные часы: их содержимое тоненькой струйкой перетекало или пересыпалось
через маленькое отверстие из одного сосуда в другой. Подобные часы до сих пор применяют в
поликлиниках при проведении медицинских процедур. Некоторые естествоиспытатели
древности измеряли время по... пульсу. Наверное, они считали, что частота сердцебиения
никогда не изменяется. С XI столетия в городах начали устанавливать механические башенные
часы с колёсами и гирями. Позже их соединили с устройством для боя, оповещавшего о том,
который
*Квадрант — старинный астрономический инструмент для измерения высоты небесных светил
над горизонтом и угловых расстояний между ними.
81
Механизм башенных часов. XIV в.
час. Из-за неравномерности хода таких часов сторожам приходилось то и дело выверять их
показания по Солнцу и передвигать стрелки вручную. Впрочем, точность времени в те годы —
понятие весьма условное: первые башенные часы не снабжались минутной стрелкой. В ходу
была поговорка: «Когда Бог создал время, он сделал его много».
Карманные часы с боем появились в 1505 г., после того как мастер Пётр Генлайн из Нюрнберга
заменил гирю пружиной. Часы эти называли «нюрнбергскими яйцами».
В XVI в. обычным делом стали регулярные рейсы через Атлантику, поэтому задача
определения местоположения корабля в открытом море стояла достаточно остро. Как известно,
положение судна можно найти по двум координатам — широте и долготе. Широту измерить
относительно просто — по углу над горизонтом Полярной звезды. Установить долготу тоже
нетрудно, если известна разница между местным временем и временем на некоем нулевом
меридиане.
В качестве нулевого в 1675 г. выбрали меридиан, проходящий через город Гринвич
(Великобритания), где была построена Королевская обсерватория. Но как узнать время по
Гринвичу, находясь за тысячи миль от берегов Англии? Вот если бы удалось сделать точные
часы, которые могли бы «хранить» время после выхода корабля из порта... В 1474 г. немецкий
астроном Региомонтан предложил метод определения долготы по так называемым лунным
расстояниям, т. е. по взаимному расположению Луны и других небесных тел. Луна и звёзды в
данном случае играют роль небесного хронометра. Однако для реализации идеи Региомонтана
требовались таблицы лунных расстояний, аккуратные измерения и многочисленные
вычисления. Лишь спустя без малого три века, в 1755 г., другой немецкий астроном, Тобиас
Майер, опубликовал точные
*Хроно’метр (от грея, «хро'нос» — «время» и «мё'трон» — «мера») — особо точные часы, ход
которых практически не зависит от колебаний температуры, механических вибраций, тяги
пружины; применяется в навигации для хранения времени нулевого меридиана.
82
лунные таблицы. Метод лунных расстояний стал основным в морской навигации в XIX в. Пока
же моряки должны были обходиться одной координатой и плавать вдоль параллелей.
В конце XVI в. Галилео Галилей открыл явление изохронности (от греч. «и'сос» — «равный» и
«хро'нос») колебаний маятника: время, за которое маятник совершает одно колебание, не
зависит от его размаха — амплитуды. Уже в конце жизни учёный придумал, как использовать
своё открытие для измерения времени, и изобрёл анкерный механизм. Независимо от Галилея к
той же идее в 1655 г. пришёл голландец Христиан Гюйгенс (1629— 1695). В 1658 г. он
подробно описал принцип регулирования хода часов при помощи маятника и анкерного
механизма в книге «Часы».
Тем не менее, не маятниковым часам суждено было стать «сердцем» морского хронометра. В
1714 г. британское Адмиралтейство предложило премию в 20 тыс. фунтов стерлингов тому, кто
сможет сделать хронометр, позволяющий определить долготу корабля после шестинедельного
плавания с точностью до 30 морских миль. Для этого часы должны спешить или отставать не
больше чем на 3 с в день. Оказалось, что маятник здесь не годится, нужен уравновешенный
крутильный балансир, приводимый в действие пружиной. Однако равномерность хода таких
часов оставалась недостаточной из-за намагничивания и теплового расширения шестерёнок.
Действию тепла был подвержен и сам балансир.
Английский механик-самоучка Джон Гаррисон (1693—1776) решил избавиться от всех этих
проблем, сделав хронометр целиком из дерева. Но и этого оказалось недостаточно.
Потребовалось множество технических ухищрений, чтобы удовлетворить требованиям
Адмиралтейства. В 1762 г. ошибка четвёртой модели хронометра Гаррисона составила всего 5
с, но правительство не выдало премию полностью — выплатило лишь 5 тыс. фунтов в 1765 г.,
— из-за того, что часы останавливались во время подзавода пружины. Избавиться от этого
недостатка изобретатель смог через восемь лет, и только тогда он получил остаток премии.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕЛЕСКОПА
В истории техники нередки случаи, когда изобретение связывают не с именем его творца, а с
тем, кто наиболее удачно использовал изобретение или возвестил о нём миру. Например,
первые конструкции телескопов называют именами Галилея, Кеплера и Ньютона, хотя, строго
говоря, никто из них не был первым. Телескоп Галилея состоит из одной выпуклой и одной
вогнутой линз, которые позволяют получить прямое изображение удалённого предмета.
Телескоп Кеплера, где вогнутая линза заменена выпуклой,
Схемы телескопов.
1 — Галилея;
2 — Кеплера;
3 — Ньютона.
*А'нкер (нем. Anker — «якорь») — деталь часов (качающаяся вилка), обеспечивающая
равномерный ход часового механизма.
83
Телескоп Ньютона. Гравюра из издания 1831 г.
Телескопы Галилея.
даёт перевёрнутое изображение. Он неудобен в качестве зрительной трубы, но в
астрономических наблюдениях эта особенность не имеет принципиального значения. В
телескопе Ньютона увеличение достигается не посредством преломления света в линзах, а за
счёт отражения его сферическим (а ещё лучше — параболическим) зеркалом.
Однако о свойствах стеклянных линз и зеркал увеличивать наблюдаемые объекты было
известно задолго до Галилея, Кеплера и Ньютона. Ещё в XIII в. об этом писал Роджер Бэкон, а в
XVI в. — Джамбаттиста делла Порта. Последний долго оспаривал у Галилея право называть
зрительную трубу своим именем.
Первые сколько-нибудь надёжные указания на изобретателей зрительных труб относятся к
началу XVII столетия: в архивах Гааги хранится документ, датированный октябрём 1608 г. Он
свидетельствует о тяжбе между Хансом Липперсхеем (1570—1619) и Якобом Мециусом. Оба
претендовали на получение привилегий и денежной премии за изобретение зрительной трубы.
Победившей стороной признали Липперсхея: его прошение было получено на несколько дней
раньше, а, кроме того, он удовлетворил требование комиссии и сделал инструмент, в который
можно было смотреть двумя глазами. Липперсхею выплатили премию и передали заказ на
изготовление ещё одного такого бинокля от короля Франции Генриха IV. Однако в
привилегиях отказали обоим, поскольку, как указывалось в решении комиссии, и другие лица
были знакомы с прибором. Тем самым выражалось сомнение в том, что именно претенденты
являются авторами изобретения.
В 1655 г. французский врач Пьер Борель опубликовал книгу «Об истинном изобретателе
телескопа». В ней приводились засвидетельствованные в судебном порядке слова Иоганна
Янсена из города Миддельбурга в Голландии. Он сообщал, что его отец, Захарий Янсен,
изобрёл микроскоп и короткую зрительную трубу ещё в 1590 г., а Липперсхей и Мециус
сделали свои копии, пользуясь этой трубой как образцом. Обвинения Янсена трудно проверить,
тем более что выдвинуты они были, когда обвиняемые уже умерли.
Галилей узнал о бинокле Липперсхея, отправленном в Париж Генриху IV, в мае-июне 1609 г. от
Жака Боведера (Якова Бальдовера), своего корреспондента. Боведер предположил, что этот
инструмент может быть полезен в астрономических исследованиях. Галилей, как он сам
говорил, сразу понял, что основным элементом зрительной трубы должны быть два оптических
стекла: одно выпуклое, другое вогнутое. Учёный начал шлифовать стёкла и
экспериментировать с ними. Через некоторое время он достиг успеха.
Но, даже став опытным шлифовщиком, Галилей получал лишь одно пригодное для дальнейшей
работы стекло на шестьдесят негодных. Через месяц после первого успеха учёный сделал
подзорную трубу с десятикратным увеличением. Он демонстрировал её венецианцам на
крепостной башне Святого Марка. Зрители были потрясены: через трубу они видели корабли,
плывущие в море, задолго до того, как могли различить их невооружённым глазом. Галилей
подарил трубу Венецианской республике, за что его пожизненно утвердили в должности
профессора Падуанского университета, определив жалованье в 1000 скудо. В то время
примерно
84
столько же получали профессора медицины, но жалованье профессора математики было в
десять раз меньше.
Постоянно совершенствуя свою трубу и улучшая её линзы, Галилей, в конце концов, добился
30-кратного увеличения — предельно возможного для технического устройства такой
конструкции. Только теперь стали возможны астрономические наблюдения. Это случилось в
конце 1609 г. И тогда люди узнали, что на Луне есть горы; что Млечный Путь не светящийся в
ночном небе туман, а огромное скопление звёзд; что у Венеры, как и у Луны, есть фазы.
Наконец, 7 января 1610 г. Галилей обнаружил спутники Юпитера.
«Чтобы взглянуть в телескоп, — писал историк А. X. Горфункель, — нужно было быть не
только гениальным учёным, но учёным нового толка. Увидеть то, что увидел Галилей (и
поверить своим глазам), мог только учёный, свободный от власти традиций и авторитета, с
иным представлением о человеческом достоинстве, об индивидуальном праве на истину,
добытую своими руками и своим умом, а не полученную из Божественного откровения и
освящённого веками текста».
Благодаря быстрому обращению вокруг Юпитера его спутники представляли собой идеальный
хронометр, по которому можно было бы определять время гораздо точнее, чем по лунным
расстояниям. Проблема, однако, состояла в том, что для наблюдений требовался сильный
телескоп. Малейшее смещение не позволяло удержать Юпитер в поле зрения и делало
невозможными измерения. Но этот метод оказался очень полезным при проведении
геодезических работ на суше. С его помощью к концу XVII в. была практически полностью
прочерчена береговая линия Европы.
В 1668 г. английский математик, астроном и физик Исаак Ньютон (1643—1727) изготовил
первый зеркальный телескоп. С длиной трубы всего лишь 160 мм прибор давал значительное
увеличение и в то же время был в принципе лишён главного недостатка линзовых телескопов
— хроматической аберрации.
МИКРОСКОП
Микроскоп (от греч. «микро'с» — «малый» и «скопе'о» — «смотрю») — это оптический
инструмент, позволяющий получать сильно увеличенное изображение весьма малых объектов.
Микроскопы делят на простые, т. е. состоящие из одной линзы, и сложные — из двух и более.
Простые микроскопы называют также лупами. Первые сложные микроскопы были
изготовлены, по-видимому, ещё в конце XVI в. — возможно, Захарием Янсеном, возможно,
кем-то другим. Иезуит Кристофер Шейнер в своей книге о солнечных пятнах с восторгом
рассказывает о мухе величиной со слона и блохе размером с верблюда, которых он наблюдал в
микроскоп собственного изготовления. Практического применения эти приборы долго не
находили, и в научной литературе XVII в. о них почти не упоминается.
Славу микроскопу принесли работы голландского учёного Антони ван Левенгука (1632—1723 ),
открывшего и изучавшего с его помощью новый мир — мир микроорганизмов. Левенгук не
пользовался сложными оптическими инструментами, не умея их делать, но зато достиг
непревзойдённых результатов в шлифовке крошечных линз для простых микроскопов.
Некоторые его приборы позволяли получить увеличение в 300 раз. Левенгуку приходилось
направлять дополнительное освещение на рассматриваемый объект, что представляло сложную
техническую задачу. Как он это делал, до сих пор неизвестно. За свою жизнь учёный изготовил
более 400 микроскопов.
Помимо микрофлоры, обнаруженной в дождевой воде, воде из прудов и колодцев, в слюне
людей и животных, Левенгук изучал строение клеток растений и челюстей насекомых, дал
первое описание красных кровяных телец. С 1673 г. до конца жизни учёный сообщал о своих
исследованиях Лондонскому королевскому обществу, членом которого был избран в 1680 г.
Там многие пытались повторять его опыты, в том числе английский естествоиспытатель Роберт
Гук.
Микроскоп Левенгука. Копия.
*Хроматическая (от греч. «хро'матисмо'с» — «окраска») аберрация (от лат. aberratio —
«уклонение») выражается в том, что изображение размывается, а его края окрашиваются. Это
вызвано изменением коэффициента преломления стекла в зависимости от длины световой
волны.
85
Применение сложных микроскопов сдерживалось, прежде всего, хроматической и сферической
аберрациями. Они гораздо больше, чем в телескопе, искажали изображение наблюдаемого
объекта. Дополнительная техническая сложность возникала в связи с необходимостью точного
наведения на резкость. Объект нужно было максимально приближать к объективу, и малейшее
его смещение делало изображение нерезким. Эту проблему решил итальянский инженер и
шлифовщик Джузеппе Кампани (1635—1717). Он впервые применил сочетание винта и
червячной передачи; этот принцип заложен в работу и современных микроскопов.
Тем не менее, по-настоящему широкое применение сложные микроскопы нашли только после
удовлетворительного решения проблемы аберрации британским хирургом Джозефом Листером
(1827—1912).
РТУТНЫЙ БАРОМЕТР
О том, что воду в водяном насосе не поднять выше определённой высоты, знали ещё со времён
поздней античности, хотя объяснения этому факту не существовало. Было также неясно, что
образуется над водой. Пустота? Но, согласно принципам аристотелевой физики, это
невозможно: «природа боится пустоты».
ЛЕЙДЕНСКАЯ БАНКА
«Хочу сообщить Вам о новом, но ужасном опыте, который не советую Вам ни в коем случае
повторять самому... Я проводил некоторые исследования по силе электричества. Для этой цели
я подвесил на двух голубых шёлковых шнурах железный ствол, получивший сообщаемое ему
электричество от стеклянного шара, который быстро вращали вокруг оси, прижимая к нему
руки и тем самым потирая его; с другого конца свисала латунная проволока, конец которой был
погружён в круглый стеклянный сосуд, частично заполненный водой, который Я держал в
правой руке, а другой рукой я попытался извлечь искры из электрического железного ствола;
вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что всё моё тело содрогнулось, как от
удара молнии! Сосуд, даже если он сделан из тонкого стекла, обычно не разбивается, а рука
нисколько не смешается от такого сотрясения; но на руку и на всё тело это оказывает такое
ужасное воздействие, что я даже не могу это выразить: одним словом, я думал, что мне конец».
Так писал нидерландский физик Питер ван Мушенбрук (1692—1761) из города Лейдена
французскому учёному Рене Антуану де Реомюру (1683—1757) об опыте, который он провёл в
начале 1745 г. Явление электрического удара ранее было неизвестно, и потому эксперимент
Мушенбрука произвёл огромное впечатление на его современников.
Что же произошло на самом деле? Стенка шара из тонкого прозрачного стекла — диэлектрик.
Ладонь экспериментатора, касавшаяся сосуда, и вода — обкладки. Металлический проводник,
опушенный в сосуд и погружённый в воду, послужил выводом внутренней (водяной) обкладки.
Таким образом, всё устройство в целом представляло собой самый первый в истории техники
электрический конденсатор, названный лейденской банкой.
Опытами с электричеством, которое добывают посредством электризации тел, увлекались тогда
многие естествоиспытатели — и учёные, и любители. Поэтому к открывателям электрического
конденсатора наряду с Мушенбруком иногда причисляют и других изобретателей. Спустя всего
год после первого эксперимента лейденский сосуд, уже с обкладками из фольги, стал
стандартным лабораторным прибором, широко использовавшимся для изучения электричества.
Опыт с лейденской банкой.
* Сферическая аберрация проявляется в том, что изображение точки расплывается и выглядит
как кружок с размытыми краями.
86
Воздух? Непонятно, откуда ему там взяться. В XVII в. к учению Аристотеля стали относиться
критически. Ещё в 90-х гг. XVI в. Галилей в своём раннем сочинении по механике «О
движении» оспорил утверждение Аристотеля, что пустота невозможна. Она возможна,
утверждал Галилей, но стремится исчезнуть и потому обладает определённой силой, — силой
пустоты, которая и удерживает столб жидкости в насосе. В 1630 г. генуэзский чиновник и
естествоиспытатель-любитель Джамбаттиста Бальяни предложил другое объяснение. Да,
утверждал он, над водой образуется вакуум, но жидкость в насосе удерживается не им, а силой
атмосферного давления.
Таким образом, имелось, по меньшей мере, три различные точки зрения на то, что же
происходит в водяном насосе над поверхностью воды. Последователи Аристотеля (в основном
учёные-иезуиты) отрицали существование вакуума. Кто-то из естествоиспытателей
поддерживал точку зрения Галилея, на которой он продолжал настаивать; кто-то разделял
теорию Бальяни. По традиции спор разрешили экспериментом. Провели его в Риме, вероятнее
всего, в 1641 г., когда Галилей был ещё жив, под покровительством Бенедетто Кастелли —
одного из самых влиятельных учёных того времени, ученика Галилея. В эксперименте
участвовал ещё один ученик Галилея — Винченцо Вивиани. Обо всём происходившем
подробно рассказал в 1644 г. Эванджелиста Торричелли (1608— 1647) — бывший, очевидно,
автором постановки опыта — в письме к Микеланджело Риччи.
Опыт заключался в том, что заполненную ртутью и запаянную с одного конца трубку опускали
в сосуд с ртутью. Подобно воде, ртуть частично выливалась в сосуд, и так же, как в водяном
насосе, над её поверхностью возникала пустота. При этом было отмечено, что отношение
высоты, на которую поднимается в трубке ртуть, к высоте, на которую поднимается вода, равно
отношению плотности воды к плотности ртути и не зависит ни от формы трубки, ни от объёма
пустого пространства над поверхностью ртути.
С целью доказать, что над поверхностью ртути действительно образуется пустота,
экспериментаторы поместили туда небольшой колокольчик (который приводили в действие
магнитом) — его звон был еле слышен.
Нельзя сказать, чтобы результаты опыта убедили всех. Но эксперимент повторяли
неоднократно на протяжении всего XVII столетия, и мало-помалу представления о
возможности пустоты и об атмосферном давлении овладели умами и стали общепризнанными.
«Мы погружены на дно безбрежного моря воздушной стихии, — писал Торричелли, —
которая, как известно из неоспоримых опытов, имеет вес».
Об эксперименте узнал знаменитый французский математик, философ и естествоиспытатель,
тогда ещё
87
Блез Паскаль. Гравюра работы Г Эделинка. 1777 г.
двадцатилетний юноша, Блез Паскаль (1623—1662), разделявший теорию «боязни пустоты».
Он начал с опытов с различными жидкостями, думая, что результаты, полученные Торричелли,
могут быть связаны с особыми свойствами ртути. Однако постепенно молодой учёный пришёл
к выводу, что объяснение Торричелли верно. Но в таком случае, решил он, высота подъёма
ртути в трубке должна уменьшаться при подъёме на высокую гору по той же причине, по
которой давление под водой увеличивается по мере погружения. Соответствующий опыт
провёл Флорей Перье, родственник Паскаля, 19 декабря 1648 г. на горе Пюи-де-Дом. Разница в
уровнях на вершине горы и у её подножия превзошла все ожидания — она оказалась равна 84
мм. Окрылённый успехом, Паскаль сам повторил эксперимент в Париже—в знаменитом соборе
Нотр-Дам, а затем на башне Сен-Жак и на длинной лестнице одного частного дома. Значение
полученных результатов (Паскаль опубликовал их практически немедленно в том же, 1648 г.)
трудно переоценить: правильность теории атмосферного давления решительно подтвердилась.
Появилась новая единица измерения — миллиметр ртутного столба, — которой пользуются и
по сей день (в международной системе единиц СИ единица давления названа «паскаль» — Па
— в честь знаменитого француза). Получили первую оценку массы земной атмосферы. Ну и,
наконец, был предложен прибор, с помощью которого атмосферное давление можно измерять,
— ртутный барометр (наблюдательный Паскаль сразу заметил, что тот же прибор пригоден и
для определения высоты).
Благодаря впечатляющим успехам наука к концу XVII столетия приобрела огромный авторитет
в обществе. Новейшие открытия и изобретения стали интенсивно внедряться в хозяйственную
жизнь, в создание новых образцов техники. В результате начались глубокие преобразования в
промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коренным образом изменившие
экономический уклад общества. Историки назвали этот процесс промышленной революцией.
ПРОМЫШЛЕННЫЙ ПЕРЕВОРОТ
Промышленным переворотом, или промышленной революцией, называют сравнительно
небольшой исторический период, когда человечество рассталось с мануфактурой и освоило
машинное производство. Случилось это после того, как английские изобретатели Джон Кей,
Джеймс Уатт, Генри Модели, а также их современники в Великобритании и других странах
создали машины и технологические процессы, полностью изменившие промышленные
предприятия. Их продукция стала не только более совершенной, но и массовой, а значит,
дешёвой и доступной для большинства людей.
«ЗОЛОТОЙ ТРЕУГОЛЬНИК»
В 1562 г. от причалов доброй старой Англии отошёл парусный корабль, направлявшийся с
грузом тканей, изделий из металла и стекла к побережью Африки. Обычный торговый рейс?
Нет, то была первая английская экспедиция за рабами. Путь парусника — сначала к Африке,
затем через Атлантический океан к Америке, а там, уже без захода в Африку, обратно к родным
берегам — на протяжении 250 лет повторили тысячи судов. Проложим на карте маршрут.
Получим треугольник. Первая его вер-
88
шина — пункт отправления корабля. Вторая — остановка у африканского побережья. Здесь
груз — ткани, бусы и мушкеты — обменивался на живой товар: один мушкет — один негр-
невольник. Закованных в цепи людей загоняли в опустевшие трюмы, и штурман, благословясь,
прокладывал курс туда, где прибытия судна уже с нетерпением ждали американские
плантаторы.
На невольничьих рынках рабов сбывали легко: спрос всегда превышал предложение, рабочей
силы на плантациях не хватало. На корабль грузили бочки с крепчайшим ромом, а главное —
кипы хлопка, долгожданное сырьё для текстильных фабрик в английских городах. Капитан
командовал: «Отдать швартовы! — и судно вновь бороздило океан, но теперь шло к родному
порту. Там и замыкался зловещий треугольник. Путь домой был особенно приятен: не торопясь
подсчитывали прибыль, думали, как расширить дело, каких компаньонов пригласить...
Недаром маршрут назвали «золотым треугольником». Прибыль работорговцев достигала 300
%. К середине XVIII в. в Англии уже не оставалось купца или города, так или иначе, не
вовлечённого в колониальную торговлю. В 1788 г. в Африку из Манчестера вывезли товаров на
200 тыс. фунтов стерлингов, а из Бирмингема—до 100—150 тыс. ружей. Через портовый
Ливерпуль в 1795 г. проходило 5/8 английской и 3/7 всей европейской торговли рабами.
Этот страшный и постыдный многовековой период истории имел важное значение для начала
индустриализации — быстрого развития крупного машинного производства. Не случайно
первые изобретения, давшие толчок технической революции, сделаны именно в текстильном
производстве Англии. К концу XVIII столетия выпуск тканей из дешёвого хлопка,
привозившегося с Американского континента, стал массовым. Тогда же наступил небывалый
расцвет горнорудной, металлургической и металлообрабатывающей промышленности.
ЧЕЛНОК-САМОЛЕТ И ПРЯЛКА «ДЖЕННИ»
В череде событий, послуживших причиной промышленного переворота, особое место занимает
изобретение Джона Кея (1704—1764). В 1733 г. он придумал конструкцию механического
(самолётного) челнока для ткацкого станка. Челнок освободил ткача от некоторых ручных
операций и повысил производительность его труда в два раза. Но изобретатель встретил
сильное противодействие со стороны ткачей, не желавших платить за использование
нововведения. В итоге Кей истратил на судебные тяжбы больше денег, чем получил за своё
изобретение. Ему даже пришлось уехать во Францию, но и там дела не сложились. В 1753 г.,
когда Кей хотел вернуться на родину, разъярённая толпа разгромила его дом в Англии.
Кроме челнока Кей изобрёл чесальную машину и ещё несколько интересных технических
устройств, совершенствовавших технологию ткацкого производства. Он же придумал ветряной
двигатель, откачивавший воду из затопленных шахт, а также печь для высушивания солода.
Все свои замечательные механизмы Кей разработал, живя в крайней бедности, а умер почти в
нищете, во Франции. Могила его неизвестна... Спустя 100 лет после появления великого
изобретения жители Бери, родного города Джона Кея, поставили ему памятник
Применение ткацких станков с челноком-самолётом привело к значительному увеличению
выпуска шерстяных и льняных тканей. Но это, в свою очередь, вызвало повышенный спрос на
пряжу, которая в то время вырабатывалась вручную. Для того чтобы устранить разрыв между
спросом и предложением, нужны были простые и дешёвые прядильные машины, способные
«прясть без руки человека». В 1765 г. Джеймс Харгривс (?—1778) изобрёл такую машину и
назвал её «Дженни» — в честь дочери.
В 1767 г. более совершенную механическую прядильную машину
Джон Кей.
*Плантатор — владелец плантации, т. е. большого участка земли, засеянного какой-либо
сельскохозяйственной культурой, например сахарным тростником, хлопчатником и т. д.
**Шварто'в (голл. zwaartouw) — трос, с помощью которого подтягивают и крепят судно к
причалу или другому судну.
89
«Дженни» — прядильная машина Харгривса.
Дени Папен. Гравюра из издания 1869г.
Джеймс Уатт.
Гравюра из старинной книги.
придумал английский механик Т. Хайе. Но ловкий делец Р. Аркрайт присвоил изобретение и в
1769 г. получил на него патент. Он построил первые в Англии прядильные фабрики с водяными
двигателями. С этого времени изобретение стали называть ватермашиной (от голл. water —
«вода»). Технический переворот в хлопчатобумажной промышленности Англии завершила
«Мюль-Дженни» — созданная около 1799 г. Сэмюэлом Кромптоном (1753—1827) машина,
способная вырабатывать особо тонкую пряжу. Позже был изобретён и механический ткацкий
станок.
ВЕК ПАРА
Следующей вехой промышленной революции стал переход от использования мышечной силы
людей и животных, а также кинетической энергии воды и ветра к повсеместному внедрению
паровых машин. Водяные и ветряные мельницы уже не могли обеспечивать нужды быстро
растущей горнорудной и металлообрабатывающей промышленности. Пытались сооружать
огромные водяные колёса, но и это не спасало положения. Да и обязательная «привязка»
мануфактур к водяным мельницам на реках была крайне неудобной.
Для дальнейшего развития промышленности требовался надёжный и дешёвый источник
энергии. Им стал универсальный паровой двигатель, изобретённый и построенный Джеймсом
Уаттом (1736—1819).
О движущей силе пара люди знали с глубокой древности. Одним из первых попытался
воспользоваться этой силой французский физик Дени Папен (1647—1714). Он пришёл к идее
пароатмосферного двигателя, представлявшего собой цилиндр с поршнем, который мог
подниматься под давлением пара и опускаться при его конденсации. Однако учёный так и не
смог создать работоспособное устройство.
В 1696 г. английский инженер Томас Се'вери (1650—1715) изобрёл паровой насос для подъёма
воды. В 1707 г. насос Севери был установлен в Летнем саду в Петербурге. Английский механик
Томас Ньюкомен (1663— 1729) создал в 1705 г. паровую машину для откачки воды из шахт. В
1712 г., использовав идеи Папена и Севери, Ньюкомен построил машину, которая применялась
на шахтах Англии до середины XVIII в.
Но уже к 1765 г. Дж. Уатт сконструировал, а позже усовершенствовал паровой двигатель
принципиально нового типа. Его машина могла не только откачивать воду, но и приводить в
движение станки, корабли и экипажи. К 1784 г. создание универсального парового двигателя
было фактически завершено, и он стал
Универсальный паровой двигатель Уатта.
90
ИЗОБРЕТЕНИЕ ВАКУУМНОГО НАСОСА
Перекачивать воду с помощью специального устройства — насоса люди научились ещё в
глубокой древности. А в XVII в. нашёлся человек, которому пришло в голову откачивать не
воду, а воздух. Бургомистру немецкого города Магдебурга — Отто фон Герике (1602—1686),
человеку образованному, было интересно что произойдёт, если из закрытого сосуда удалить
весь воздух, создать в нём пустоту, вакуум (лат. vacuum). Конечно, для опыта ему пришлось
усовершенствовать обычный поршневой насос: в корпусе, между цилиндром и поршнем, не
должно оставаться щелей, через которые воздух мог бы вернуться обратно. Так Герике стал
изобретателем вакуумного насоса (1650 г.).
Изобретение оказало в дальнейшем неоценимую помощь при изучении свойств разрежённого
воздуха. Эти эксперименты способствовали развитию науки о газах, исследованию
электрического разряда, формированию представлений об атомах. Один из наиболее известных
опытов — самого Герике — с магдебургскими полушариями.
Со второй половины XIX в. вакуумные насосы стали применять в технике. Они до сих пор
незаменимы в производстве электрических ламп накаливания: качество ламп зависит от того,
насколько тщательно из них откачан воздух.
В XX столетии главная область применения вакуумных насосов — электронное
приборостроение: производство усилительных и генераторных радиоламп, рентгеновских,
фотоэлектронных и электронно-лучевых трубок. Чтобы изготовить сложные электронные
приборы, понадобились насосы нового типа — высоковакуумные. Появление таких насосов
связано с именем немецкого учёного Вольфганга Геде (1878—1945). В 1912 г. Геде изобрёл
молекулярный, ав1913г. — диффузионный
Портрет автора и титульный лист из книги Отто фон Герике «Новые эксперименты в
Магдебурге о пустом пространстве». Амстердам, 1672 г.
насосы. В молекулярном — частицы газа удаляются в результате столкновения с вращающимся
металлическим ротором. Действие диффузионного насоса основано на использовании струи
паров масла или ртути: струя захватывает и уносит молекулы откачиваемого газа.
Опыт с магдебургскими полушариями. Гравюра из книги Отто фон Герике «Новые
эксперименты в Магдебурге о пустом пространстве». Амстердам, 1672 г.
91
I Схсйм гмрслимо КО TAJ
Палена. 1690 г.
Принцип работы паромом мамтмны Нномомгна. 1705 г.
Пар из котла (1) поступает н цилиндр 12) и плдним.мл
поршень (3/, который уравноиешипастся трутом И/. В результат
вспрыскивания а цилиндр холодной воды ил резервуара (51 пар
конденсируется. и поршень опускается. ()х,\.1ждаюшая тмлда и
сконарнс мрованмыи пар выпускаются ил цилиндра по трубе (Ы,
а излишний пар из котла — через предохранительный клапан О
основным средством получения энергии в промышленном производстве. В 1769—1770 гг.
французский изобретатель Никола Жозеф Кюньо (1725—1804) сконструировал паровую
повозку — предшественницу автомобиля. Она до сих пор хранится в Музее искусств и ремёсел
в Париже.
Американец Роберт Фултон (1765— 1815) провёл в 1807 г. построенный им колёсный пароход
«Клермонт» по реке Гудзон. 25 июля 1814 г. локомотив английского изобретателя Джорджа
Стефенсона (1781 — 1848) протащил по узкоколейке 30 т груза в 8 вагонах со скоростью 6,4
км/ч. В 1823 г. Стефенсон основал первый паровозостроительный завод. В 1825 г. начала
действовать первая железная дорога от Стоктона до Дарлингтона, а в 1830 г. —
железнодорожная линия общего пользования между промышленными центрами Ливерпулем и
Манчестером. Джеймс Несмит (1808—1890) создал в 1839 г. необычайно мощный паровой
молот, совершивший настоящий переворот в металлургическом производстве. Он же
разработал несколько новых металлообрабатывающих станков.
Так начался расцвет индустрии и железных дорог — сначала в Великобритании, а затем в
других странах мира.
Джеймс Уатт похоронен там, где покоятся прославленные сыны его
92
ТОКАРЬ ИМПЕРАТОРА
Русский механик и изобретатель Андрей Константинович Нартов (1693—1756) стал
знаменитым во время царствования Петра I. Учился Нартов в первом техническом учебном
заведении России — Школе математических и навигацких наук. Император, сам хорошо
разбиравшийся в технике и владевший токарным мастерством, оценил незаурядный
технический талант юноши и в 1712 г. назначил его своим личным токарем. В дворцовой
мастерской Нартов изобрёл и изготовил несколько оригинальных токарных (в том числе
винторезных и копировальных) станков. В недавно обнаруженной рукописи книги «Ясное
зрелище махин» мастер описал более 20 конструкций таких машин. После смерти Петра I
Нартов создавал свои механизмы, работая при Московском монетном дворе. В 1736 г. он
заведовал механической мастерской Петербургской академии наук, а позже стал первым
советником Академии. Под руководством Нартова изготовляли приборы для научных
исследований, проводившихся в её стенах, в частности оптические приборы и инструменты,
сконструированные великим русским учёным М. В. Ломоносовым. Многое сделал Нартов и для
развития военной техники. С 1738 по 1756 г. он создал станки для производства
артиллерийских орудий, оптический прицел, запальное устройство, предложил новые способы
отливки стволов пушек, изобрёл и построил скорострельную батарею из 44 небольших мортир.
Некоторые изобретения Нартова можно увидеть и сегодня. Они хранятся в Эрмитаже и
Артиллерийском музее в Петербурге.
Токарно-винторезный станок Нартова. 1738 г.
отечества, — в Вестминстерском аббатстве. На его памятнике начертано:
Не для того, чтобы увековечить
имя, которое будет жить, пока
процветают мирные искусства,
но чтобы показать, что
человечество воздаёт почести
тем, кому оно обязано
благодарностью, король, его
слуги, а также многочисленные
дворяне и граждане королевства
воздвигли этот памятник
Джеймсу Уатту. Его гению
удалось путём опыта
усовершенствовать паровую
машину. Благодаря этому он
умножил богатства своего
отечества, увеличил мощь
людей и поднялся до высоких
ступеней среди великих
деятелей науки, этих истинных
благодетелей человечества.
РЕВОЛЮЦИЯ МЕХАНИКА МОДСЛИ
Генри Модели (1771 — 1831) всегда считал себя добропорядочным верноподданным Его
Величества Короля и никогда не имел ничего общего с бунтовщиками. Больше всего на свете
Модели гордился тем, что стал мастером задолго до окончания установленного ещё в Средние
века обязательного семилетнего срока ученичества. Наверное, он очень удивился бы, узнав, что
его имя войдёт в историю революции, пусть даже и технической.
Мастера-механики, признавшие молодого Модели равным себе, не ошиблись.
Два его знаменитых изобретения помогли перейти от ремесленного,
93
РУССКИЙ МЕХАНИК И ИНЖЕНЕР ИВАН КУЛИБИН
Иван Петрович Кулибин (1735— 1818) не окончил школы: он обучался грамоте у дьячка.
Овладеть слесарным и токарным мастерством, а затем и искусством изготовлять «хитрые»
часовые механизмы ему помогли книги по физике и технике. В 1764—1767 гг. Кулибин
придумал очень сложное автоматическое устройство — часы в форме яйца. Императрица
Екатерина II, которой он преподнёс своё изобретение в 1769 г., назначила талантливого
самоучку заведующим механической мастерской Петербургской академии наук.
Иван Кулибин создал много оригинальных механизмов и машин. Интересы его были
чрезвычайно широки — от часов до самодвижущихся судов. Мастер сконструировал
карманные часы, которые показывали не только время суток, но и месяц, день, неделю, время
года, фазы Луны, время восхода и захода Солнца. Предложенные изобретателем способы
шлифовки стёкол стали применять при изготовлении микроскопов, телескопов и других
оптических приборов.
В 1776 г. Кулибин построил поразившую современников модель (в масштабе 1:10) деревянного
одноарочного моста через Неву. Специальная комиссия подтвердила правильность расчётов.
Одарённый инженер, Кулибин разработал ещё три проекта металлических мостов, проект
сверлильного станка с приводом от паровой машины.
«Зеркальный фонарь» (прототип прожектора) тоже изобретение Кулибина. Фонарь
использовался для освещения мастерских и в маяках. Мастер создал также повозку-самокатку,
в которой применил маховое колесо, педальный механизм, коробку скоростей, подшипники
качения и тормоз.
С 1782 г. инженер трудился над проектом «водохода» — судна с оригинальным двигателем из
водяных колёс и каната с якорем. Якорь забрасывали вверх по течению, и судно передвигалось
за счёт течения речной воды. В 1791 г. Кулибин разработал конструкцию «механической ноги»
(протеза); позже (после войны 1812 г. ) её применили при изготовлении протезов для раненых
офицеров. А в 1794 г. изобретатель предложил оригинальную систему оптического телеграфа.
В 1801 г. Кулибин переехал на родину, в Нижний Новгород. Здесь он создал ряд новых
механизмов, в том числе станок для расточки цилиндров паровой машины и устройство для
добычи соли.
Иван Петрович Кулибин. Литография.
Чертежи из рукописей И. П Кулибина.
1. Трёхколёсная самокатка. 2. Подъёмные кресла.
В конце жизни выдающийся изобретатель испытывал нужду. А когда Кулибин умер, вдове,
чтобы его похоронить, пришлось продать стенные часы да ещё занять денег.
94
в основном ручного, труда к изготовлению машин машинами. Первое из них, так называемый
механический суппорт, — устройство для очень жёсткого и в то же время подвижного
крепления резца, которым обрабатывают металлические заготовки на станке. Создав суппорт,
Модели совершил переворот в токарном мастерстве. До этого резец, острая кромка которого
снимает слой материала с быстро вращающейся заготовки, токарь держал в руках, опираясь на
специальные подставки, или упоры. При такой технологии добиться высокой точности
обработки просто невозможно. Особенно трудно изготовить детали строго правильной круглой
формы.
Джеймс Уатт долго не мог улучшить свой универсальный паровой двигатель: не было станка,
чтобы с необходимой точностью изготовить главные детали — цилиндр и поршень.
Сохранилось письмо великого изобретателя, в котором он с восторгом сообщал другу:
«Наконец-то удалось подогнать поршень и цилиндр друг к другу так, что в зазор между ними
еле-еле проходит шестипенсовая монета!». Подобная точность в наши дни, когда детали
обрабатываются в заводских цехах с точностью до тысячных долей миллиметра, вызывает
улыбку. Но в те времена она считалась большим достижением. Очень трудно было изготовить
на старых станках болты и гайки к ним. Попробуйте-ка, держа резец в руках, нарезать на
металлическом стержне точную винтовую резьбу!
Генри Модели решил эту проблему. Токарь получил возможность, вращая рукоятки суппорта,
перемещать резец по вертикали и по горизонтали с недостижимой ранее точностью, по мере
надобности подавать его вперёд и отводить назад практически на любое, даже очень маленькое,
расстояние. Впервые в истории обработки материалов механическое устройство заменило руку
человека.
Второе великое изобретение механик сделал, выполняя заказ сэра Сэмюэла Бентама — генерал-
инспектора заводов Британского королевского военно-морского флота.
Это были годы, когда Англия стала «владычицей морей». Парусные военные корабли и
торговые суда под флагом Великобритании появлялись в самых отдалённых уголках морей и
океанов. А на карабельных верфях закладывали всё новые и новые барки и бриги, шхуны и
фрегаты. Но плавающим и вновь строящимся кораблям необходимы мачты, паруса, такелаж.
И блоки для канатов — тысячи, десятки тысяч блоков, без которых нельзя поднимать и
опускать паруса, управлять ими. Нужно было придумать способ, как изготовлять блоки быстро,
выпускать их крупными партиями и высокого качества. То, что сделал Модели, до сих пор
вызывает восхищение.
А сделал он первую в истории станочную линию для производства корабельных блоков. В 1807
г. заработали 43 дерево- и металлообрабатывающих станка, выстроенные в одну
технологическую цепочку. Рабочий на каждом станке выполнял только одну простую
операцию, а значит, не терял времени на переналадку оборудования. Получилась целая система
машин, поочерёдно делавших всё, что нужно, — от распиливания стволов деревьев особо
твёрдых пород, например железного дерева, до обтачивания бронзовых подшипников и
нарезания резьбы на соединительных болтах. Готовьте блоки выходили из цеха потоком,
поэтому новый способ производства большого количества однотипной продукции назвали
поточным.
Сэр Бентам остался доволен: проблема была решена. Но и он не предполагал, что станки
Модели войдут в историю техники как самые первые машины, изготовленные с помощью
других машин, стоявших в мастерской изобретателя. Машины, сделанные машинами!
Система блочных машин Модели пережила своего создателя. Мастер умер в 1831 г., а его
станочная линия работала без переделки до начала XX в. Бесспорно, факт удивительный. Но
важнее то, что именно тогда, в начале XIX в., возникло машиностроение — новая отрасль
промышленности, быстро ставшая главной.
Генри Модели.
*Такелаж (голл. takelage) — совокупность судовых снастей (тросы, цепи и т. д. ) для управления
парусами и для грузоподъёмных работ.
95
ОТ ПАРУСА К ПАРОВОЙ МАШИНЕ
Применение железа для изготовления корпуса судов позволило увеличить длину парусников. К
1850 г. соотношение их длины и ширины достигло 6:1, что существенно повысило скорость
хода. Типичными транспортными судами того времени стали клипера, имевшие три-четыре
мачты. Клипера совершали скоростные двухмесячные рейсы из Европы в Китай и Австралию.
В последней четверти XIX в. на смену клиперам пришли так называемые винджаммеры
(«выжиматели ветра») — стальные парусники грузоподъёмностью 4—5 тыс. тонн с
уменьшенной численностью экипажа. Количество мачт на них достигало 5, а на американских
шхунах — би даже 7.
После создания американским изобретателем Робертом Фултоном первого колёсного парового
судна «Клермонт» (1807 г.) паруса очень скоро вытеснила паровая машина. При всех своих
недостатках пароходы обладали важным достоинством: скорость их движения не зависела от
направления и силы ветра.
Первым пароходом, пересекшим Атлантический океан почти за 18 сут. без использования
парусов, был английский «Сириус» с 98 пассажирами на борту. Произошло это в 1838 г. В 1840
г. английский пароход «Британия» шёл от Лондона до Нью-Йорка 14 сут. 8 ч со средней
скоростью 8,5 узла (около 16 км/ч). В 1952 г. американский лайнер «Юнайтед Стейтс» покрыл
то же расстояние за 82 ч 40 мин, развив скорость свыше 36 узлов (около 67 км/ч).
Медленно, но верно пароходы вытесняли парусники. Если в 1851 г. из 9,7 млн. тонн грузов,
перевезённых торговым флотом, на долю пароходов приходилось лишь 329,5 тыс. тонн (около
3,4 %), то в 1881 г. из 17,9 млн. тонн — уже более 5 млн. тонн (почти 30 %). По объёму
грузоперевозок парусники уступили первенство пароходам в начале 90-х гг. XIX в.
Галион «Арк Ройял». 1587г. Англия.
Флагманское судно британского флота, выступившего против испанской Непобедимой армады.
Водоизмещение — около 880 т; длина — 36,8 м (без бушприта); ширина — 8,75 м; осадка —
4,85 м; вооружение — 30 пушек; экипаж — 190 человек.
Клипер «Катти Сарк». 1869 г. Англия.
Один из самых известных торговых парусников в мире. Сохранился до наших дней как
корабль-музей в Гринвиче (Лондон).
Валовая вместимость — 921 регистровая тонна; длина — 64,8 м (без бушприта); ширина —
10,9 м; осадка — 6,4 м; наибольшая площадь парусов — 3350 м2; скорость — до 17,5 узла
(около 32 км/ч).
Четырёхмачтовый барк «Падуя». 1926 г. Германия.
Последний грузовой парусник и последний винджаммер. После Второй мировой войны
«Падуя» была передана СССР, переименована в «Крузенштерн» и переоборудована в учебное
судно. Парусник-ветеран в 1995—1996 гг. совершил кругосветное плавание, посвящённое 300-
летию Военно-морского флота России. Валовая вместимость — 3064 регистровые тонны; длина
— 95,2 м (без бушприта); ширина — 14,51 м; осадка — 7,26 м; площадь парусов — 3800 м2;
скорость — до 15 узлов (около 28 км/ч).
Пассажирский пароход «Сириус». 1837 г. Англия.
Первый пароход, пересекший Атлантический океан без помощи парусов. Валовая вместимость
— 703 регистровые тонны; длина — 63,5 м; ширина — 14,3 м; осадка — 4,6 м.
Пассажирский пароход «Грейт Истери». 1860 г. Англия.
«Грейт Истерн» был в пять раз больше самого крупного судна своего времени и мог брать на
борт до 4 тыс. пассажиров. Запас угля (15 тыс. тонн) позволял совершать кругосветное
плавание без заходов в порты. Эксплуатация судна на трансатлантической линии оказалась
невыгодной, и «Грейт Истерн» стали использовать в качестве кабелеукладчика. Валовая
вместимость — 18 915 регистровых тонн; длина — 210,4 м; ширина — 25,2 м; осадка — 9,1 м;
скорость — 13 узлов (около 24 км/ч).
ЧТО ТАКОЕ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ
Промышленный переворот привёл к замене мануфактурного и ремесленного производства
крупной машинной промышленностью. Повсюду создавались огромные заводы и фабрики. От
рудников и каменноугольных шахт к ним проводили железнодорожные линии и шоссейные
дороги. Для перевозки грузов по морям и океанам строились пароходы, порты и гавани. Ручной
труд вытеснялся в самых различных областях техники. В разгар бурного развития машинной
промышленности возникла электротехника: появились электрический мотор и генератор
электричества, электромагнитный телеграф, а затем телефон и радио. С изобретением
двигателей внутреннего сгорания стало возможно создание автомобильного транспорта и
авиации.
Не осталась в стороне и военная техника. В этот период стремительно выросли затраты
государств на вооружение. Появились более совершенные артиллерийские орудия,
автоматическое стрелковое оружие, бронеавтомобили, танки. На море на смену парусным
фрегатам и линкорам пришли гигантские паровые броненосные корабли — броненосцы
(дредноуты) и линкоры. Были созданы вооружённые торпедами миноносцы и подводные
лодки. К началу XX в. военная техника стала важным средством достижения господства одной
страны над другой, а мощные вооружённые силы использовались для устрашения и завоевания
чужих территорий.
Правда, предприятия военной промышленности могут выпускать не только оружие. Например,
знаменитый в своё время советский первый в мире реактивный пассажирский самолёт Ту-104
был создан конструкторским бюро А. Н. Туполева как бомбардировщик, и лишь потом его
переделали в пассажирский лайнер. Первые мощные вычислительные машины тоже сначала
применялись только для решения военных задач. Достижения военной промышленности
сегодня используются и в других мирных областях.
Так или иначе, промышленная революция привела к появлению нового, по сути дела
технического, мира, к массовому производству наукоёмкой техники, разнообразных дешёвых и
высококачественных товаров. Произошедшие перемены в жизни общества принято называть
индустриализацией, а наступившую эпоху — индустриальной.
1. Машинный зал машиностроительного завода Хартмана и Земнина в Саксонии. Гравюра
из издания 1870 г.
2. Санитарный поезд императрицы Александры Фёдоровны. Фотография. Начало XX в.
3. Панорама сталелитейных заводов Круппа. Цветная литография из издания начала XX в.
4. Американский изобретатель X. Максим с созданным им пулемётом. Фотография. 1883
г.
5. Наводка артиллерийского орудия. Фотография. 1915 г.
6. Английский танк (захваченный Красной Армией) на Красной площади в Москве.
Фотография времён Гражданской войны.
7. Мортира (калибр 30,5 мм). Фотография. 1915 г.
8. Эскадренный броненосец «Ослябя» (водоизмещение 12 674 т). Открытка. Начало XX в.
9. Первая российская подводная лодка. Открытка. 1904 г.
10. Бронепалубный пятитрубный крейсер «Аскольд». Раскрашенная фотография. Начало
XX в.
КТО ИЗОБРЁЛ КОНВЕЙЕР?
Великие изобретения и открытия никогда не принадлежат одному человеку, даже если их автор
хорошо известен. Они всегда — конечный результат усилий многих талантливых людей, и
немало их остаётся безвестными. История же называет автором изобретения того, кому
посчастливилось первым завершить общую работу. Так обстоит дело с механическим
суппортом и организацией станочной линии, идеи которых приходили в голову не одному
Генри Модели. Так получилось и с идеей конвейера, очень важной для истории
индустриализации и современного массового производства техники. Обычно это достижение
технологии и организации труда связывают с именем американского промышленника Генри
Форда (1863— 1947). И вполне заслуженно: Форд первым организовал конвейерное
производство столь сложной машины, как автомобиль. Но историки знают: главный секрет
технологии массового производства — полное сходство
«ТИТАНИК»
В апреле 1912 г. весь мир облетело сообщение о гибели «непотопляемого»
трансатлантического лайнера «Титаник» (построен в 1911 г.). В начале XX в. этим судном
гордились как высшим достижением новой индустриальной эпохи. Самый большой в мире
пассажирский корабль затонул после столкновения с айсбергом примерно в 800 км к юго-
востоку от острова Ньюфаундленд, в северной части Атлантического океана. Погибло около
1500 человек. Только 711 пассажиров и членов экипажа успели разместиться на 18 шлюпках и
были спасены.
«Титаник» вышел из британского порта Саутхемптон 10 апреля и взял курс на Нью-Йорк.
Несмотря на опасность столкновения с плавающими ледяными глыбами, пароход развил
максимальную скорость. Капитан Эдвард Дж. Смит не сомневался, что корпус, где было
установлено 16 водонепроницаемых переборок, клёпанный из листов стали толщиной 25 мм,
выдержит любые повреждения. 14 апреля в 23 часа 40 минут, в ясную, безлунную ночь,
вперёдсмотрящий доложил об айсберге по правому борту. В это время лайнер шёл со
скоростью 21,5 узла (около 40 км/ч). Когда старший офицер Уильям М. Мердок приказал
отвернуть влево и дал машинам «полный назад», было уже поздно. До айсберга оставалось
всего 750 м, инерция же была слишком велика, и «Титаник» прошёл вдоль ледяной горы 90 м.
Листы обшивки не выдержали удара и разошлись — скрепляющие их заклёпки лопнули; за 20
мин судно приняло 7500 т воды в 6 носовых отсеков. Не помогли и переборки — вода
перетекала над ними в другие отсеки. 15 апреля в 2 часа 20 минут огромный корабль затонул.
Судно легло на дно на глубине 4000 м, разломившись на три части. Нос погрузился в ил на 15
м. В 1985—1991 гг. обломки «Титаника» исследовали несколько экспедиций. В одной из них,
на подводном аппарате «Мир», приняли участие российские учёные. С четырёхкилометровой
глубины удалось поднять на поверхность части обшивки, разнообразные предметы — в
частности, посуду и даже драгоценности, которые позже экспонировались на Парижской
выставке.
Трансатлантический лайнер «Титаник».
Водоизмещение — 46 328 т; длина — около 269 м; ширина — 28,2 м; скорость — до 25 узлов
(46,3 км/ч).
*Слово «конвейер» образовано от английского convey — «перевозить».
100
всех однотипных образцов выпускаемой продукции, их взаимозаменяемость. Понял это и
первым применил в массовом производстве американский предприниматель Эли Уитни (1765-
1825).
...В конце XVIII в. армия США готовилась к войне, которая могла вспыхнуть в самое
ближайшее время. Возникла острая нужда в стрелковом оружии. Государственный заказ на
изготовление большой партии мушкетов сулил огромные барыши. Но никто из заводчиков не
брался за его исполнение, потому что днём с огнём нельзя было найти достаточное количество
квалифицированных мастеров. Мушкеты в те годы делались штучно: один мастер выполнял с
начала до конца все операции — сам изготовлял все детали, а затем собирал из них оружие. И
хотя он старался, чтобы ружья получались одинаковыми, они, конечно, оказывались чуть-чуть
разными. Ни спусковой механизм, ни ствол одного мушкета не подходили к другому. Каждая
деталь подгонялась по месту. Казалось, иначе и быть не может.
И всё же нашёлся человек, рискнувший взяться за дело. Он нанял рабочих, умевших выполнять
отдельные простые операции. Например, вытачивать оси для спускового механизма. Или
делать ложе. Или ещё какую-нибудь деталь. Но как собрать ружьё из деталей, вышедших из
рук разных рабочих? Как добиться, чтобы детали перестали быть штучными (пригодными
только для одного ружья) и подходили без подгонки? Эли Уитни — так звали этого человека —
решил задачу. Он изготовил шаблоны — образцы, в точном соответствии с которыми рабочий
делал порученную ему деталь. Теперь все детали одного назначения, изготовленные разными
людьми, стали похожи друг на друга как две капли воды. Теперь за смену выпускали гораздо
больше мушкетов, чем если бы каждый рабочий делал целиком всё ружьё. Последний в
технологической цепочке рабочий-сборщик ставил детали в мушкет — просто брал их из
ящиков.
В 1801 г. Уитни успешно применил новую организацию производства при изготовлении
крупной партии мушкетов. Он не придумал новое ружьё, не сконструировал новое техническое
устройство. Его «секрет» — новый технологический процесс, открывший дорогу массовому
производству сложной техники. Уитни принадлежат и другие изобретения, но именно это
прославило его имя.
Идеей Уитни воспользовался Генри Форд, когда решил поставить на поток производство
дешёвого «народного автомобиля». Кроме того, он соединил рабочие места движущейся лентой
— конвейером. На первых шагах сборочный конвейер нёс на себе только шасси — основу
будущего автомобиля. По мере передвижения шасси «обрастало» всё новыми деталями,
которые устанавливали рабочие: кто — коробку скоростей, кто — двигатель, кто — колёса или
фары. В конце пути на конвейере стоял уже полностью готовый автомобиль. По такому
принципу и сегодня работают конвейеры на всех предприятиях мира.
После появления конвейера стал возможен массовый выпуск самой сложной техники. И все её
экземпляры были идентичны. Затраты труда на производство каждого отдельного экземпляра
снизились. Но в конвейерном производстве есть и свои проблемы. Монотонный ритм,
бесконечное повторение одних и тех же движений выматывают рабочего. Человек начинает
чувствовать себя придатком машины, живым роботом. Чтобы избежать утомительного
однообразия, рабочих время от времени переводят с одной операции на другую. На заводах
создают специальные комнаты психологической разгрузки. Но окончательно проблема не
решена и по сей день.
ЧТО ТАКОЕ СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИКА
КТО ОТКРЫЛ ДОРОГУ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКЕ
После изобретения универсального парового двигателя и первых механизмов, заменивших руку
человека, развитие техники пошло по пути создания новых, всё более разнообразных и мощных
машин.
Сначала изобретатели обходились без глубоких научных знаний, без экспериментов и сложных
математических расчётов. Им помогали опыт, техническая смекалка и природный ум. Так, Дж.
Уатт сконструировал свою паровую машину уже в 1765 г. Но только в 1824 г. французский
инженер и учёный Сади Карно (1796— 1832) издал знаменитую книгу под названием
«Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Через два
года после трагической гибели Карно его работу заметили французский физик и инженер Бенуа
Клапейрон (1799—1864) и другие учёные в Англии и Германии. Развивая идеи Карно, они
заложили основы новой науки о тепловых процессах — термодинамики.
Чем сложнее становились машины, тем труднее было их совершенствовать. К физике,
теоретической механике, высшей математике и другим фундаментальным наукам приходилось
обращаться во всех областях техники. В результате в XIX в. возникли и развиваются поныне
многочисленные технические науки. В отличие от естественных, изучающих явления природы,
технические науки исследуют процессы, происходящие в машинах и механизмах. Физические,
химические, математические и прочие теоретические знания применяют для решения
технических задач. Например, полученные физиками и химиками данные о строении
кристаллов используются для создания полупроводниковых приборов; на основе физической
теории строения твёрдого вещества разрабатываются методы инженерных расчётов прочности
деталей.
104
К концу XIX в. «здание» классической физики и научные представления о мире считались
практически «достроенными»; оставались, как думали некоторые, лишь отдельные неясности,
так сказать, «строительные недоделки». Многие выдающиеся физики полагали, что науке
известно всё основное, что можно узнать об энергии и строении вещества, о законах движения
твёрдых тел.
Однако уже во второй половине XIX в. учёные стали обнаруживать новые, неизвестные ранее
физические и химические явления, объяснить которые традиционная наука не могла. В 1895 г.
немецкий физик Вильгельм Рентген открыл излучение совершенно нового вида. На основе
своего открытия он разработал техническое устройство — рентгеновскую катодную трубку. В
1896 г. французский учёный Антуан Анри Беккерель (1852— 1908) обнаружил излучение солей
урана и доказал, что оно не рентгеновское. Продолжая исследования Беккереля, французские
физики, супруги Пьер Кюри (1859—1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867—1934),
исследовали явление радиоактивности, а в 1898 г. — новые химические элементы: полоний и
радий.
Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности привело к изучению строения атома. В 1911
г. английский учёный Эрнест Резерфорд (1871 — 1937) обосновал планетарную модель
строения атома, считавшегося до тех пор сплошным и неделимым. В 1913 г. датский физик
Нильс Бор (1885—1962), исходя из модели Резерфорда, заложил основы квантовой теории
строения атома. Все эти открытия венчала общая теория относительности, разработанная в
1907—1916 гг. Альбертом Эйнштейном (1879-1955).
Вслед за великими открытиями в физике и химии начинается качественно новый этап в
развитии технических наук, инженерных методов создания техники. В 20-х гг. значительно
обновляются физические представления о строении металлов и их сплавов. Появляется физика
диэлектриков. И вскоре разрабатываются новые способы получения сплавов, выпускаются
материалы с особыми диэлектрическими свойствами. В 30-х гг. развиваются физика и химия
полупроводниковых материалов, а в 50-х гг. начинает свой путь полупроводниковая техника,
без которой немыслим современный технический мир. Открытие Рентгена привело к
появлению и стремительному совершенствованию технической аппаратуры для спектрального
и рентгено-структурного анализа вещества. На базе новых физических теорий возникает
техника магнитной и ультразвуковой дефектоскопии.
Создание в 1925—1926 гг. квантовой механики, в 1934 г. протонно-нейтронной модели ядра
атома, теории бета-распада открыло дорогу к разработке научных основ и технических средств
получения внутриядерной энергии, к конструированию квантовых генераторов — лазеров, к
быстрому развитию квантовой электродинамики и магнитной гидродинамики, в свою очередь
давших сильнейший толчок возникновению разнообразных областей новейшей техники.
Таким образом, применение в технике научных знаний, полученных на рубеже XIX и XX вв.,
привело к созданию технических устройств и
Электрическая свеча Яблочкова. 1876 г. Политехнический музей. Москва.
Одна из первых ламп накаливания Лодыгина. 70-е гг. XIX в. Политехнический музей.
Москва.
105
ТОМАС ЭДИСОН
Будущий великий американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847—1931) посещал
школу в родном посёлке Милан в штате Огайо всего несколько месяцев. Учителей раздражало
его упрямство, и мать стала заниматься с сыном дома. Уже в 15 лет Томас стал зарабатывать
деньги, продавая газеты. Затем освоил престижную в то время специальность телеграфиста.
Способный юноша научился посылать и принимать телеграммы с рекордной скоростью, но
работать, ничего не изобретая, ему было неинтересно. И он сделал приспособление к
телеграфному аппарату, благодаря которому тот продолжал работать даже в то время, когда
Эдисон сладко спал в соседней комнате.
В 21 год Томас переехал в Бостон, где стал искать применение своим изобретательским
талантам. Очень скоро он приобрёл известность как электрик, в совершенстве знающий
телеграфные аппараты. Фирма «Голд энд сток телеграф» предложила Эдисону усовершенст-
Томас Эдисон. Фотооткрытка.
вовать систему биржевого телеграфа. При заключении договора молодой человек решил
просить за свою работу 5 тыс. долларов, но в последний момент у него не хватило духу назвать
такую, как ему казалось, баснословную сумму. «Вас устроили бы сорок тысяч?» — неожиданно
услышал он вопрос представителя фирмы.
На первый крупный гонорар 22-летний Эдисон нанял 50 помощников и организовал
производство биржевых телеграфных аппаратов в городе Нью-Арк. В 1876 г., после шести лет
работы, он перевёл мастерскую в небольшой городок Менло-Парк. Теперь у него работали уже
около ста человек, но все идеи принадлежали хозяину; лишь он принимал решения, какую
продукцию стоит изготавливать. Талантливый самоучка дал объявление о том, что принимает
«заказы на изобретения». И постепенно многие фирмы убедились: молодому учёному по плечу
самые сложные научно-технические задачи.
Фирма «Вестерн юнион» заключила с Эдисоном договор на право первой покупать его
патенты, и это обеспечило ей большую прибыль. Только от одного изобретения —
многоканального телеграфа — капиталы компании выросли на 15 млн. долларов.
«Изобретения по заказу» приносили значительные доходы и самому создателю. Но его
интересовал не столько банковский счёт, сколько само техническое творчество. «Единственное
моё стремление — работать, не думая о расходах, — говорил Эдисон, — то есть, если мне
хочется выяснить, почему одна нить накаливания работает лучше другой, я буду это
исследовать, не заботясь о том, сколько это стоит. Мысль о затратах раздражает меня. Мне не
нужны утехи богачей: лошади, яхты — на всё это у меня нет времени. Мне нужна мастерская».
Создание системы электрического освещения стало одним из главных
Лампа
накаливания
< винтовым
патроном
конструкции
Элисона.
1881 г.
достижений Эдисона. Трудиться над ней он начал в 1878 г., будучи ещё молодым, но уже
широко известным в Америке изобретателем. Эта работа длилась немногим более года, и в ней
особенно ярко проявились особенности таланта этого незаурядного человека. Предложения,
связанные с изготовлением электрической лампы накаливания, делались и ранее, в том числе
выдающимся русским электротехником Александром
Лаборатория Т. Эдисона в Вест-Орандж. Нью-Джерси. 1885 г.
106
Цилиндр UI, гмжрыгый п«|р.1финир имт юй бумагой. врлшек* рукояткой (2)
и rtcpeMcui'M'Tc я вдоль дмэфрлгмы < 31. Звуки выэымкп движение диафрагмы,
' та «ланит» на мглу (4), полому игла <хтанлжп на нпнгрхжхти цилиндра кажюки
рамши 1и мимеимею и от силы wyval f дубины. В канавках таким иПрамкт мнит ывалхя
звук, который можно воспроизвести шхрелством такой же* жлы.
Николаевичем Лодыгиным (1847— 1923 ). Эдисон внёс в конструкцию лампы много важных
усовершенствований. Он добился значительно лучшего удаления воздуха из лампы, благодаря
чему накалённая нить светилась, не перегорая в течение многих недель. Одновременно с
лампой в лаборатории инженера было разработано всё, что необходимо для системы
электрического освещения: генераторы, регуляторы, выключатели, предохранители, провода,
кабели и даже изоляционная лента. И вот 1 января 1880 г. на демонстрацию новой системы
освещения в Менло-Парк были приглашены 3 тыс. человек: государственные деятели, учёные,
журналисты, бизнесмены. Показ электрического освещения для домов и улиц прошёл очень
удачно. Учёный стал получать тысячи писем с заказами на осветительное оборудование.
Вскоре электрическое освещение по системе Эдисона получило распространение не только в
США, но и в других странах мира.
Изобретения Томаса Эдисона часто оказывались совершенно неожиданными не только для
широкой публики, но и для специалистов, например «говорящая машина» — фонограф (от
греч. «фоне1» — «звук» и «гра'фо» — «пишу»). До этого аппаратов для записи и
воспроизведения человеческого голоса и музыки не существовало. Механики, по рисункам
изготовившие коробку с вращающимся валиком, были поражены, когда это устройство
повторило вслед за Эдисоном фразу «У Мэри был барашек».
Фонограф имел большой успех на Всемирной выставке в Париже в 1889 г. Даже знаменитый
композитор Шарль Гуно одобрительно отозвался о качестве воспроизведения музыки с
помощью аппарата американского изобретателя.
В начале XX в. Эдисон придумал способ получения железа из руды, потом создал новый вид
аккумулятора. За свою жизнь он получил 1093 патента — больше, чем кто бы то ни было в
мире.
В конце жизни великий изобретатель, чтобы помочь талантливым молодым людям,
увлечённым техническим творчеством, несколько раз организовывал конкурсы. Премии,
которые Эдисон назначал победителям конкурса, давали им возможность реализовывать свои
идеи на практике.
Томас Эдисон прожил 84 года, и до конца своих дней этот мудрый человек продолжал
изобретать.
Медаль, выбитая в США в честь 50-летия изобретения лампы Эдисона.
107
АЛЕКСАНДЕР БЕЛЛ
Изобретатель телефона Александер Грейам Белл (1847—1922) по своей основной
специальности был филологом. Он родился в шотландском городе Эдинбурге в семье
известного специалиста в области фонетики. Отец Александера много лет разрабатывал
систему записи звуков речи, пользуясь которой люди могли бы правильно произносить слова
на любом языке — от английского до китайского. Нет ничего удивительного в том, что
Александер Белл пошёл по стопам отца и уже в 17 лет получил должность преподавателя
музыки и ораторского искусства. Желая глубоко изучить звуковой строй языка, следующие
десять лет Александер Белл посвятил изучению акустики (от греи, «акустико'с» — «слуховой»)
— раздела физики, исследующего колебания звуковой частоты. В 1871 г. молодого учёного
пригласили в американский город Бостон, преподавать в школе для глухонемых. Здесь он
продолжил научные занятия.
70-е годы XIX в. — время бурного развития телеграфа. Американские фирмы стремились
первыми использовать новинки технического прогресса. Компания «Вестерн юнион» объявила,
что выплатит огромную сумму тому, кто сможет передать несколько телеграмм по одному
проводу одновременно. Александер Белл решил найти такой способ, и в этом ему помогло
полученное в юности музыкальное образование. Он рассуждал так: камертон отзывается на
одну ноту, т. е. на определённую частоту звуковых колебаний. (Камертон — технический
прибор, источник звука, служащего эталоном высоты звука при настройке музыкальных
инструментов и в пении.) Если послать по общему проводу несколько электрических сигналов,
каждый из которых соответствует определённой частоте, то в приёмном устройстве
электрические «камертоны» смогут разделить эти сообщения по несущей их «ноте». С
помощью придуманного Беллом телеграфа можно было одновременно передавать семь
телеграмм — столько же, сколько нот.
Работая над практическим воплощением своего замысла, Белл пришёл к идее создания
телефона; при этом оказались чрезвычайно полезными его знания в области акустики. При
телеграфировании по проводам передаются одинаковые электрические сигналы,
различающиеся только длительностью («точка» и «тире»). Для передачи речи необходимо было
научиться посылать сигналы, изменяющие силу тока соответственно высоте произносимых
звуков.
Принцип работы телефона Ьелла.
Звуки речи вблизи угдубления Ilf вызывают Колебания диафрагмы <21 и стержнетюго
мат нита <31. Движения стержневого магнита наводят а катушке <41 ток. который татем
передается по проводам (51 к другому абоненту. При ггриесгс ответа ток в катушке
вы гытктет комЧмния стержня (3) с воспроизведением звука диафрагмой.
Александер Белл.
Телефонный аппарат Белла — Блэка.
108
А. Белл во время первого телефонного разговора Нью-Йорк — Чикаго. 1892 г. Нью-
Йорк.
Патент на изобретение телефона Александер Белл получил 7 марта 1876 г. После этого он
предложил компании «Вестерн юнион» купить его за 100 тыс. долларов. Сумма, которую
Белл запросил у компании, была очень скромной: уже через несколько лет станет ясно,
что создание телефонной сети даст многомиллионные прибыли. Тем не менее «Вестерн
юнион» отказалась купить патент Белла. Руководство фирмы
считало, что если уж какой-то учитель глухонемых сумел придумать телефон, то
сотрудничающие с «Вестерн юнион» изобретатели — Томас Эдисон, Илайша Грей
(1835—1901) и другие — смогут изобрести более совершенное устройство.
В июне 1877 г. Александер Белл женился на глухонемой девушке Мейбл Хаббард, и
молодая чета отправилась в Англию. Тем временем друзья организовали показ нового
изобретения при дворе: британская королева и члены её семьи по телефону Белла
разговаривали друг с другом, декламировали стихи и даже пели. Молва о чудесном
открытии выходца из Шотландии разнеслась по всему миру.
Компания «Вестерн юнион» начала выпуск телефонов, игнорируя авторские права. И
тогда интеллигентному и деликатному Александеру Беллу пришлось осваивать суровые
правила конкурентной борьбы. В этом большую помощь ему оказали компаньоны, в том
числе и адвокат Гардинер Хаббард.
В конце 1879 г. «Вестерн юнион» заключила, наконец, соглашение с компаньонами
изобретателя. Была создана объединённая фирма «Белл компани», основная часть акций
которой принадлежала Беллу. Вскоре
цена одной акции компании поднялась до тысячи долларов.
В последующие годы телефон стали активно совершенствовать. К 1900 г. было выдано
более 3 тыс. патентов на изобретения, связанные с телефонными устройствами. В США к
тому времени установили уже 1,5 млн. аппаратов. Капитал телефонных компаний
оценивался почти в 6 млн. долларов, а выплаты акционерам составляли 3,9 млн. долларов
в год.
На полученные деньги Белл основал в Вашингтоне Институт имени А. Вольты. Здесь
изобретатели работали над дальнейшим совершенствованием телефона, фонографа и
электрической связи. Сам Белл работал над многими проектами, в частности в области
авиации и гидродинамики; занимался даже разведением овец. Материальная сторона дела
его уже не интересовала, зато большое удовлетворение приносила возможность
поддерживать талантливых учёных и изобретателей, таких, как А. Майкельсон и Г.
Кертис. По своему опыту Александер Белл знал, как важно своевременно помочь
одарённому человеку: в начале его собственных научных исканий огромную поддержку
Беллу оказал американский физик Д. Генри.
А. Белл во время демонстрации телефона в Салеме. Гравюра из газеты «Ньюсуик».
Телефонная станция. Петроград. Февраль-март 1917 г.
109
ВИЛЬГЕЛЬМ КОНРАД РЕНТГЕН
Известны рассказы о том, как случайность помогла сделать научное открытие. Конечно,
удачное стечение обстоятельств порой играет значительную роль, однако к выдающемуся
открытию приходят, как правило, после длительной и упорной работы.
Когда Вильгельм Конрад Рентген (1845—1923) сделал главное в своей жизни открытие, ему
было уже 50 лет. В Германии он считался одним из лучших физиков-экспериментаторов и с
1888 г. руководил физическим институтом Вюрцбургского университета.
Директор института имел обыкновение допоздна засиживаться за опытами в лаборатории. Так
было и вечером 8 ноября 1895 г. Оба ассистента уже ушли домой, а сам учёный продолжал
работать. В очередной раз он включил ток в катодной трубке, закрытой со всех сторон плотной
чёрной бумагой. (Катодная трубка — это стеклянный вакуумный прибор, в котором
осуществляется электрический разряд.) Лежавшие неподалёку кристаллы платиноцианистого
бария начали светиться зеленоватым светом. Рентген выключил ток — кристаллы светиться
перестали. Он снова подал напряжение на прибор, и опять в кристаллах, ничем не связанных с
трубкой, возникло свечение.
Рентген понял, что столкнулся с ещё не изученным явлением. В эту ночь он так и не ушёл из
лаборатории.
В результате дальнейших исследований учёный пришёл к выводу, что из катодной трубки
исходит неизвестное излучение, которое он назвал икс-лучами. Эксперименты показали, что
икс-излучение возникает в месте столкновения катодных лучей с преградой внутри прибора.
Рентген сделал трубку специальной конструкции с плоским антикатодом, являющимся такой
преградой и обеспечивающим интенсивный поток икс-лучей. С помощью этой трубки (позже
её назвали рентгеновской) он изучил и описал основные свойства таинственного излучения,
впоследствии названного рентгеновским. Оказалось, что икс-лучи способны проникать сквозь
многие непрозрачные материалы; при этом они не отражаются и не преломляются.
Рентгеновские лучи ионизуют окружающий воздух и засвечивают фотопластинки. Учёным же
были сделаны и первые снимки с помощью рентгеновских лучей.
Открытие немецкого учёного имело огромное значение для развития науки. Исследования с
использованием рентгеновских лучей позволили получить новые сведения о строении
вещества, которые вместе с другими открытиями того времени заставили пересмотреть целый
ряд положений классической физики. Очень скоро рентгеновские трубки нашли применение в
медицине и различных областях техники.
К Вильгельму Рентгену стали обращаться представители промышленных фирм с
предложениями выгодно продать права на использование изобретения. Но учёный отказался
запатентовать открытие: свои исследования он не считал источником дохода.
Рентген был честным и исключительно скромным человеком. Когда за достижения в науке
принц-регент Баварии наградил учёного высоким орденом, дававшим право на дворянский
титул и соответственно на прибавление к фамилии частицы «фон», Рентген не счёл для себя
возможным притязать на дворянское звание. Нобелевскую же премию, которую ему, первому
из физиков, присудили в 1901 г., Рентген принял.
Во время Первой мировой войны правительство Германии обратилось к населению с просьбой
помочь государству деньгами и ценностями. Рентген отдал все свои сбережения, включая
Нобелевскую премию. В 1919 г. умерла жена, и 74-летний учёный остался один (детей у него
не было).
К этому времени рентгеновские трубки получили широкое применение во многих странах.
Появились даже новые области науки и техники — рентгенология, рентгенодиагностика,
рентгенометрия, рентгеноструктурный анализ и др. Весь мир узнал о рентгеновских лучах, а
автор выдающегося открытия был, по существу, забыт.
Вильгельм Конрад Рентген умер 10 февраля 1923 г., в возрасте 78 лет. Один из первых
памятников выдающемуся учёному был установлен в России, в городе Санкт-Петербурге.
Вильгельм Рентген.
Принцип АГНСТВИЯ
рснп ГШМИМОИ ФУ<ЖИ.
К л тол (К) испугкаст
ДВИЖУ ШИТС9 >
Пв» напрдвлгян1О к О f —
поломите мын> .ырмжснмс»му
ЛНОАу ПрМ ГТОЛКИОвСМИИ
гурктронов i ПЛОСКОЙ чагтыи
•HMUU1 ^ам11жатидом> мпнинас!
рент г ел кик кое излучение (XI. попж
котирп» выхолит и ирглслы труСжм.
110
технологий, которые назвали наукоёмкими и высокими.
Современная техника основана на использовании атомной, квантовой, электронной, лазерной,
электрохимической и прочих высоких технологий. На создание такой техники затрачивается,
как правило, меньше материалов, энергии и человеческого труда, но зато она требует гораздо
больших затрат на развитие науки и профессиональную подготовку специалистов.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, КОТОРАЯ ИЗМЕНИЛА МИР
XX век называют по-разному — и ядерным, и космическим, и информационно-компьютерным.
Но, пожалуй, самое точное определение — «век электричества». В наших домах полно
электрических приборов: утюгов, пылесосов, стиральных машин, телевизоров, компьютеров.
На улицах — трамваи и троллейбусы, работающие на электричестве. На железных дорогах —
электрички, под землёй — метро. На заводах — станки с электроприводом.
С электрическими явлениями человек познакомился ещё в древности. Было замечено, что
янтарь притягивает мелкие соринки и пух. А если потереть шар, отлитый из серы или стекла,
он обнаружит те же свойства, что и янтарь. По-древнегречески янтарь — «электрон», поэтому
такие опыты стали называть электризацией, а сами явления — электрическими. В Средние
века научились делать «электрофорные машины», которые давали искры длиной несколько
сантиметров. Однако постоянно работающие источники электричества появились позже —
только в конце XVIII в.
В 1790 г. Луиджи Гальвани (1737— 1798), известный итальянский физиолог, исследуя
препарированную мышцу лягушачьей лапки, заметил, что она сокращается, если к ней
прикоснуться одновременно двумя предметами, сделанными из разных металлов. Почему так
происходит, объяснил другой замечательный итальянский учёный — Алессандро Вольта
(1745—1827). Он доказал, что две пластины из разнородных металлов в растворе соли (в
данном случае его роль играла кровь) рождают электричество.
В 1799 г. Вольта создал первый искусственный источник электрического тока. Он представлял
собой медные и цинковые кружки с суконными прокладками между ними. Прокладки были
пропитаны слабым раствором кислоты. Своё изобретение Вольта назвал в честь Л. Гальвани
гальваническим элементом. Чтобы получить более или менее приличную электрическую
мощность, элементы приходилось последовательно соединять в батареи (их именовали
«вольтовыми столбами»).
Самый простой гальванический элемент состоит из двух опущенных в раствор серной кислоты
пластин — цинковой и медной. Цинк в ходе сложного химического процесса начинает
растворяться в кислоте, отдавая положительно заряженные ионы. На пластине (катоде)
остаются электроны, и она приобретает отрицательный заряд. Медная пластина (анод)
заряжается положительно. Между электродами возникает разность потенциалов —
электродвижущая сила (ЭДС). Если пластины соединить проводником, электроны побегут по
нему от катода к аноду — пойдёт постоянный электрический ток.
Долгие годы гальванические элементы были единственными источниками тока. С них, по
существу, и началась электротехника. Гальванические элементы дали ток для первых опытов
французского физика Андре Мари Ампера (1775—1836), который установил один из главных
законов электричества — закон взаимодействия проводников с током. Этот закон
Алессандро Вольта. Луиджи Гальвани.
111
Гальванический элемент, или «вольтов столб». Начало XIX в. Политехнический музей.
Москва.
исправно действует во всех электрических машинах, электромагнитах, реле и вообще везде, где
по проводнику течёт ток. Гальванические элементы использовал немецкий физик Георг Симон
Ом (1787—1854), когда в 1827 г. установил зависимость между напряжением, действующим в
электрической цепи, силой тока и сопротивлением проводника. Русский учёный Василий
Владимирович Петров (1761—1834) зажёг в 1802 г. первый электрический источник света —
электрическую дугу с «огромной наипаче батареей» из 2100 медно-цинковых элементов.
Исследовав свойства дуги, Петров понял, что её можно применять не только для освещения, но
и для сварки металлов. Учёный назвал полученную им электрическую дугу вольтовой.
В дальнейшем гальванические элементы Вольты были усовершенствованы, и появились всем
хорошо знакомые батарейки. На них работают переносные радиоприёмники, плейеры и другие
приборы, когда их нельзя подключить к электрической сети. Электролитом в батарейках
служит
Устройство промьшменнсмо г енер.нора постоянней о тока.
Мет а аамчоский корпус генератора ftl имеет набор электромагнитов (2). Якорь 6Ц
собранный из металлических пластин, несёт проволочные катушки — обмотки. В них
при вращении якоря возникает электрический ток, поступающий на медные пластины
коллектора (4 К Ток с коллектора снимается щетками i'6A Ось якоря опирается на
подшипники (5).
Первые промышленные генераторы постоянного тока появились в 70-х гт. XIX в.
Принтп работы генератора постоянного г<ии.
Принцип действия генератора основан на том,
что в рамме, врашагштейс я в магнитном паче,
возникает электрольижушэя сила. Рамка имнч
коллектор - лва полукольца, через которые
ток гмфздайМся на неподвижные щетки (А/ и (СК
При вращении рамки направление тока,
снимаемого с полуколеи, остаётся постоянным,
хотя его величина меняется, пульсирует.
раствор нашатыря, сгущенный пшеничной или картофельной мукой.
Существуют и «обратимые» элементы. Если к электродам подвести внешнее напряжение, то в
элементе будет накапливаться химическая энергия, которую можно снова превратить в
электрическую. Такие элементы называются аккумуляторами (от лат. accumulator —
«собиратель»). Электроды у них либо свинцовые, залитые кислотой, либо кадмиево-никелевые,
погружённые в щёлочь.
Электричество дают и термоэлементы (от греч. «те'рме» — «тепло»), или термопары, —
проволочки из разных металлов, концы которых сварены попарно. Если место соединения
нагреть, на свободных концах возникнет электродвижущая сила. Мощность таких генераторов
невелика, поэтому термопары применяют в измерительных приборах.
В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777—1851) обнаружил связь между
электричеством и магнетизмом. Он заметил, что стрелка компаса отклоняется, когда по
лежащему рядом проводу идёт ток. Об этом явлении узнал английский учёный, блестящий
экспериментатор Майкл Фарадей (1791 — 1867). Он повторил опыты Эрстеда, а спустя год
112
ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ
В конце 60-х гг. XIX в. американский электромеханик Илайю Томсон (1853—1937) впервые
осуществил электрическую сварку металлов. Через две металлические детали,
соприкасающиеся в месте, подлежащем сварке, пропускался ток большой силы. Электрическое
сопротивление контакта деталей было очень велико, и выделялось так много тепла, что металл
плавился, и детали прочно соединялись.
Чтобы применить изобретение Томсона на практике, потребовалось значительно
усовершенствовать оборудование и технологию процесса. Большой вклад в этой области
внесли русские инженеры Николай Николаевич Бенардо'с (1842—1905 ) и Николай Гаврилович
Славянов (1854—1897).
В 1882 г. Бенардос создал устройство для луговой электрической сварки. Своё изобретение он
назвал «Электрогефест» (по имени Гефеста — древнегреческого бога огня и покровителя
кузнечного ремесла). Электрическая дуга возникала между свариваемым металлом и угольным
электродом, закреплённым в рукоятке. Уголь не приваривается к металлу, поэтому сварка
могла осуществляться непрерывно. В 1887— 1888 гг. способ дуговой сварки Бенардоса
впервые применили в паровозных мастерских Воронежа и Рославля, а вскоре он получил
широкое применение и за рубежом.
Иной метод сварки предложил Н. Г. Славянов, работавший на Пермских пушечных заводах в
селе Мотовилиха. Электрод был металлическим, при горении дуги плавился и заливал сварной
шов.
«Плавильник» Славянова использовали на Пермских заводах при ремонте крупного вала
паровой машины (1888 г.), а также при постройке большого буксирного парохода «Редедя
князь Касожский» (1889 г.). В дальнейшем способ, изобретённый
Николай Николаевич Бенардос.
Николай Гаврилович Славянов.
Н. Г. Славяновым, получил название метола горячей сварки.
В настоящее время электросварка — один из наиболее распространённых способов соединения
деталей в машиностроении, строительстве и множестве других отраслей промышленности. К
концу XX в. разработано оборудование для получения сварных микросоединений, сварки под
водой и в космосе, с помощью автоматов и роботов.
Магнитоэлектрическая машина Кларка. 1836—1840 гг. Политехнический музей. Москва.
Принцип pjOoiM эле*iромаI Минки о дяиы1еля Якоби.
I ктюлдиАнля грчппа ич)(ммэных магнитов IМ — статор питается током
нсспм |М’А4 пм’нно от гальванич<чм1И батареи (21: направление пжа в магнитах остается
нем он'Нным. Подвижная грунты электромагнитов U) — ротор подключен к батарее
‘•ере л коммутатор 6Р, г Помон и.м> которого ток в маг нитах и. гледд геательмо, их
полярное тъ \ц*няи»1гя ж к емь pat та один оборот лиска t5f.
Подвижные магниты попеременно притшиваинся и отталкиваются от неподвижных,
и мал лвиигеля i’6* начинает нраиыты'я. Мошжкть лвитагеля Якоби — около 15 Вт,
уже смог наблюдать вращение магнита вокруг провода с током. Учёный поставил перед собой
новую задачу — «превратить магнетизм в электричество». На её решение ушло десять лет. В
1831 г. Фарадей понял, что только переменное магнитное поле может породить электричество.
Так была открыта электромагнитная индукция. В дальнейшем это привело к созданию
генератора электрического тока.
В 1839 г. в Петербургской академии наук начал работать замечательный изобретатель-
электротехник Борис Семёнович Якоби. Ещё в 1834 г. он изобрёл и построил первый
электродвигатель — машину, которая энергию электрического тока превращает в работу.
Позднее вместе с Эмилием Христиановичем Ленцем (1804—1865) Якоби исследовал действие
электромагнитов и написал первый в мире труд по теории электрических машин постоянного
тока. Э. X. Ленц изучал связь между магнитным полем, направлением движения проводника и
направлением тока в этом проводнике. Исследования позволили Ленцу в 1833 г. установить
закон обратимости электрической машины. Если её подсоединить к двигателю и раскрутить,
машина станет генератором электроэнергии; если подключить к источнику тока — будет
работать как электромотор.
В 1891 г. выдающийся русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1861
или 1862—1919) совершил настоящий переворот в электротехнике — создал генератор
трёхфазного переменного тока и трёхфазный электродвигатель. Чтобы понять всю важность
сделанных им изобретений, достаточно сказать, что сегодня 95 % электроэнергии
производится, передаётся и потребляется в виде трёхфазного тока. Переменным такой ток
называют потому, что он периодически меняет свою величину и направление. Одной из
главных характеристик переменного тока служит частота этих изменений. В Европе (и в нашей
стране тоже) частота переменного тока составляет 50 колебаний в секунду,
114
БОРИС СЕМЁНОВИЧ ЯКОБИ
Борис Семёнович Яко'би (Мориц Герман фон Якоби; 1801—1874) родился в прусском городе
Потсдам. В 1823 г. окончил Гёттингенский университет, получив специальность архитектора;
до 1833 г. работал в строительном департаменте Пруссии. Однако будущего учёного влекла не
карьера чиновника, а наука, особенно те области физики и механики, которые имели
отношение к практическому применению электричества.
В 1834 г. Якоби переехал в Кёнигсберг (с 1946 г. город Калининград). Здесь он разработал
оригинальную, практически пригодную конструкцию электродвигателя.
Работа Якоби привлекла внимание знаменитых учёных — Карла Максимовича Бэра (1792—
1876) и Василия Яковлевича Струве (1793—1864). В 1835 г. по их инициативе Якоби был
приглашён на должность профессора кафедры гражданской архитектуры в один из крупнейших
научных центров России — Дерптский (ныне Тартуский, на территории Эстонии) университет.
Там он читал курс физико-математической теории машин и занимался исследованиями в
области «чистой и прикладной электрологии».
В 1837 г. Якоби переехал в Петербург, где в последующие 20 лет выполнил ряд важнейших
работ по электротехнике. В июне того же года была создана «Комиссия для производства
опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу
профессора Якоби», в которую входили известные учёные. Работая в комиссии, Якоби изобрёл
несколько конструкций электродвигателя. Один из них был установлен на катере-
«электроходе», совершившем в сентябре 1838 г. первое плавание по Неве. Газета «Санкт-
Петербургские ведомости» писала: «...важный шаг сделан, и России принадлежит слава
первого применения энергии (электричества. —Прим, ред.) на практике».
Однако широкое применение электродвигателя в то время было невозможно, так как
единственным источником тока оставалась гальваническая батарея. В 1837 г., работая над
усовершенствованием гальванического элемента, Якоби обнаружил интересное явление. Форма
снятого с катода кусочка осаждённой меди полностью повторяла поверхность катода. В
октябре 1838 г. учёный сообщил Петербургской академии наук о разработанном им
гальванопластическом процессе, а в 1840 г. опубликовал его полное описание. Якоби указывал:
«...в данном случае гальванизм (электричество. — Прим, ред.) в первый раз выйдет из рук
физиков и из их кабинетов, с тем чтобы проникнуть в мастерские ремесленников и
художников». Изобретение учёного получило высокую оценку в России. В 1840 г. ему была
присуждена Демидовская премия за работу «Гальванопластика, или Способ по данным
образцам производить медные изделия с помощию гальванизма». Эту премию Якоби «пожелал
употребить на дальнейшие исследования и опыты по части электромагнетизма и гальванизма и
усовершенствование теории сих загадочных сил природы». Он отказался от патента и передал
своё изобретение для всеобщего использования. Гальванопластика быстро получила мировое
признание и широкое практическое применение в типографском деле и при чеканке монет, а
также в производстве художественных изделий.
В 1840 г. Якоби первым указал на возможность применения электрического разложения
химических соединений металлов ещё в двух областях — гальваностегии и
гидроэлектрометаллургии.
Одновременно с опытами по гальванопластике учёный исследовал проблему передачи тока по
проводам на различные расстояния. Практическим приложением этой работы стало создание
электромагнитного телеграфа и опыты по взрыванию мин с помощью электричества. Якоби
одним из первых построил кабельные телеграфные линии. Линия Петербург — Царское Село
имела протяжённость около 25 км (1841—1843 гг.).
С 1839 г. Б. С. Якоби состоял в «Комитете о подводных опытах», где под его руководством в
течение 15 лет проводилась разработка минного оружия для русской армии и флота.
Возможность взрывания мин с помощью электричества на большом расстоянии была доказана
трудами русского изобретателя Павла Львовича Шиллинга (1786—1837). Продолжая его
работы, Якоби попытался применить явление электромагнитной индукции, открытое Майклом
Фарадеем, для создания нового источника тока. Предложенная «электромагнитная батарея»
состояла из магнитоэлектрической машины (генератора) и «индукционного катка» и
представляла собой первую искровую генераторную систему зажигания высокого напряжения
с индукционной катушкой.
Деятельность Б. С. Якоби высоко ценили его современники. Вот как отозвалась Академия наук
на его смерть: «...можем мы пытаться умерить скорбь этой потери воспоминанием о пользе,
принесённой покойным науке, искусству, промышленности, и об уважении, которым его имя
пользуется как в нашем отечестве, так и во всех образованных странах земли... безраздельна
была... его любовь к науке. Он жил ею и для неё. Того, что он сделал в жизни, достаточно для
его бессмертия в науке».
Борис Семёнович Якоби.
115
ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В 1831 г. выдающийся английский учёный Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной
индукции. Проведённые им эксперименты показали, что для получения электричества не
обязательно использовать гальванические элементы. Электрический ток можно создавать
индукционным методом, перемещая проводник в магнитном поле. Сделав это открытие,
Фарадей провёл множество опытов с большим магнитом Королевского научного общества
Англии и в результате сконструировал первый электромашинный генератор тока, известный
как «диск Фарадея».
После столь удачных экспериментов английского учёного за разработку пригодного для
практики электрического двигателя принялись изобретатели других стран. И среди них
российский физик и электротехник Б. С. Якоби. В 1834 г. он построил электродвигатель,
действие которого было основано на притяжении
Майкл Фарадей.
и отталкивании электромагнитов. Сходные по принципу действия двигатели сделали в разное
время также Т. Девенпорт, П. Фроман и Ч. Пейдж. Все эти устройства имели большие размеры,
малую мощность, значительное магнитное рассеяние и низкий коэффициент полезного
действия. Для устранения столь серьёзных недостатков потребовалось больше 50 лет.
В 1885 г. итальянский физик Г. Феррарис и американский изобретатель сербского
происхождения Н. Тесла независимо друг от друга открыли, что при подаче переменных токов
на две (или более) катушки индуктивности можно получить вращающееся магнитное поле. В
том случае, если на катушки подаётся два переменных тока, различающихся по фазе, систему
называют двухфазной. Тесла и Феррарис разработали первые конструкции подобных
двухфазных электродвигателей (один из них — «диск Феррариса» — стал основой
электрического счётчика, установленного в каждой квартире).
Однако дальнейшее развитие техники связано с более совершенной электрической системой —
трёхфазным током. Одним из тех, кто внёс большой вклад в эту область электротехники, был
русский инженер М. О. Доливо-Добровольский. Он первым предложил сделать ротор двигателя
в виде так называемой беличьей клетки, что позволило уменьшить электрическое и магнитное
сопротивление и значительно повысить эффективность работы. Конструкция этого ротора без
принципиальных изменений сохранилась до настоящего времени.
В 1890 г. Доливо-Добровольский построил трёхфазный двигатель мощностью 3,7 кВт и
трёхфазный трансформатор, необходимый для передачи электроэнергии на большие
расстояния. Продемонстрировать их действие удалось в 1891 г. на Международной
электротехнической выставке во Франкфурте.
Михаил Осипович Доливо-Доброволъский.
В тот период изобретатель работал в германской фирме AEG, входившей в число мировых
лидеров по производству оборудования и созданию электрических сетей. Руководство фирмы
решило построить экспериментальную линию длиной 170 км для передачи электроэнергии от
генератора, установленного на водопаде вблизи города Лауфен, к зданию, в котором проходила
выставка. В выставочном павильоне разместили двигатель конструкции Доливо-
Добровольского мощностью 75 кВт. В день показа, 12 сентября 1891 г., съехавшиеся во
Франкфурт со всего мира специалисты-электротехники собрались у экспоната. И вот
постепенно новый двигатель начинает набирать обороты, а затем выходит на нормальный
режим работы. Загораются лампы накаливания, и двигатель приводит в действие
искусственный ручей с небольшим водопадом.
Это было блестящее решение проблемы передачи энергии на большие расстояния с помощью
трёхфазной системы тока. Так началось широкое применение электрических двигателей в
промышленности.
116
Электродвигатель Якоби. 1834 г. Копия. Политехнический музей. Москва.
Принцип работы электродвигателя Риччи. 1833 г.
Между полюсами S и N постоянного магнита расположен ротор с электромагнитами (Г) и (2).
При подаче тока на электромагниты ротор приходит в движение. Чтобы он вращался в одном
направлении, полярность электромагнитов (т. е. направление проходящего через них тока)
необходимо периодически менять. Этой цели служит коммутатор (3), дважды размыкающий и
замыкающий электрическую цепь за время одного оборота ротора.
Электродвигатель Фромана. 1847 г. Политехнический музей. Москва.
Электродвигатель Доливо-Добровольского (мощность 4,5 кВт).
Политехнический музей. Москва.
117
1889—1890 гг.
или 50 герц, а в Америке, например, она немного выше — 60 герц.
Трёхфазным называют генератор с тремя обмотками, которые расположены друг к другу под
углом 120°.
В каждой обмотке при вращении в магнитном поле возникают переменные токи, которые тоже
«сдвинуты» на 120°. Вот эти токи и называют фазами.
НИКОЛА ТЕСЛА — ИССЛЕДОВАТЕЛЬ И МЕЧТАТЕЛЬ
Исследования, связанные с разработкой и производством сложной техники, могут успешно
проводиться только там, где хорошо развиты наука и промышленность. Поэтому талантливым
изобретателям порой приходится покидать родину, уезжать в страны, где условия для
перспективных разработок лучше.
Замечательный изобретатель и учёный Никола Те'сла (1856—1943), серб по происхождению,
родился в небольшом хорватском селе Смиляны. Ещё в реальном училище Никола поражал
педагогов своими способностями: он мог в уме производить сложные математические
вычисления. Мальчик в короткий срок научился свободно говорить по-немецки, по-французски
и по-итальянски.
В Хорватии в то время не было высших учебных заведений, и по окончании училища в 1875 г.
Никола Тесла отправился в австрийский город Грац, где поступил в Высшую техническую
школу. Любимым предметом студента Теслы вскоре становится электротехника. Уже тогда у
него проявилось важное для будущей работы качество — удивительная инженерная интуиция.
Изучая электротехнику по книгам, Тесла пришёл к убеждению, что применявшиеся в то время
электрические машины постоянного тока должны в будущем уступить место машинам
переменного тока. Над этим молодой учёный продолжал размышлять и по окончании Высшей
технической школы. В 1882 г. Тесла придумал, как можно сделать электродвигатель
переменного тока, используя так называемое вращающееся магнитное поле. Однако
талантливому
изобретателю не удалось реализовать свои идеи, ив 1884 г. Тесла покинул Европу и уехал в
США.
Выходцу из маленькой Хорватии оказалось непросто найти в Америке работу, о которой он
мечтал. Какое-то время пришлось зарабатывать на жизнь грузчиком, рабочим на стройке. Но
Тесла верил в перспективность своего изобретения и, в конце концов, нашёл
единомышленников среди американских инженеров. Производством электродвигателей Теслы
начинает заниматься крупнейшая компания «Вестингауз», а сам учёный получает возможность
работать над новыми идеями в хорошо оборудованной лаборатории.
Никола Тесла относился к категории людей, которых называют фанатиками своего дела.
Обычно он тратил на сон не более пяти часов, а всё остальное время отдавал науке. С начала
90-х гг. главной областью исследований Теслы становятся токи высокой частоты.
В 1891 г. он создал прибор, который назвал резонанс-трансформатором; в технической
литературе он именуется «трансформатором Теслы». Этот прибор давал возможность получать
токи высокой частоты (десятки тысяч герц) при напряжениях до 106 В. Такие токи позволили
создавать разряд длиной в несколько метров.
Резонанс-трансформатор Теслы сыграл большую роль в дальнейшем развитии электротехники
и особенно радиотехники. На своём приборе изобретатель провёл множество разнообразных
опытов с токами высокой частоты, в том числе исследовал их влияние на организм человека.
Тесла обнаружим! в частности, что токи высокой частоты, благодаря тепловому эффекту, могут
быть с успехом использованы в медицине. Так
Никола Тесла.
появились новые методы лечения — токами ультравысокой частоты (УВЧ). Изобретение Теслы
было использовано также для разработки высокочастотного, а затем и сверхвысокочастотного
метода нагрева деталей, плавки металлов и т. и.
Другой областью, где Тесла достиг значительных успехов, была радиотехника. В 1896 г.
изобретатель построил недалеко от Нью-Йорка небольшую радиостанцию, сигналы которой
можно было принимать на расстоянии до 32 км. Особенно интересовал учёного вопрос, можно
ли с помощью радиосигналов управлять различными механизмами и машинами на расстоянии.
В 1898 г. он построил модель радиоуправляемого корабля, которая с большим успехом
демонстрировалась на электротехнической выставке в Нью-Йорке. Эта работа положила начало
телемеханике — области техники, без которой сегодня немыслимо управление
автоматическими аппаратами, работающими в космосе, глубинах океа-
118
Для чего же понадобилась такая сложная система? Дело в том, что большую часть
электроэнергии потребляет промышленность, различные электродвигатели. У машин
постоянного тока и обычного переменного тока на роторе есть обмотка, по которой идёт ток.
Подаётся он на крутящийся ротор через систему контактов (коллектор), по которым
Обмотки транс форматора /I,/ и И J
погружены в м.клянук) ванну м.*< м> — очень
хороший июлятор). Def шинная обмотка ILJ
с конденсаторами Ю (лейденскими банкамиi
и искровым промежутком образуют
колКы тельный контур. К контуру гимклягтем
генератор — индукционная катушка (/).
которая при замыкании прерывателя (К)
превращает постоянный ток батареи f£ >
в переменный ток высокой частоты. Когда
контур настраивают в резонанс. амплитуда
колебаний тока в нбм резко возрастает.
В искровом промежутке возникает
вьл окочас тотннн разряд, а в первичной
обмотке - коиЧмния сильного том. Они
HHAVlinpyUT ВО ВТОри*1Н0»1 обмотке it J токи
высокой частоты напряжением до 10 кВ.
на, на объектах с повышенной радиацией и т. п.
Тесла был очень близок и к тому, чтобы первым осуществить радиосвязь — систему приёма и
передачи сигналов с помощью электромагнитного излучения. Однако, опередив других в
создании радиопередающего устройства, исследователь не смог разработать соответствующий
радиоприёмник — раньше его это сделали российский физик А. С. Попов (1895 г.), а затем
итальянский радиотехник Г. Маркони (1897 г.). В то время Тесла вынашивал идею более
грандиозного проекта — беспроводной передачи на расстояние больших энергий — и не хотел
тратить усилия и время на более «мелкие» проблемы. В своей лаборатории в Нью-Йорке он
строил всё новые высокочастотные установки, на которых можно было получать напряжение в
несколько миллионов вольт. Электрические разряды, возникавшие при таких напряжениях,
напоминали молнии; их изучению учёный уделял большое внимание. Его замыслы
устремлялись в будущее: он мечтал покорить молнию, чтобы заставить это грозное явление
природы служить человеку. В 1899 г. Тесла вместе с группой сотрудников переехал в
высокогорный район штата Колорадо. Талантливого инженера привлекало то, что в этой
местности часто бывают грозы, сопровождаемые мощными молниями. Здесь он начал строить
свою самую крупную установку, которую назвал «Мировая система». Однако планы учёного
опережали возможности науки и техники того времени. В Колорадо его опыты достигли
апогея: звуки разрядов напоминали артиллерийскую канонаду, а из металлического шара,
установленного на высокой мачте, вылетали молнии длиной до 100 м. Ни одна электростанция
не была рассчитана на эксперименты с такими токами. От перегрузки обмотка генератора на
электростанции «Колорадские источники» сгорела, и Тесле пришлось изменить программу
исследований.
Своей главной цели — беспроволочной передачи энергии — изобретателю достичь не удалось.
Однако он многое сделал для развития высокочастотной техники, и следующее поколение
учёных и инженеров использовало его опыт.
И может быть, в XXI в. осуществится мечта Николы Теслы, и человек научится передавать
энергию без проводов в любых количествах и на любые расстояния.
119
Схема магнитоjACMVpHMTCKUfо тенерагора Якоби.
I nicpjiop ЯмМж предс тавлял соГмйт .мы постоянных U-ойралных м.мннг<1 ill,
обращённых друг к другу* разноименными помехами и находящихся на некотором
|ы< с точной о.хин сп другого. Между полях ами магнитов могли врашагы я дм* катушки 12).
< ослинёниыг между собой параллельно. 1|ри этом в катушках вотнюсал электрический
ток. Магнитомектрическии генератор был снабжён коммутатором fj.f из двух полуколец,
на которые нажимали щётки М/, вследствие чего он давал во внешнюю цепь так
называемый пульсирующий ток одного направления. Враш«*ние магнитоэлектрического
генератора пром вводилось вручную посредством обычной рукоятки
Устройство асинхронного двигателя
переменного тока.
В статор ! FI с рабочей обмоткой
вставляете я ротор (2! с лопастями
вентилятора 131. ()бм«ттки статора
представляют собой три группы
катушек, н которые подлёт (м
злектричеч кий ток. В ротор
двигателя вставлена «беличья
клетка» набор медных стержней,
соединённы* кольцами,
скользят неподвижные щетки — упругие пластины из бронзы или бруски из графита. Щётки
искрят и быстро
выходят из строя. Доливо-Добровольский решил обойтись без них.
Учёный заменил обмотку ротора «беличьей клеткой» — набором толстых медных стержней,
концы которых были соединены (электрики говорят «закорочены») двумя кольцами.
Переменное магнитное поле статора возбуждает в проводниках «клетки» сильный
электрический ток. Он взаимодействует с полем статора, поворачивая ротор. А чтобы ротор
вращался плавно и двигатель был мощным, требовалось создать магнитное поле, «бегущее» по
кругу. Для этого в статоре нужны были, как минимум, три системы обмоток, токи в которых
«сдвинуты» на 120°, т. е. трёхфазный ток. Ротор двигателя вращается «не в такт» (несинхронно)
с полем, а всё время немного отстаёт от него. Поэтому машина, созданная Доливо-
Добровольским, и называется «трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором».
Главное достоинство переменного тока — возможность легко менять напряжение. Для этого
используются трансформаторы — аппараты с парой обмоток, намотанных на замкнутый
стальной сердечник. Переменное магнитное поле одной обмотки возбуждает ЭДС в другой. И
если число витков во второй обмотке, скажем, в два раза больше, чем в первой, то и
напряжение в ней будет соответственно в два раза выше. Переменный ток можно
преобразовать в постоянный с помощью так называемых выпрямителей.
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
Конец XIX столетия ознаменовался значительными достижениями в развитии электротехники.
В разных странах строились всё более мощные электростанции, снабжавшие энергией заводы и
фабрики. Промышленные предприятия стали преображаться: на смену оборудованию,
приводившемуся в движение от общего ремённого
привода, пришли станки с электродвигателями. В крупных городах стало появляться
электрическое освещение.
В этот период учёными были сделаны крупные открытия, связанные с исследованиями
природы электричества. В 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940)
экспериментально доказал сущест-
120
вование мельчайших заряженных частиц — электронов. Опыты Томсона дали толчок работе
изобретателей над техническими устройствами, использующими потоки электронов.
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
В 1904 г. английский учёный Дж. Флеминг создал первую электронную лампу — диод. Из
герметичного стеклянного корпуса лампы выкачан воздух, внутри находятся два электрода —
катод и анод. Анодом служит металлическая пластинка, а катод в простейшем виде
представляет собой тонкую вольфрамовую нить, нагреваемую электрическим током. Из
раскалённого металла вылетают электроны — отрицательно заряженные частицы.
Когда на анод подаётся положительный электрический заряд, он начинает притягивать
отрицательно заряженные электроны. Через лампу идёт электрический ток, который называют
анодным.
Электронные лампы.
Лвиаенис ъычгтронов в хевтрмчесжом пои*
между катодом и анодом.
Если на анод подать отрицательный заряд, он станет отталкивать вылетающие электроны и
возвращать их обратно на катод. Анодный ток будет равен нулю — диод «заперт».
Свойство двухэлектродной лампы проводить ток только в одном направлении (от катода к
аноду) используется в различных радиоприёмных устройствах и для выпрямления переменного
тока — преобразования его в постоянный.
Через два года после изобретения Флемингом диода, в 1906 г., американский учёный и
предприниматель Ли Форест (1873—1961) разработал трёхэлектродную лампу, или триод.
В триоде между катодом и анодом размещён ещё один электрод — управляющая сетка. Если
на сетку подать положительный электрический потенциал, она ускорит движение электронов к
аноду; если отрицательный — движение электронов прекратится и лампа «запрётся». А это
значит, что слабые электрические колебания, поданные на сетку, вызовут точно такие же
колебания анодного тока. Произойдёт усиление сигнала в сотни и тысячи раз.
Izsl
V(троне 1Ш1
АЖУЖ МСЖТроДМОЙ ЛАМПЫ —
АЯОЫ.
121
Усгройово
трехэлектродной
лампы — триала.
I
Триоды появились, когда во всём мире бурно развивалась радиотехника, проводились опыты
по радиосвязи между разными городами и странами. Триоды стали неотъемлемой частью
усилителей радиоприёмных устройств.
По мере развития радиотехники были сконструированы более сложные лампы — тетроды,
пентоды (с четырьмя и пятью электродами соответственно) и т. д. Электроны стали ускорять,
замедлять, собирать в пучок
В конце XIX в. немецкому физику Карлу Фердинанду Брауну (1850— 1918) пришла мысль
использовать электронный пучок как своего рода световой карандаш. Если направить
сфокусированный пучок электронов на экран, покрытый специальным веществом —
люминофором, то экран начинает светиться в том месте, где они в него ударяют. Перемещая
электронный луч электрическими или магнитными полями, можно рисовать на экране линии.
При изменении плотности потока электронов яркость свечения меняется, что позволяет
рисовать лучом не только линии, но и движущиеся чёрно-белые картинки.
4
Принцип испо.льзованмя трио ла Фореста
для усиления сигнала в радиоприёмнике.
11а антенну М) приходит радиосигнал; через
катушку индуктивное г и '51 и конденсатор 161
он передаётся на тетку (Л. Накалённая нить
катода (11 испускает электроны. летящие
может значительно усиливать или ослаблять
клектронныи ток в зашинмостм от паданием о
на неё потенциала. Изменения потенциала
воспроизводят радиосигнал.
Принцип действия электронно* лучевое о
прибора (ЭЛП).
Источником электронов в ЭЛП является
катод (К). С гэомошыо управляющего
электрода 1Мт и ус коряммиего электрода (У)
электронам придаёте я движение в виде
направленного пучка - луча Ш. Часть ЭЛП
где создаётся тлектрониый луч (обозначена
цифрой 2), называип клея тронным
прожектором. Пластины L6. на которые
подаётся тлектрмчеч кии заряд, могут
отклонять электронный луч как в
гори.юнтдльном, так и в вертикальном
направлении. В результате воздействия луча
на экран <4J на его поверхности возникает
светящееся пягно.
122
ТК-1. 1939 г. Политехнический музей. Москва.
Первый серийный телевизионный приёмник электронного телевидения в СССР,
крышку вмонтировано зеркало для просмотра телевизионного изображения
«смотрящей вверх» трубки кинескопа.
В 1909 г. за достижения в области беспроволочной передачи информации К.
удостоен Нобелевской премии.
В верхнюю
на экране
Браун был
Впервые электронно-лучевую трубку Брауна в 1921 г. использовал российский инженер Борис
Львович Розинг (1869—1933). Передатчиком служило механическое устройство — диск
Нипкова (см. статью «Техника телевидения»). Так родилось телевидение.
В технике приходится иметь дело с физическими величинами, которые могут меняться сотни и
тысячи раз в секунду. Уследить за ними человек не способен. И здесь на помощь пришли
осциллографы (от лат. oscillo — «качаюсь» и греч. «гра'фо» — «пишу») — приборы, умеющие
рисовать с помощью электронного луча. Осциллограф позволяет изучать форму сигнала,
измерять его длительность, амплитуду, частоту следования отдельных импульсов и т. д.
Неэлектрические величины — давление, температура, скорость, ускорение — предварительно
преобразуются в электрическое напряжение. Оно подаётся на отклоняющие пластины
электронно-лучевой трубки и заставляет электронный луч рисовать на экране линии,
воспроизводящие изменения исследуемой величины.
На экран осциллографического прибора обычно наносится сетка с делениями, помогающая
исследователю судить о величине и длительности сигнала.
Создание чисто электронного телевидения оказалось исключительно сложным делом.
Разработать электронно-лучевые трубки для передачи и приёма телевизионного изображения
удалось лишь через три с лишним десятилетия после изобретения Брауна. Автором первых
конструкций передающей трубки — иконоскопа и приёмной трубки — кинескопа стал русский
инженер В. К. Зворыкин.
ЭЛЕКТРОСВЕТОВЫЕ ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ
В современной аппаратуре широко применяются различные индикаторы, преобразующие
электрические сигналы в световые — светящиеся цифры, знаки, рисунки на экранах
калькуляторов, компьютеров и т. п.
Для отображения сложной информации — графиков, рисунков, движущихся изображений —
используются газоразрядные индикаторные панели, содержащие большое число
светоизлучающих элементов (газоразрядных ячеек). В пазы стеклянных пластин панели
уложены проволочные катоды и аноды. Пластины разделены изолирующей матрицей с
отверстиями в местах скрещивания катодов и анодов. При подаче напряжения на несколько
катодов и анодов в соответствующих точках панели возникает светящийся разряд,
воспроизводящий заданный рисунок.
Широко распространены так называемые жидкокристаллические экраны и панели. По
конструкции они
Светодиод — полупроводниковый прибор,
преобразующий электрические сигналы в свет.
123
похожи на газоразрядные, но между электродами находится слой органического вещества с
длинными молекулами — жидкий кристалл. При наложении электрического поля молекулы
меняют свою ориентацию и по-другому отражают и пропускают свет, «рисуя» изображение
или текст. Жидкие кристаллы используются в часах и калькуляторах, в экранах портативных
телевизоров и компьютеров.
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
В 1887 г. немецкий физик Генрих Герц (1857—1894) открыл фотоэффект — переход энергии
света в электрическую энергию. В 1888— 1890 гг. фотоэффект обстоятельно изучил русский
учёный Александр Григорьевич Столетов (1839—1896).
ИЗОБРЕТЕНИЕ РАДИО
Появлению устройств для передачи сообщений без проводов (с помощью электромагнитного
излучения) предшествовали долгие годы научных поисков. В 1888 г. немецкий физик Генрих
Рудольф Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн,
распространяющихся в пространстве. В опытах он использовал источник электромагнитного
излучения (вибратор) и удалённый от него приёмный элемент (резонатор), реагировавший на
это излучение. Французский изобретатель Э. Бранли повторил в 1890 г. эксперименты Герца,
применив бо-
Александр Степанович Попов.
лее надёжный элемент для обнаружения электромагнитных волн — радиокондуктор.
Английский учёный О. Лодж усовершенствовал этот приёмный элемент и назвал его когерером
(от лат. cohaereo — «быть связанным»). Когерер представлял собой стеклянную трубку,
наполненную железными опилками. В обычных условиях они плохо проводят электричество.
Но электромагнитная волна, прошедшая сквозь опилки, намагничивает их. Крупинки железа
сцепляются, приобретают хорошую проводимость — и когерер пропускает сигнал. Если трубку
встряхнуть, опилки рассыпаются — сигнал пропадает.
Следующий шаг был сделан замечательным русским учёным и изобретателем Александром
Степановичем Поповым (1859—1905 или 1906). 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании
Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге он продемонстрировал аппарат
для приёма электромагнитных волн. Прибор Попова имел кроме когерера Бранли — Лоджа
электрический звонок с молоточком, который встряхивал трубку. Это давало возможность
принимать радиосигналы, несущие информацию, — азбуку Морзе. По сути, с приёмника
Попова началась эра создания средств радиотехники, пригодных для практических целей.
Спустя год после опытов А. С. Попова в Лондоне состоялась демонстрация устройства для
передачи и приёма радиосигналов, сделанного итальянским изобретателем Гульельмо Маркони
(1874—1937). По конструкции его приёмник мало чем отличался от прибора Попова. Однако
главной заслугой Маркони оказалось умение поставить дело на коммерческую основу. С целью
привлечения внимания к своей разработке он перебрался из Италии в Англию, где летом 1897
г. основал компанию по изготовлению аппаратуры для беспроволочного телеграфа. Компания
Маркони, располагавшая большими финансовыми возможностями, в скором времени добилась
значительных технических успехов: дальность радиосвязи в 1899 г. была доведена до 100 км, в
1900 г. — до 1000 км, а в 1903 г. достигла
Генрих Рудольф Герц.
124
Вслед за этим появились фотоэлементы — электронные приборы, действие которых основано
на использовании фотоэлектронной эмиссии — выхода электронов из металла под действием
света.
Световой поток, попадая на катод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности.
Чтобы увеличить выход электронов, катод покрывают соединением сурьмы и цезия.
При замыкании цепи возникает электрический ток, величина которого зависит от
интенсивности светового потока.
Фотоэлементы быстро нашли широкое применение в научных исследованиях, производстве и
быту. Ими оборудуют разнообразные автоматические устройства — турникеты в метро; двери,
открывающиеся перед человеком; блокировочные устройства,
Радиоприёмник Попова. 1895 г. Копия. Политехнический музей. Москва.
10 000 км, что позволяло передавать сообщения с одного континента на другой.
В этот период А. С. Попов работал в Кронштадте, где занимался оснащением кораблей
российского флота средствами беспроводной связи. Под руководством учёного в начале 1900 г.
была сооружена радиостанция на острове Гогланд в Финском заливе. Первый же обмен
радиограммами с этой станцией позволил спасти большую группу рыбаков, унесённых на
льдине в открытое море. Другой операцией, выполненной благодаря изобретению Попова и
получившей широкую известность, стало оказание помощи броненосцу «Генерал-адмирал
Апраксин», севшему на камни.
Начиная с 1900 г. в Кронштадте, а затем Санкт-Петербурге был организован промышленный
выпуск аппаратуры для беспроволочного телеграфа, но по объёму производства Россия
отставала от Англии, Германии и США. Радиостанций не хватало даже для удовлетворения
потребностей Почтово-телеграфного ведомства и Военно-морского флота России, поэтому
приходилось покупать аппаратуру за рубежом.
Ранняя смерть помешала А. С. Попову стать лауреатом Нобелевской премии, которую Комитет
по премиям решил присудить в 1909 г. за наиболее значительные работы в области
радиотехники. Эту престижную премию присудили Маркони и немецкому учёному Карлу
Фердинанду Брауну, создателю осциллографической электронно-лучевой трубки и системы
избирательного приёма радиоволн.
В разработку средств радиотехники на раннем этапе её развития внесли вклад также другие
учёные и изобретатели: француз Э. Дюкрете, американец сербского происхождения Н. Тесла,
англичанин М. Минчин, итальянец А. Риги, индиец Дж. Бос, немцы А. Слаби и Г. Арко.
Гульельмо Маркони пережил многих корифеев радиотехники, в частности А. С. Попова — на
30 лет, а К. Ф. Брауна — на 20. На долю Маркони досталась слава, которой по праву
заслуживали и другие пионеры в этой области науки и техники. В 1934 г. Итальянская
академия наук избрала Маркони своим президентом, а спустя три года изобретателя не стало. В
день похорон Маркони, 21 июля 1937 г., радиостанции всего мира прервали передачи. Так мир
прощался с последним пионером радиотехники.
Г. Маркони на борту корабля «Elettra».
125
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ
Вещества, способные изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей,
открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Однако, как иногда случается, учёные не
обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Даже после появления в
1904 г. книги «Жидкие кристаллы», написанной О. Леманном, никто не догадался применить
их в технике.
Шло время. Синтезировались всё новые жидкие кристаллы, развивалась теория их строения. Но
только в 1963 г. американец Дж. Фергюсон догадался использовать важнейшее свойство
жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения не
видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение,
интерес к жидким кристаллам резко возрос.
В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким
кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для
систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких
кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет.
Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём
возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г.,
когда группа английских химиков под руководством Дж. Грея синтезировала жидкие
кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое
распространение в разнообразных устройствах.
Теперь, когда известно множество жидкокристаллических веществ, трудно перечислить все
отрасли техники, где они применяются.
Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая
состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов
температур и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят
на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные
элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким
цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на
коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.
С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и
опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких
кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая
область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых
индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с
жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет.
Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя ничтожное
количество энергии от малогабаритного аккумулятора или батарейки.
Схемы) фоюмемени
с кнешнни фотоэффектом.
Ф - световой поток- К — <t
Л — анод:
которые останавливают механизм, предохраняя от травм рабочих, попавших в опасную зону.
Обычному фотоэлементу для срабатывания нужна хорошая освещённость. Однако часто
требуется «поймать» и усилить весьма малые фототоки, например при изучении далёких звёзд
и галактик.
В начале 30-х гг. русский учёный Леонид Александрович Кубецкий (1906—1959) изобрёл
фотоэлектронный умножитель — прибор, предназначенный для усиления слабых фототоков.
В фотоэлектронном умножителе помимо катода и анода имеется система (каскад)
дополнительных электродов. Поток электронов вызывает вторичную эмиссию с этих
электродов, многократно усиливая ток, проходящий через прибор.
Ещё один вид фотоэлектронных приборов — электронно-оптические преобразователи —
позволяет видеть в темноте, например, ночью.
Впервые принцип работы электронно-оптических преобразователей был описан в 1934 г.
голландскими учёными Г. Холстом и Я. Де Буром. Активная разработка таких приборов велась
во время Второй мировой войны — с целью использования их в качестве ночных прицелов, для
управления машинами в темноте (применяют фары инфракрасного излучения) и т. и.
126
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
В 50-х гг. XX в. появились полупроводниковые приборы. Они сравнительно просты и весьма
компактны. Взаимодействие электронов с электромагнитными полями происходит здесь не в
вакууме, а в твёрдом теле — кристалле.
Электрические свойства полупроводникового кристалла связаны с существованием в нём двух
областей с разными видами проводимости.
В некоторых кристаллических веществах часть электронов на верхних атомных оболочках
оказываются «лишними». Они уходят, оставляя пустые места — вакансии, или дырки, которые
можно рассматривать как положительные заряды. Если к кристаллу приложить электрическое
напряжение, электроны «побегут» к одному электроду, а дырки — к другому. Через кристалл
пойдёт электрический ток, обусловленный электронно-дырочной, или //-//-проводимостью (от
англ, positiv — «положительный» и negativ — «отрицательный»). Вводя в кристалл
определённые добавки, в нём создают зоны с избытком либо электронов (//-проводимость),
либо дырок (//-проводимость).
На границе этих зон возникает так называемый //-//-переход, воздействуя на который внешним
напряжением можно, например, заставить двигаться только электроны, а дырки «запереть»;
управлять током проводимости, прикладывая слабое переменное напряжение, и т. д.
Иными словами, полупроводниковые приборы способны играть роль диода, триода и более
сложных электронных устройств чрезвычайно малых размеров; могут преобразовывать
световые сигналы в электрические и наоборот (фотодиод; фоторезистор — элемент, меняющий
своё электрическое сопротивление под воздействием света; фототранзистор).
Существуют полупроводниковые приборы — термоэлементы, термоэлектрические генераторы
(вырабатывающие электрическую энергию
при нагревании) — для превращения тепловой энергии в электрическую и наоборот. Эти
приборы можно использовать в качестве пьезоэлектрических датчиков (реагирующих на
изменение атмосферного давления), тензометрических приборов (позволяющих
контролировать механическое смещение) и т. и.
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Дальнейшее развитие и миниатюризация полупроводниковых приборов привели в скором
времени к созданию интегральных схем. В них объединены полупроводниковые диоды,
Кремниевая пластина
диаметром 150 мм
для изготовления
микросхем.
Интегральные схемы.
127
Интегральные микросхемы выпускают в самых разнообразных корпусах.
конденсаторы, резисторы (сопротивления) и соединительные элементы микроскопических
размеров. Все они располагаются на одном полупроводниковом кристалле.
Основным полупроводниковым материалом в настоящее время служит кристаллический
кремний. Находят применение арсенид галлия, фосфид индия и другие полупроводниковые
материалы.
Полупроводниковые приборы и интегральные схемы широко применяются в современных
компьютерах, системах автоматизированного управления и телемеханики, производственном
оборудовании, средствах транспорта, бытовой электронике и т. д.
В мире ежегодно выпускается около 50 млрд, полупроводниковых приборов и примерно такое
же количество интегральных схем.
РАДИОЛОКАЦИЯ В ГОДЫ ВОИНЫ И МИРА
Это случилось вскоре после начала Второй мировой войны. Итальянская морская эскадра,
воспользовавшись ночной темнотой, проходила недалеко от берегов Англии.
Внезапно рядом с головным крейсером раздался оглушительный взрыв артиллерийского
снаряда; за ним последовали новые взрывы. В полной темноте снаряды с удивительной
точностью находили плывущие цели, сея панику и нанося кораблям страшные повреждения. В
этом походе итальянцы потеряли три крейсера и два эсминца. Так Великобритания
продемонстрировала грозную силу нового оружия — радиолокационной системы (РЛС)
наводки артиллерийских орудий.
Не менее успешно англичане использовали радиолокацию для защиты Лондона и других
городов от налётов германской авиации. Войска противовоздушной обороны (ПВО),
оснащённые РЛС, с высокой точностью вели стрельбу по вражеским самолётам. Например, 28
августа 1940 г. немцы предприняли воздушную атаку на Лондон. Из 101 самолёта-снаряда
«Фау-1» (ракетное оружие дальнего действия) до столицы Великобритании долетели лишь
четыре, остальные
Радиолокационная станция ПВО.
Локаторщики проводят плановые работы.
* В 1939-1945 гг. Италия воевала на стороне Германии.
128
были сбиты в пути. Так мир узнал об удивительных возможностях радиолокации — области
радиотехники, предмет которой — обнаружение и распознавание различных объектов на
расстоянии.
В Англии проблему радиолокационного обнаружения самолётов и
КАК РАБОТАЕТ РАДИОЛОКАТОР
Радиолокацией (от лат. radius — «луч» и locatio — «размещение») называется область
радиотехники, которая занимается наблюдением за удалёнными объектами: измерением
скорости передвижения; определением положения в пространстве и других характеристик.
Устройства, применяемые для этих целей, именуют локаторами или радарами. В зависимости
от предназначения они имеют разную конструкцию, но принцип их работы одинаков. Антенна
локатора излучает узкую радиоволну небольшой длительности — радиоимпульс. Встретив на
своём пути препятствие (самолёт, корабль или облако), импульс отражается от него и
возвращается к локатору. Там через приёмную антенну он попадает в усилитель и выводится на
экран в виде «зайчика» — отметки цели.
Ещё в 1886—1889 гг. немецкий физик Г. Р. Герц наблюдал отражение радиоволн от стен и
предметов. Русский учёный А. С. Попов обнаружил в 1897 г. явление «затенения» радиоволн.
Оно заключалось в том, что радиосвязь кораблей нарушалась, если между ними проходило
судно. Немецкий инженер К. Хюльсмайер в 1904 г. подал заявку на способ обнаружения судов
с помощью радиоволн и описал устройство для его осуществления.
В 30-х гг. во многих странах (в СССР, Англии, США, Германии и др.) начались работы по
созданию систем радиолокации. Первые радиолокационные станции (РЛС) для обнаружения
самолётов были установлены на юго-западном побережье Великобритании в 1936 г. В нашей
стране первый локатор построили в 1938 г.
Современные локаторы имеют обычно одну антенну, которая переключается на приём или на
передачу. В режиме поиска цели локатор «обшаривает» (сканирует) лучом пространство в
пределах определённого сектора или описывая полный круг. Для этого антенна РАС
поворачивается вокруг вертикальной оси; если антенна неподвижна, «работает» только луч.
Обнаружив цель, локатор переходит в режим сопровождения цели. Операторы РАС
удерживают «зайчик» на экране в перекрестье, управляя поворотом луча в горизонтальной и
вертикальной плоскостях так, чтобы он всё время «освещал» цель. Координаты цели задаются
датчиками углов поворота антенны (или луча) в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а
расстояние до неё измеряется по времени прихода отражённого сигнала. Данные вводятся в
систему управления зенитной ракетой. У ракеты может быть и собственный локатор; он
включается при подлёте к цели, обеспечивая максимальную точность попадания. Локаторы,
предназначенные для сверхдальнего обнаружения самолётов и ракет, подвижных частей не
имеют. Внешне эти сооружения напоминают египетскую пирамиду или часть плотины
гидроэлектростанции высотой 30—40 м. Передняя наклонная грань устройства покрыта
сотнями тысяч небольших излучателей. На каждый из них сигнал подаётся через управляющую
систему, которая в соответствии с программой может задержать его, изменить амплитуду,
частоту и фазу колебания. В результате суммарный сигнал может стать шире или уже,
излучаться не прямо, а вбок или вверх, сканировать пространство с очень большой скоростью.
Такая система называется «фазированная антенная решётка» (ФАР). Локаторы с ФАР
применяются не только в военных, но и в научных целях.
Локатор
129
Параболическая антенна радиотелескопа
крымской обсерватории под Симеизом.
надводных кораблей на расстоянии до 100 км решили к 1939 г. В ходе Второй мировой войны
новую технику продолжали совершенствовать. В США к аналогичным работам приступили
примерно на год позже, чем в Англии, однако к 1939 г. американская промышленность уже
выпускала более совершенные станции обнаружения. На расстоянии 50 км американские
радиолокаторы засекали положение цели с точностью до 20 м.
Германия, в соответствии с гитлеровской доктриной «молниеносной войны», развивала РЛС,
прежде всего для боевых операций на море, уделяя мало внимания системам ПВО. В
дальнейшем это привело к тяжёлым последствиям: многие немецкие города были разрушены
до основания во время налётов союзной авиации.
К началу Великой Отечественной войны Красная армия располагала РЛС для наземного и
бортового (на самолётах и кораблях) использования. Однако эта техника требовала
дальнейшего совершенствования. Значительный вклад в создание новых, более эффективных
систем радиолокации внесли академики А.И. Берг, Н.Д. Девятков, М.А. Леонтович, А.А.
Расплетин, профессора А.М. Кугушев, С.И. Ребров и др.
В послевоенное время радиолокация продолжала развиваться, появились новые области её
применения. Радиолокаторами, например, стали оснащать аэропорты, пассажирские самолёты
и морские суда, что позволяло им уверенно двигаться в условиях темноты, облачности и
тумана. Без радиолокации немыслима современная метеорология: локаторами можно
обнаруживать разнообразные изменения в атмосфере, а значит, прогнозировать возникновение
циклонов, бурь, смерчей и т. и. Радиолокацию стали использовать и в биологии, получая
важные сведения о движении больших стай птиц и скоплений насекомых.
Широкое развитие получила радиолокационная астрономия — область науки, в которой
радиолокационную технику применяют для изучения космического пространства и планет. В
1946 г. де Витт в США и 3. Бай в Венгрии провели опыты по радиолокационному
исследованию Луны. В 1961 г. российские учёные под руководством академика Владимира
Александровича Котельникова (родился в 1908 г.) впервые использовали радиолокацию для
изучения Венеры. Плотный слой облаков вокруг планеты не позволял с помощью телескопов
выяснить, как выглядит её поверхность, каков период вращения вокруг собственной оси и т. п.
Методами радиолокации установили, например, что поверхность Венеры изобилует кратерами,
на ней есть горы высотой до 10 000 м, а сутки там почти в 59 раз длиннее земных.
Уточнённые карты поверхности Венеры были составлены в 1984 г., после того как на Землю
пришли данные радиолокационных измерений, выполненных с помощью советских
космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16».
Существует научный проект, согласно которому в XXI в. начнёт работать Галактическая
радиолокационная система. Космические корабли, оснащённые совершенными РЛС, смогут
удаляться от Земли на огромные расстояния, а учёные будут получать новую информацию о
космических объектах, находящихся за пределами Солнечной системы.
130
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Как унести в кармане 30 томов Большой советской энциклопедии или весь Энциклопедический
словарь Брокгауза и Ефрона? Как измерить расстояние до Луны с точностью до сантиметра?
Как в долю секунды пробить отверстие в алмазе, сделать операцию на глазном дне и сбить на
лету баллистическую ракету?
Ответ один: это можно сделать при помощи лазера — удивительного изобретения XX столетия.
Лазерная техника ещё очень молода — ей нет и полувека. Однако за это совсем небольшое
время лазер из любопытного лабораторного устройства превратился в средство научного
исследования, в инструмент, применяемый в промышленности. Трудно найти такую область
современной техники, где бы не работали лазеры. Их излучение используется для связи, записи
и чтения информации, для точных измерений; они незаменимы в медицине — хирургии и
терапии. Многие учёные считают, что кардинальные изменения, которые лазер внёс в жизнь
человека, подобны последствиям промышленного применения электричества в конце XIX в.
Огромные возможности лазерной технологии объясняются особыми свойствами лазерного
излучения. Его природу изучает квантовая механика. Именно её законы описывают процессы,
происходящие в лазере, поэтому его называют также оптическим квантовым генератором.
КАК РАБОТАЕТ ЛАЗЕР
Свет — это поток испускаемых атомами особых частиц — фотонов, или квантов
электромагнитного излучения. Их следует представлять себе в виде отрезков волны, а не как
частицы вещества. Каждый фотон несёт строго определённую порцию энергии,
«выброшенную» атомом. Но чтобы атом мог излучать энергию, он должен иметь некоторый её
запас.
Когда энергия атома минимальна, говорят, что он находится на низшем, или стабильном,
энергетическом уровне. Все остальные его уровни называются возбуждёнными. В стабильном
состоянии атом может существовать неограниченно долго, а с возбуждённого уровня стремится
«упасть», отдав энергию. При переходе с высокого уровня на более низкий атом и излучает
фотон.
На любом возбуждённом энергетическом уровне атом находится какое-то время. Потом он
обязательно самопроизвольно возвращается в стабильное состояние, излучив фотон. Но если
этот срок достаточно велик (по атомным масштабам), может сработать другой механизм
излучения. Атом тогда «соскочит» с верхнего уровня на нижний под влиянием пролетающего
мимо фотона. Нужно только, чтобы энергия фотона была равна разности энергий атомных
уровней.
Вызвавший излучение и излучённый фотоны абсолютно идентичны, их частоты равны и фазы
одинаковы. Когда они встретятся с двумя возбуждёнными атомами, фотонов станет 4. Потом 8,
16 и т. д. Возникнет лавина неотличимых друг от друга фотонов,
Установка лазерного сканирования кремниевых пластин для выявления поверхностных
дефектов.
*Баллистическая (от грен, «ба'лло» — «бросаю») ракета после выключения двигателей
совершает полёт по траектории свободно брошенного тела под действием только силы тяжести.
**Лазер — сокращение от англ. Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation -
«усиление света в результате вынужденного излучения».
131
образующих так называемое монохроматическое (одноцветное) когерентное излучение. Это
вынужденное излучение обладает целым рядом интересных свойств.
ТРИ ОСОБЕННОСТИ И ТРИ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО СВЕТА
Во-первых, лазерное излучение имеет очень высокую температуру. Её величина зависит от
мощности излучения и достигает порой миллионов градусов.
Во-вторых, лазер излучает энергию на одной частоте, на одной длине волны. Раньше такое
монохроматическое излучение получали только в диапазоне радиоволн. Свет, испускаемый
даже очень маленьким кусочком раскалённого вещества, всегда состоит из волн самой разной
частоты. По этой причине в оптике никак
не удавалось, например, создать узконаправленные и сфокусированные пучки излучения,
которыми радиоинженеры пользуются уже не один десяток лет.
В-третьих, лазерное излучение очень стабильно. Электромагнитная волна, которую генерирует
лазер, распространяется на многие километры не изменяясь. Её амплитуда, частота и фаза
могут оставаться постоянными очень долго. Это качество называется высокой
пространственной и временной когерентностью.
Все три особенности лазерного излучения нашли применение в самых разных отраслях
техники, при решении различных технологических задач. Для каждого случая можно подобрать
лазер нужного типа и требуемой мощности.
РОЖДЕНИЕ СЕМЕЙСТВА ЛАЗЕРОВ
Как получить когерентное излучение, стало в общих чертах понятно в 1918 г., когда Альберт
Эйнштейн предсказал явление вынужденного излучения. Если создать среду, в которой атомы
находятся в возбуждённом состоянии, и «запустить» в неё слабый поток когерентных фотонов,
то его интенсивность станет расти. Оставалась «самая малость»: придумать, как такую среду
«сделать». На это ушло более 30 лет.
В начале 50-х гг. российские исследователи Николай Геннадьевич Басов (родился в 1922 г.),
Александр Михайлович Прохоров (родился в 1916 г.) и независимо от них американский физик
Чарлз Хард Таунс (родился в 1915 г.) создали усилитель радиоволн высокой частоты на
молекулах аммиака.
Нужные для работы возбуждённые молекулы отбирало из потока газа электрическое поле
сложной конфигурации. Новорождённое устройство получило название «мазер».
В I960 г. американский физик Теодор Гарольд Мейман сконструировал первый квантовый
генератор оптиче-
Макет мазера. 1954 г. Политехнический музей. Москва.
*Если разность фаз двух колебаний постоянна, такие колебания называются когерентными (от
лат. cohaerens — «находящийся в связи»),
**Аммиак — газообразное вещество, состоящее из атома азота и трёх атомов водорода (NH3).
***Мазер — сокращение от англ. Microwave .Amplication by Stimulated Emission of Radiation —
«усиление микроволн в результате вынужденного излучения».
132
ского диапазона — лазер. Усиление света происходило в кристалле рубина — прозрачной
разновидности окиси алюминия с небольшой примесью хрома (на этот материал указали тремя
годами раньше Н. Г. Басов и А.М. Прохоров). В лазере использовался охлаждаемый жидким
азотом рубиновый стержень длиной около 4 см и диаметром 5 мм. Посеребрённые торцы
стержня служили зеркалами, одно из которых было полупрозрачным. Энергию в кристалл
«накачивала» мощная импульсная лампа. Поток фотонов высокой энергии переводил атомы
хрома в возбуждённое состояние. На одном из высокоэнергетических уровней атомы
задерживаются в среднем на 0,003 с — время по атомным масштабам огромное. За этот период
часть атомов успевает самопроизвольно излучить фотоны. Их поток, многократно пробегая
между зеркалами, заставляет все возбуждённые атомы излучать кванты света. В результате
рождается световая вспышка — лазерный импульс мощностью в десятки тысяч ватт. Сегодня
лазерные стержни изготовляют из различных материалов, но чаще всего из рубина, граната и
стекла с примесью редкого металла — неодима. Некоторые твердотельные лазеры (например,
на гранате) генерируют сотни и тысячи импульсов в секунду.
В том же, I960 г. американские физики А. Джаван, В. Беннет и Д. Эрриот создали газовый
лазер, работающий на смеси гелия и неона. Этот лазер излучал красный свет уже не
импульсами, а непрерывно. Смесь газов оказалась настолько хорошо подобранной, что
гелиево-неоновые лазеры до сих пор остаются самыми распространёнными источниками
когерентного света, хотя излучения удалось добиться и от множества других газов и паров.
Энергию в газовую смесь «накачивает» тлеющий электрический разряд. Цвет луча зависит от
состава газа или пара, на котором лазер работает. Аргон, например, даёт синий свет, криптон —
жёлтый, ксенон и пары меди — зелёный, углекислый газ и пары воды — невидимые тепловые
(инфракрасные) лучи.
Принципиальная схема рубинового лазера.
1 — рубиноный стержень: 2 — поджигающий электрод; ) — импульсная лампа;
4 — излучение.
К семейству газовых лазеров можно отнести и квантовые генераторы, в которых возбуждённые
молекулы не «готовятся» заранее, а появляются непосредственно в момент излучения. Это так
называемые газодинамические и химические лазеры, развивающие колоссальную мощность —
в сотни киловатт и даже десятки мегаватт — в непрерывном режиме. Однако они
Лазер Л-1. 1963 г. Политехнический музей. Москва.
* Газовая динамика — наука о процессах в потоках газа, движущихся со сверхзвуковой
скоростью.
133
очень сложны, громоздки и выглядят скорее как небольшой завод, а не как оптическое
устройство.
Газодинамический лазер напоминает реактивный двигатель. Молекулы сильно нагретого газа,
вылетающие из него, отдают энергию в виде светового излучения. В химическом лазере
возбуждённые молекулы возникают в результате химической реакции. Самая «энергичная» из
них — соединение атомарного фтора с водородом.
Непрерывное излучение дают и жидкостные лазеры. Рабочим веществом для них служат,
например, растворы солей неодима и соединений анилина. Поскольку соединения анилина
используются для окраски тканей, генераторы на их основе называют лазерами на красителях.
Для более стабильной работы лазера жидкость можно пропускать через холодильник.
Самые миниатюрные лазеры — полупроводниковые: в спичечный коробок их можно
поместить несколько десятков, а объём вещества, в котором происходит вынужденное
излучение, не превышает тысячных долей кубического миллиметра. Энергию в полупроводник
«накачивает» электрический ток. Больше половины его «превращается» в свет, т. е.
коэффициент полезного действия этих лазеров может достигать более чем 50%.
СВЕТ, МЕТАЛЛ И АЛМАЗ
Мощные лазеры (газодинамические и газовые) оказались незаменимыми при термической
обработке металлов. Лазерный луч в доли секунды нагревает тонкий верхний слой, например,
изделия из стали. При охлаждении оно как бы одевается в твёрдую закалённую «скорлупу»,
устойчивую к износу; сердцевина же остаётся вязкой и упругой. То есть сильно повышается
прочность изделия, его стойкость к ударам и истиранию. Поэтому лазерной закалке подвергают
детали, испытывающие высокие нагрузки, — оси железнодорожных колёс, зубья шестерёнок,
распределительные валы двигателей внутреннего сгорания.
Сфокусированным лазерным лучом режут толстую листовую сталь, раскраивают ткани на
текстильных фабриках. Разрез получается очень тонким. А потому выкройки деталей можно
размещать на полотне более плотно и тем самым экономить материал. Световым лучом
сваривают детали, причём из материалов, не поддающихся сварке другими способами, —
например, из металла и керамики или стекла.
Лазерным лучом сверлят, точнее, мгновенно пробивают отверстия любой формы в самых
прочных материалах. Всем известна, например, лампочка накаливания. Главная её деталь —
тонкая вольфрамовая проволока, свёрнутая в спираль. Изготовляют её способом волочения:
протаскивают заготовку через фильеры (от фр. filie're, от fil — «волокно», «нить») —
сужающиеся отверстия. Вольфрам — металл очень твёрдый, поэтому фильеры сверлят в
алмазе. Операция эта сложная, длительная и дорогая: алмаз сверлят только алмазом, и
обработке он поддаётся очень медленно. Лазерная вспышка пробивает в минерале отверстие за
считанные секунды. А излучение фокусируют так, что фильера сразу получается нужной
формы и диаметра.
Интересно, что лазерным излучением алмаз можно не только «испортить», пробив в нём дырку,
но и улучшить. Посторонние включения
Лазерные станки для шлифовки дорожки качения в кольцах
сверхмалых подшипников.
134
внутри крупного ювелирного камня не позволяют огранить последний в дорогой бриллиант,
поскольку нарушают его «игру». Чтобы убрать дефекты, алмаз раньше распиливали на части.
Сегодня лазерным лучом, сфокусированным в тонкую нить, включения выжигают и испаряют
через пробитый микроскопический канал. После такой «косметической операции» отверстие
заполняют прозрачным пластиком, и оно становится совершенно незаметным.
В хороших механических часах стоят детали, изготовить которые без лазерной технологии
очень нелегко. Это так называемые часовые камни — подшипники, на которые опираются оси
шестерёнок. В каждом часовом механизме камней (миниатюрных шайбочек из синтетического
корунда) не меньше десятка. Корунд по твёрдости почти не уступает алмазу, но лазерный
станок пробивает в нём отверстие заданной формы меньше чем за секунду.
ИГЛА И СКАЛЬПЕЛЬ
Незаменим лазер и в хирургии. Световой луч, разрезая кровеносные сосуды, одновременно
«заваривает» их, останавливая кровотечение. Разрез получается тонкий и чистый, лазер
травмирует живую ткань гораздо меньше, чем скальпель, причём снижается опасность
инфицирования раны. Более того, с помощью лазерного луча проводят операции, которые
невозможно сделать другим инструментом. В первую очередь это операции на глазах.
Лазерный «скальпель» — световой луч, сфокусированный на сетчатке (тонком слое
светочувствительных клеток, выстилающих изнутри глазное дно), вводят в глаз прямо через
зрачок. Меняя длительность импульса и его энергию, аккуратно «приваривают» отслоившуюся
сетчатку или отрезают больные сосуды, не давая им разрастаться. Цвет излучения играет
существенную роль в лазерной хирургии. Например, кровь пропускает красный свет, а
поглощает синий
Лазерный перфоратор «Эрмед-303»
для бесконтактного взятия проб крови.
и зелёный. Поэтому рубиновый или гелиево-неоновый лазер для «заваривания» сосудов не
годится. Зато синий луч аргонового лазера мгновенно вызовет свёртывание крови, и её сгусток
«запечатает» сосуд. Но красный луч можно пропустить сквозь сеть капилляров, сфокусировать
на опухоли и разрушить её. Кровеносные сосуды останутся неповреждёнными.
Демонстрация российского лазерного скальпеля «Ланцет-1».
*Корунд — прозрачная разновидность окиси алюминия.
135
Первый отечественный лазерный аппарат «Мелаз-СТ», применяющийся в стоматологии.
На теле человека имеется множество точек, раздражая которые стимулируют или «тормозят»
работу внутренних органов. Раньше на эти точки воздействовали, вводя в них тонкие иглы. А
сегодня с той же целью применяют лазерное излучение.
Когерентный свет сильно влияет на живые организмы. Например, обработка семян лазерным
излучением повышает их всхожесть. Растения лучше растут и развиваются, более устойчивы к
болезням, легче переносят похолодания и засуху.
Даже слабый когерентный свет, по-видимому, способен вызывать мутации (от лат. mutatio —
«изменение», «перемена») — стойкие и не всегда благоприятные для организма изменения
наследственности. Поэтому даже маломощные лазеры снабжают табличками: «Осторожно!
Лазерное излучение!».
ЛУЧ, КОТОРЫЙ СВЯЗАЛ КОНТИНЕНТЫ
Когерентное излучение в диапазоне радиоволн научились получать более 100 лет назад.
Довольно быстро установили: чем короче длина волны передатчика, тем больше станций может
работать одновременно, не мешая друг другу. Уже освоены диапазоны дециметровых и
сантиметровых волн, но в эфире всё равно «очень тесно».
Свет — тоже электромагнитное излучение, как и радиоволны, но с длиной волны в
стотысячные доли сантиметра. Поэтому световая связь оказывается в сотни тысяч раз
«плотнее»: такие каналы занимают лишь малые участки диапазона. И как только появился
источник когерентного света — непрерывный луч лазера, его тут же постарались приспособить
для телефонной связи.
Первую оптическую линию связи в нашей стране «проложили» между Ленинским районом
Москвы и подмосковным городом Красногорском. Лазер стоял на одной из башен Московского
государственного университета на Ленинских (Воробьёвых) горах — в то время самой высокой
точке в столице. Связь была не очень надёжной: она работала исправно только в хорошую
погоду. Снегопад, дождь и туман «гасили» луч. Поэтому сегодня везде, где можно, оптическую
связь ведут не по открытому лучу, а по световодам — тонким стеклянным нитям, собранным в
жгуты.
Световой луч, попадая в световод через его торец, распространяется по стеклянному волокну,
не выходя наружу. По световоду, как угодно изогнутому и даже свёрнутому, луч послушно
следует, не теряя яркости до самого конца волокна. В наши дни оптические волокна
объединили весь мир. По дну океанов проложены оптические кабели из стекла более
прозрачного, чем самый чистый воздух. В ближайшем будущем на оптоволоконную связь
полностью перейдёт Москва. Новая сеть обеспечит бесперебойную телефонную и факсимилъ-
*Факсимильная (от лат. fac simile — «сделай подобное») связь (фототелеграфическая связь) —
электрический способ передачи графической информации (неподвижного изображения текста
или чертежей, фотографий и т. и.).
136
ную связь по многим каналам одновременно через один кабель, соединит персональные
компьютеры линиями электронной почты, позволит всем желающим войти в Интернет. Места в
сети хватит и дозвониться можно будет куда и когда угодно.
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ В КАРМАНЕ
Современные компьютеры записывают информацию на магнитных дисках и дискетах.
Стандартная дискета диаметром 3,5 дюйма (8,89 см) вмещает 700 страниц машинописного
текста — целую книгу. Немало, конечно, но и такого объёма памяти часто не хватает. А потому
в компьютерной технике одновременно используется лазерный способ записи информации —
си-ди-ро'м (CD-ROM). Лазерный луч, сфокусированный в точку, оставляет на поверхности
диска микроскопические метки, которые считывает оптическая система компьютера. Лазерный
диск переливается всеми цветами радуги: свет, по-разному отражаясь от чистой поверхности
диска и от меток на нём, разлагается в спектр. На лазерном диске диаметром 5 дюймов (12,7
см) можно поместить текст 30 томов Большой советской энциклопедии и всех её ежегодников!
Но это не предел: уже появились диски, ёмкость которых раз в десять выше. Один такой диск
способен заменить библиотеку, состоящую из нескольких тысяч книг. Лазерные диски
универсальны: на них записывают музыку, репродукции картин и даже кинофильмы.
Современный компьютер считывает оптический сигнал с лазерного диска и превращает его в
электрические импульсы. В недалёком будущем электронно-вычислительная техника, видимо,
целиком перейдёт на оптический способ записи и передачи информации. (Как тогда будут
называться ЭВМ? Наверное, ОВМ.) Вместо проводов в них будут оптические волокна, вместо
микросхем и электронных приборов — миниатюрные полупроводниковые лазеры. Благодаря
оптической технике уменьшатся размеры и повысится быстродействие аппаратуры. Будут
созданы и карманные компьютеры с фантастическим объёмом памяти.
ЛИНЕЙКА ДЛИНОЙ
400 ТЫСЯЧ КИЛОМЕТРОВ
Луч в световоде можно буквально завязать в узел. В воздухе же он распространяется строго по
прямой и служит идеальной линейкой для измерения больших расстояний. Лазерные
теодолиты применяются на больших стройках, при составлении топографических карт и
планов, при прокладке дорог. Аналогичным устройством можно определять расстояния с
точностью до нескольких миллиметров. Но, видимо, непревзойдённым рекордом до сих пор
остаётся измерение расстояния от Земли до Луны с точностью до нескольких
Испытания сверхточного лазерного интерферометра
для контроля формы оптической поверхности.
*Теодолит — инструмент для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов.
С помощью теодолита и линейки измеряют и расстояния.
**Топографические (от греч. «то'пос» — «место» и «гра'фо» — «пишу») карты — подробные,
единые по содержанию и оформлению географические карты, отображающие основные
природные и социально-экономические объекты (рельеф, растительность, населённые пункты,
дороги, хозяйственные объекты и т. п.).
137
сантиметров, а это около 400 тыс. километров! Лазерный импульс, пропущенный через оптику
телескопа, отразился от системы призм, установленных на «Луноходе-2», и вновь вернулся в
исходную точку. С ещё большей точностью лазерные системы следят за изменением
расстояний между земными материками. Континенты «ползут», увлекаемые течением
расплавленных недр планеты. Их движение вызывает извержение вулканов и землетрясения,
прогнозировать которые и позволяет лазерная техника.
ЛУЧ — ОРУЖИЕ
Уникальные свойства лазера сразу же привлекли внимание военных. Мощный световой луч
можно использовать как оружие невиданной дальности и точности поражения. Есть у него
лишь один, правда существенный, недостаток: в земной атмосфере свет сильно поглощается
пылью, дымом и туманом. Поэтому особенно заманчивыми были перспективы применения
боевых лазеров в космическом пространстве для уничтожения баллистических ракет и их
боеголовок.
Мощный лазерный луч способен поражать космические цели, удалённые на тысячи
километров. Свет преодолевает это расстояние за сотые доли секунды, и никакая автоматика не
успевает среагировать на выстрел, вывести ракету из-под удара. Поскольку свет
распространяется по прямой, для наведения лазерного оружия на цель не требуется сложных
расчётов. Однако, чтобы разрушить корпус ракеты или систему её управления, требуется
мощность излучения в десятки миллионов ватт. Её, по мнению исследователей, могут
обеспечить химические, газовые и рентгеновские лазеры.
Химические лазеры, работающие на фтористом водороде, сравнительно невелики; их могут
нести боевые спутники. Мощность непрерывного излучения таких лазеров достигает
миллионов ватт, но для надёжного поражения цели этого явно мало. А потому планировалось
использовать лучи сразу нескольких лазеров, управляемых быстродействующей системой
наведения.
Гораздо более мощное излучение дают лазеры, в которых используют соединения инертных
газов — фтористый аргон, фтористый и хлористый ксенон и некоторые другие. Эти лазеры
«выстреливают» импульсы когерентного света в ультрафиолетовом диапазоне. Возбуждают
газовую смесь высоковольтным электрическим разрядом, пучком нейтронов из ядерного
реактора или небольшим атомным взрывом. Лазер с подобной системой «накачки» вывести в
космос нельзя. Его пришлось бы строить на Земле, а лазерный луч направлять на цель при
помощи системы спутников с наводящими и фокусирующими зеркалами.
В начале 80-х гг. был испытан рентгеновский лазер с «накачкой» от ядерного взрыва.
Сообщалось, что при длительности импульса 10'9 с его энергия составила около 100 тыс.
джоулей. Это соответствует мощности импульса 1014 Вт, или 100 ТВт. Рентгеновский лазер
сравнительно лёгок и компактен, и его можно вывести на орбиту спутника.
Рабочее вещество рентгеновского лазера — длинные цинковые стержни диаметром в доли
миллиметра, размещённые вокруг ядерного заря-
Настройка сверхмощного лазера. Институт лазерной физики Сибирского отделения
Российской академии наук. Новосибирск. 1998 г.
*«Луноход-2» — автоматический, управляемый с Земли самоходный аппарат, запущенный в
Советском Союзе в 1975 г. на Луну для работы и передвижения по спутнику нашей планеты.
**Нейтрон (от лат. neuter — «ни тот ни другой») — нейтральная элементарная частица.
***ТВт — тераватт. Тера... (от греч. «те'рас» — «чудовище») — приставка для образования
наименований величин, кратных 1012. 1 ТВт = 1012 Вт.
138
да. При его взрыве цинк мгновенно испаряется и превращается в горячую, сильно
возбуждённую плазму.
Всё происходит настолько быстро, что импульс вынужденного рентгеновского излучения
возникает, когда плазменный жгут успевает «распухнуть» только до 1,5 мм. В следующее
мгновение спутник, выполнивший свою задачу, погибает в пламени взрыва.
Весь этот комплекс лазерного и другого оружия, размещённого на Земле и в космосе,
разрабатывался, чтобы обезопасить страну от внезапного нападения. Однако шли годы, были
подписаны договоры о сокращении стратегических вооружений. Стало ясно, что никто никого
забрасывать ядерными зарядами не собирается. Огромная и невероятно дорогая система
противоракетной лазерной обороны оказалась ненужной.
ЧТО БУДЕТ ДАЛЬШЕ?
Много лет назад, когда только-только появились первые лазеры, собранные исследователями в
своих лабораториях, было трудно предугадать, где и как эти приборы станут применяться.
Очевидным являлось одно: лазеру уготовано большое будущее, это целая техническая эпоха.
Сегодня без преувеличения можно считать, что мы живём именно в эпоху лазера. И по-
прежнему трудно предугадать, чем станет лазерная техника в XXI столетии.
ПИОНЕРЫ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
«Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели... Человечество не останется
вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы
атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство». Эти слова принадлежат
великому мечтателю и замечательному русскому учёному Константину Эдуардовичу
Циолковскому (1857—1935). Он никогда не строил и не запускал ракет, но его
фундаментальный вклад в создание науки о полётах в космос признан во всём мире.
В 1895 г. Циолковский опубликовал книгу «Грёзы о Земле и небе и эффекты всемирного
тяготения», в которой утверждал, что можно создать искусственный спутник. «Воображаемый
спутник Земли, — писал учёный, — вроде Луны, но произвольно близкий к нашей планете,
лишь вне пределов её атмосферы, значит, — вёрст за 300 от земной поверхности, —
представит, при очень малой массе, пример среды, свободной от тяжести».
Циолковский предложил использовать в ракетах жидкое топливо, более выгодное по
сравнению с твёрдым; разработал теорию многоступенчатых ракет, или «ракетных поездов», в
которых отработавшие ракетные ступени отбрасываются во время полёта.
Константин Эдуардович Циолковский. Фотография. 30-е гг. XX в.
*Плазма — ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных
зарядов равны.
139
Фридрих Артурович Цандер. Сергей Павлович Королёв.
Именно Циолковский научно обосновал возможность орбитальных полётов и создания
искусственных космических станций, сформулировал принципы функционирования систем
жизнеобеспечения межпланетного корабля. Многие идеи и проекты учёного воплотились в
жизнь, стали реалиями XX столетия.
Ракета, в отличие от самолёта, может летать за пределами земной атмосферы: для движения ей
не нужен воздух. В соответствии с третьим законом Ньютона ракета будет перемещаться в
сторону, противоположную направлению истечения газов, и в космическом пространстве.
Впервые доказал это на практике американский профессор Роберт Годдард (1882—1945). В
1912 г. он провёл любопытный опыт: поместил ракету в большой стеклянный сосуд, из
которого затем был выкачан воздух. Через 14 лет, 16 марта 1926 г., в американском городе
Обурн Годдард осуществил успешный запуск первой в мире ракеты с жидкостным ракетным
двигателем (ЖРД). Ракета поднялась на высоту 12,5 м, пролетев 56 м за 2,5 с.
Исследования Р. Годдарда натолкнули немецкого изобретателя Макса Валье (1895—1930) на
мысль использовать ракетный двигатель в качестве автомобильного. Двигатель, топливом для
которого служила смесь этилового спирта и жидкого кислорода, вмонтировали в автомобиль
марки «Рак-7». Испытания прошли в апреле 1930 г. на аэродроме Темпельхоф в Берлине.
Машина двигалась с большим шумом, оставляя за собой шлейф пепельно-красного дыма —
продукт неполного сгорания топлива. Опыты с автомобилем-ракетой закончились трагически.
В мае 1930 г. во время испытательного пробега двигатель взорвался, а сидевший за рулём
Валье погиб.
Работы в области ракетной техники велись и в СССР. В 1931 г. в Москве начала действовать
Группа изучения реактивного движения (ГИРД). Она объединила энтузиастов, ставших
впоследствии ведущими конструкторами страны. В частности, у истоков ГИРДа стояли
Фридрих Артурович Цандер (1887—1933) и Сергей Павлович Королёв (1906 или 1907— 1966).
С момента основания Группа установила тесную связь с К. Э. Циолковским, оказавшим
большое влияние на её деятельность.
Ф. А. Цандер занимался теорией реактивного движения, построил жидкостные ракетные
двигатели ОР-1 и ОР-2. Через несколько лет усовершенствованный ОР-2 поставили на
баллистическую и крылатую ракеты. Преждевременная смерть помешала учёному осуществить
задуманные проекты, тем не менее, его вклад в разработку элементов будущих ракетных
систем весьма существен.
В Ленинграде подобные исследования проводились в Газодинамической лаборатории (ГДЛ). В
1929 г. заведующий отделением ГДЛ Валентин Петрович Глушко (1908—1989) изобрёл первый
в мире электротермический ракетный двигатель, реактивную тягу в котором создавала струя
газа, нагретого до высокой температуры электрическим током. Однако такой двигатель не мог
вывести космический аппарат за пределы атмосферы, поэтому дальнейшие усилия группа под
руководством Глушко сосредоточила на проектах ЖРД. В 1931 г. появился жидкостный
ракетный двигатель ОРМ-1, работавший на смеси горючего (бензина или толуола) с
окислителем (четырёхокисью азота), а в 1933 г. — усовершенствованный двигатель
жидкостного типа ОРМ-52. Его можно было установить не только на ракете, но также на
истребителе И-4 (как дополнительный мотор) и на морской торпеде.
Развитию ракетостроения в Германии способствовали исследования профессора физики и
математики Германа Оберта (1894—1989). Он обосновал возможность применения ракет в
верхних слоях атмосферы, предложил использовать в двигателях различные топливные
комбинации. Идеи Оберта заинтересовали многих учёных, и в 1927 г. группа энтузиастов
основала в Германии Общество межпланетных сообщений. В 1930 г. под руководством Г.
Оберта был создан
140
ракетный двигатель «Кегельдюзе», работавший на бензине и жидком кислороде, и построена
ракета «Мирак» с этим двигателем. Испытания на берлинском полигоне Рейникендорф
показали, что конструкция двигателя взрывоопасна и требует дальнейшей доработки. Тогда
Оберт с помощниками построил новую, более надёжную ракету «Репульсор». Она поднималась
на высоту порядка 1500 м.
В начале 30-х гг. деятельность энтузиастов перестала получать поддержку. Во-первых, в это
время Германия переживала экономический кризис, а во-вторых, опыты с ракетами вызывали
протесты жителей кварталов, прилегавших к полигону. В 1934 г. Общество межпланетных
сообщений прекратило существование, но его разработками заинтересовались военные.
В 1933 г. при Управлении вооружений было организовано специальное подразделение по
ракетной технике. Его сотрудник Вернер фон Браун (1912—1977) стал впоследствии ведущим
конструктором Германии, а с 1945 г. — США. В 1934 г. на острове Беркум в Северном море
под руководством фон Брауна проводились испытания ракет А-2, летавших на смеси жидкого
кислорода и спирта; они достигали высоты 1500—2000 м.
Очень скоро все работы над ракетами с ЖРД были засекречены, и начались целенаправленные
исследования в интересах армии. На Балтийском побережье Германии, в местечке Пенемюнде,
в 1937 г. построили крупный ракетный исследовательский центр.
По заданию Управления вооружений группа фон Брауна в 1942 г. создала крупную ракету А-4,
известную во всём мире как V-2 («Фау-2»), Ракета была способна доставлять боевую головку
массой 1 т на расстояние до 275 км. В сентябре 1944 г. гитлеровские войска применили «Фау-
2» для массированной бомбардировки Лондона. «Оружие возмездия», как называли ракету
немецкие военные, не смогло спасти фашистскую Германию от поражения во Второй мировой
войне. Профессор фон Браун переехал в США, где продолжил свои исследования.
Выдающийся конструктор и учёный С. П. Королёв стал в СССР ведущим специалистом в
области ракетной техники ещё до Второй мировой войны. 17 августа 1933 г. под его
руководством в районе подмосковного посёлка Нахабино была успешно запущена ракета
ГИРД-09, работавшая на смеси жидкого кислорода и отверждённого бензина. Этот аппарат
достиг высоты около 400 м. Спустя три года Королёв спроектировал ракетопланёр,
поднимавшийся в воздух с помощью самолёта-буксировщика. Первый полёт состоялся 28
февраля 1940 г.; включение ЖРД производилось на высоте 2600 м.
Менее чем через два десятилетия, 4 октября 1957 г., с помощью межконтинентальной
баллистической ракеты Р-7, разработанной конструкторским бюро С. П. Королёва, был
осуществлён запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Так была открыта
космическая эра в истории человечества.
Вернер фон Браун.
Модель ракеты ГИРД-09. Макет. Политехнический музей. Москва.
141
ТЕХНИКА И НАУКА
ЧТО ТАКОЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ НАУКИ
У замечательной русской писательницы Тэффи есть рассказ «Лень», в котором абсолютно
серьёзно доказывается, что технику всегда изобретали те, кто не хотел работать. «Когда был
придуман паровой двигатель, это был светлый праздник лентяев всех стран... Когда изобрели
электрические двигатели, лентяи устроили вокруг них целую вакханалию... Лень овладела всем
земным шаром. Затянули землю рельсами (лень ходить), телеграфными проводами (лень
писать), наставили антенны для беспроволочного телеграфа (лень проволоку тянуть)... Именно
она движет человечество по пути прогресса».
В этой шутке есть доля истины. Действительно, технику человек создаёт, чтобы легче было
жить и работать, чтобы оставалось больше сил и свободного времени. Но лентяй ничего
путного изобрести не сможет. Пожелай он сконструировать какое-то надёжное и эффективное
устройство — и окажется, что нужно знать механику, теорию машин и механизмов,
сопротивление материалов и множество других вещей, относящихся к области так называемых
прикладных наук. Науки эти возникают и развиваются по велению времени, когда в них
возникает нужда, — например, в промышленности.
Совершенствовать паровую машину нельзя было без исследований в об-
«Лень — двигатель прогресса». Английская гравюра. 1880 г.
142
ласти термодинамики, кинетической теории газов, теории горения и др. С появлением источников
тока начали бурно развиваться теории электричества и магнетизма. Вслед за ними возникла
совершенно новая наука — электродинамика, без которой невозможны радиосвязь и телевидение.
Но прежде чем стать прикладными разделами науки, все эти области физики сначала были
предметом «бескорыстных» исследований, практической пользы не имевших. Требовалось их
основательно изучить, понять. Не всегда учёный приступает к работе из-за практической
необходимости. Если исследования могут привести к новым открытиям, тогда главный интерес
представляют не технические задачи, а общие вопросы, причины
СТЕПАН ТИМОШЕНКО
Разработка сложных машин и механизмов невозможна без прикладной механики — науки,
использующей для решения технических задач достижения математики и теоретической механики.
Один из главных разделов прикладной механики — теория деформаций и сопротивления
материалов, объясняющая процессы, которые происходят в деталях технических конструкций при
их работе. Значительный вклад в развитие теории сопротивления материалов внесли русские
учёные и инженеры М.В. Остроградский, Д.И. Журавский, В.Л. Кирпичёв, А.Н. Крылов и др.
К этой группе замечательных учёных принадлежал и Степан Прокофьевич Тимошенко (1878—
1972). В 1901 г. он окончил Петербургский институт инженеров путей сообщения, славившийся
своими традициями и преподавательским составом. Незаурядные способности учёного Тимошенко
проявил рано и в 28 лет стал профессором. Одновременно с чтением лекций в институте он
работал над книгами по теории упругости и статике инженерных сооружений.
Оставшись после Октябрьской революции 1917 г. без работы и средств к существованию, учёный в
1920 г. покинул Россию. В течение трёх лет он преподавал в Загребском политехническом
институте. Аля этого ему пришлось выучить хорватский язык. После долгих раздумий С. П.
Тимошенко принял решение переехать в США. В Америке в начале XX в. наука была развита
значительно слабее, чем в Европе; этим и объясняются сомнения учёного. «Здесь инженерной
наукой никто не интересовался, — вспоминал позже Тимошенко, — и я чувствовал, что придётся
жить в научном одиночестве. Оставаясь в Европе, я был бы ближе к научным центрам. Но
материальная сторона дела в Америке была несравненно лучше».
Некоторое время С. П. Тимошенко работал в американской компании «Вестингауз», но затем стал
отдавать всё своё время преподавательской деятельности и теоретическим исследованиям.
С 1924 г. учёный читал циклы лекций по теории упругости и сопротивлению материалов для
выпускников американских высших учебных заведений, желавших получить
более глубокие знания в данной области. В 1927 г. Тимошенко пригласили на должность
профессора Мичиганского университета в город Анн-Арбор. При университете действовала летняя
школа механики для докторантов и дипломированных специалистов. Учёный стал преподавать в
ней. Многие приезжали в Анн-Арбор специально, чтобы подготовить под руководством русского
профессора докторскую диссертацию. Тысячи инженеров, учёных и студентов постигали науку о
сопротивлении материалов по книгам Тимошенко «Прикладная теория упругости», «Вибрации в
машиностроении» и др. В 1935 г. Учёный организовал школу прикладной механики при
Станфордском университете в Пало-Алто. В этом городе он прожил 18 лет.
В 1958 г., после почти 40-летней разлуки, Тимошенко приехал в Россию повидать места, где
прошла его молодость и начиналась научная деятельность. Учёный посетил Москву, Ленинград,
Киев. Узнав, что в России большим тиражом издаются его книги, Тимошенко предложил на
положенные гонорары учредить премию для российских учёных — за лучшую работу по
строительной механике.
В США с 1958 г. присуждается премия имени Степана Тимошенко за лучшую работу по
прикладной механике. Здесь его даже называют отцом американской прикладной механики, что
свидетельствует о высокой оценке заслуг русского учёного. Умер С. П. Тимошенко 29 мая 1972 г.
в западногерманском городе Вупперталь.
Степан Прокофьевич Тимошенко.
*Кинетическая (от греч. «кинетико'с» — «приводящий в движение») теория газов объясняет
явления переноса энергии, массы и т. д. на основании законов движения и взаимодействия
молекул.
143
Российский радиотелескоп РТ-70.
событий, основы явлений природы. Учёный ищет связи, объединяющие разрозненные факты.
Цель его деятельности — поиск научной истины, новых знаний о фундаментальных законах
природы. Именно поэтому науки такого рода называют фундаментальными, т. е.
основополагающими. А научные знания, позволяющие использовать в технике достижения
фундаментальной науки, называют прикладными.
Конечно, деление единой науки на прикладную и фундаментальную весьма условно, граница
между ними размыта. Ведущие промышленные компании мира имеют научно-
исследовательские лаборатории для изучения фундаментальных проблем, а чисто научные
институты многие свои разработки передают непосредственно в производство, для
прикладного применения.
И всё-таки, несмотря на это, вот уже более ста лет «полезной» прикладной науке
противопоставляют фундаментальную «науку для науки». Время от времени встаёт вопрос:
зачем тратить деньги (действительно огромные) на исследование структуры материи, изучение
планет и дальнего космоса, когда у человечества столько насущных нужд? Давайте добьёмся
изобилия и всеобщего благоденствия на Земле, уничтожим нищету, голод, болезни, а уж тогда
займёмся фундаментальными исследованиями — физикой звёзд и элементарных частиц.
Если бы так рассуждали наши далёкие предки, человечество до сих пор, пожалуй, так и не
вышло бы из пещер. Первобытные люди открывали для себя мир и его законы отнюдь не
всегда в поисках сиюминутной пользы. Гораздо чаще ими двигала любознательность: а что там,
за горами, за рекой? Что будет, если принести в пещеру горящую ветку, положить в костёр этот
блестящий камень или кусок глины? Опыты приводили к открытиям, которые для своего
времени были порой фундаментальными: Человек всегда стремился к неведомому и познавал
законы природы всеми доступными ему средствами. Но самое главное — прикладные науки,
применяющие фундаментальные знания о природе для решения технических задач, не могут
успешно развиваться в отрыве от фундаментальных наук.
В XVIII в. электрические явления воспринимались как некий курьёз, развлечение. Иначе
говоря, знания об электричестве не имели прикладного значения. И трудно себе представить,
каким стал бы наш мир сегодня, если бы от исследований электричества тогда отказались за
бесполезностью. В 1900 г. родилась квантовая механика. Она казалась наукой абсолютно
умозрительной и совершенно непонятной — даже большинству физиков. Более того, её
упрекали в идеализме, «ненаучности» и прочих грехах. Но уже через полвека появились
лазеры, работающие на принципах квантовой механики. А к чему приведут современные
фундаментальные исследования спустя десятилетия, не знает никто.
«Наука есть лучший современный способ удовлетворения любопытства отдельных лиц за счёт
государства» — так определил много лет назад род своих занятий известный физик, академик
Лев Андреевич Арцимович, славившийся остроумием. Не нужно принимать его слова всерьёз.
Именно любопытство, вернее, любознательность, любовь к знанию, а отнюдь не лень —
настоящий двигатель прогресса. Фундаментальные и прикладные науки — единое целое, как
дерево с мощным стволом и растущими на нём ветвями с листьями и плодами.
144
ТЕХНИКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИИ
Микроскоп, изобретённый в 1673 г. голландским натуралистом Антони ван Левенгуком,
совершил настоящую революцию в науке. Благодаря этому прибору стало возможным
изучение структур столь малых, что невооружённым глазом разглядеть их нельзя. Первые
микроскопы давали увеличение в сотни раз, позволяя увидеть «конструкцию» древесины,
металлов, строение живой клетки. Позже появились более сложные и совершенные приборы,
но принцип работы со времён Левенгука практически не изменился.
Любой оптический микроскоп использует световые волны и состоит из трёх основных
элементов: объектива, окуляра и конденсора.
Конденсор (от лат. condenso — «сгущаю», «уплотняю») концентрирует световой поток, и тот
ярко освещает объект исследования. Первое увеличенное изображение создаётся объективом, а
второе — окуляром (от лат. ocularis — «глазной»). Полное увеличение оптического
микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра и достигает 3 тыс. раз.
Увидеть в такой прибор можно частицу размером около 0,4 микрометра (0,0004 мм). Этот
предел называется разрешающей способностью', объекты меньшего размера световые волны
«не замечают».
Световой микроскоп позволяет изучать только поверхность непрозрачных веществ, а их
внутреннее строение остаётся скрытым от глаз. В XX столетии были созданы приборы,
которые сумели «заглянуть» внутрь вещества. Рентгеновские лучи принесли сведения о том,
как расположены в кристаллах атомы. Исследование спектров излучения (набор
электромагнитных волн, испускаемых нагретым веществом) дало возможность не только
узнать состав давно известных соединений, но и открыть новые элементы. Когда выяснилось,
что атом не есть «неделимая» (так переводится с греческого языка это слово) частица материи,
начали строить новые физические приборы для изучения структуры атома — ускорители
заряженных частиц.
Сегодня научно-исследовательские лаборатории располагают разнообразной техникой для
исследования свойств материи. Это осциллографы,
145
Лаборатория Российского научного центра «Курчатовский институт». Москва.
Джозеф Томсон.
которые служат для записи сложных электрических сигналов; генераторы, вырабатывающие
импульсы или непрерывные колебания разных частот, установки для химического анализа и
многие другие сложные приборы. Написать здесь обо всей подобной технике невозможно: одно
только её перечисление займёт несколько страниц, а подробный рассказ о работе — вообще
целый том. Мы остановимся на научных приборах только двух типов: во-первых, на
электронных микроскопах, которые обладают рекордной разрешающей способностью, и, во-
вторых, на ускорителях, позволивших насколько возможно «забраться» вглубь материи.
ЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСКОПЫ
Новая страница в истории изучения структуры вещества началась с создания в 1930 г.
электронного микроскопа. Впервые для прямого исследования не видимых глазом объектов
были использованы не световые волны. Подготовили же изобретение этого прибора открытия,
сделанные физиками ещё в XIX в.
Свет имеет волновую природу, и длина его волны ограничивает разрешающую способность
микроскопов.
Световая волна «не замечает» предметов, размеры которых меньше её длины, поэтому увидеть
их не удаётся. В 1895 г. В. Рентген во время опытов с разрежёнными газами обнаружил некое
излучение, возникающее в вакуумной трубке с двумя электродами (лучи шли от катода к
аноду). Природа и свойства неизвестных лучей были неясны.
В 1897 г. английский физик Дж. Томсон доказал, что катодные лучи представляют собой поток
мельчайших заряженных частиц — электронов. Это открытие отдалило создание электронного
микроскопа на несколько десятилетий: ведь если катодные лучи — поток частиц, то «осветить»
ими объект и получить его изображение нельзя.
Однако в 1924 г. французский учёный Луи де Бройль (1892—1987) показал, что все частицы
имеют двоякую природу — ведут себя одновременно и как частицы, и как волны. При этом
существует закономерность: чем больше энергия частицы, тем меньше длина её волны, а
энергия частицы тем больше, чем выше её скорость. Следовательно, сильно разогнав
электроны, можно получить волны в 100 тыс. раз короче световых и, значит, увидеть в 100 тыс.
раз более мелкие объекты, чем в световой микроскоп.
Прообразом современного электронного микроскопа стал прибор, который создали в 1931 г.
немецкие учёные М. Кнолль и Э. Руска. Он состоял из источника пучка электронов
(раскалённого электрическим током катода), двух магнитных линз, фокусирующих этот пучок,
и экрана в фокусе второй линзы. Первым получилось изображение самого катода —
металлической нити, испускающей электроны.
Сегодня есть несколько разновидностей электронных микроскопов; все они позволяют видеть
объекты размером в тысячные и миллионные доли миллиметра. Эти невероятно малые
величины измеряются в микронах, или микрометрах (1 мкм = 10'3 мм), и нанометрах (1 нм =10’
6 мм).
146
ПРОСВЕЧИВАЮЩИЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП
Основными элементами просвечивающего электронного микроскопа, как и светового, являются
конденсор, объектив и окуляр. Роль источника света играет электронная пушка: катод
испускает электроны, анод фокусирует и ускоряет их. Затем электроны попадают в
конденсорную систему, задача которой в микроскопах любого типа — собрать и направить на
объект исследования как можно больше лучей от источника. Сформированный пучок
электронов попадает на образец и затем в объектив, в фокальной плоскости которого
образуется первое увеличенное изображение. При помощи проектора, представляющего собой
систему магнитных линз, оно переносится на экран или фотопластинку в ещё более
увеличенном виде.
Микроскопы этой конструкции работают на просвет: изображение создают электроны,
прошедшие образец насквозь. Поэтому для исследования либо берут плёнку из матери-
Жгутиковые бактерии под микроскопом.
ала образца, либо делают отпечаток его поверхности — реплику.
В просвечивающий электронный микроскоп хорошо видны очень маленькие, размером всего в
несколько десятков атомных объёмов, пустоты в металле (поры) и нарушения (дефекты)
кристаллической структуры (так называемые дислокации), которые сильно влияют на свойства
материалов. Так были открыты некоторые вирусы, например возбудитель полиомиелита
(размер 1—2 нм), изучено строение бактерий и клеток Разрешение просвечивающего
микроскопа достигает 0,1 нм, что позволяет видеть отдельные атомы.
РАСТРОВЫЙ МИКРОСКОП
Чрезвычайно плодотворной оказалась идея применить в микроскопии телевизионную систему с
растровой развёрткой (см. статью «Телевизионная техника»). Первоначально принцип
растровой развёртки предполагалось использовать в обычном световом микроскопе — чтобы
повысить
* Светом называют электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых
человеческим глазом (4,0* 1014— 7,5* 1014 Гц).
147
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕПЛИК
Процедура подготовки образцов для просвечивающего микроскопа граничит с искусством; она
требует большого терпения, изобретательности и сноровки. Для приготовления отпечатка —
реплики — на исследуемую поверхность наносят тонкую плёнку из углерода (в вакууме),
коллодия или нитроцеллюлозы (желеобразных органических соединений). Отделение реплики
от образца — наиболее трудоёмкий и ответственный процесс. Чтобы не повредить плёнку,
нередко приходится растворять сам образец.
Если плёнка слишком гладкая, её «оттеняют», напыляя металл под малым углом к поверхности.
Частицы металла оседают в основном на неровностях, повышая контрастность изображения.
Биологические объекты фиксируют в химическом растворе, удаляют воду и заливают
эпоксидной смолой. Полученные твёрдые заготовки (штабики) исследуемой ткани нарезают
тонкими слоями на устройствах, именуемых ультрамикротомами.
Электронный микроскоп «Мира». ФРГ.
Высота — 2 м; объём — 2 м3; увеличение — 5 тыс. раз.
РАСТРОВЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСКОП
В конце 40-х гг. советский исследователь С. Я. Соколов сконструировал растровый
ультразвуковой микроскоп. Учёный использовал свойство акустических колебаний с частотой
от 2*104 до 10В 9 Гц поглощаться материалом по-разному — в зависимости от его плотности.
Ультразвук, пройдя сквозь массивный образец, меняет свою интенсивность в соответствии со
структурой образца и попадает на кварцевую пластину. Пластина деформируется, и на её
поверхности появляются заряды, распределение которых соответствует интенсивности
ультразвуковых колебаний в разных точках. Зонд электронного микроскопа сканирует
поверхность пластины, считывая получившуюся картину. Основное достоинство этого прибора
— большая глубина проникновения ультразвука: он обнаруживает микропоры в металле,
удалённые от поверхности на десятки сантиметров. Ультразвуковые микроскопы используют
также для наблюдения физических процессов и химических реакций, протекающих в
жидкостях.
контрастность изображения. Затем решили сканировать тонким электронным лучом сам
образец и последовательно передавать информацию о каждой его точке в «собирающий
элемент» (например, фотоумножитель), а с него — на экран телевизора (кинескоп).
Разрешающая способность растрового микроскопа в первую очередь зависит от диаметра
электронного пучка, который у лучших моделей составляет около 5 нм, а в отдельных случаях
его удаётся уменьшить в 10— 15 раз. На контрастность изображения влияют электрические и
магнитные поля образцов, поэтому на магнитных лентах или диске можно различить области с
разной намагниченностью (домены), «увидеть» разность потенциалов частей кремниевого
диода. Первыми биологическими объектами, «попавшими» в растровый электронный
микроскоп, стали амёба и личинка мучного червя, покрытые тонким слоем серебра. Сегодня
уже получены интересные изображения красных и белых клеток крови, раковых клеток,
бактерий; изучены и внутриклеточные структуры — ядро, митохондрии, лизосомы.
АВТОЭМИССИОННЫЕ МИКРОСКОПЫ
Порой выдающиеся научные изобретения появляются на свет случайно и неожиданно для
самих авторов. Так, в 30-х гг. XX в. немецкие физики Г.Герц и Э.Мюллер занимались
изучением автоэлектронной эмиссии. Суть этого явления состоит в том, что в сильных
электрических полях, сравнимых с полем внутри атома (10—100 млн. вольт на сантиметр), с
поверхности металлов и полупроводников «улетают» электроны.
Ещё до работ Герца и Мюллера было хорошо известно, что электрическое поле возле
заряженного предмета тем сильнее, чем больше искривлена его поверхность. Однако именно
этим учёным впервые пришла в голову мысль, что можно по-
148
лучить достаточно сильное поле, прикладывая напряжение между электродом и заострённой
металлической проволокой (сильно искривлённой поверхностью).
В 1936 г. Э.Мюллер решил посмотреть, под каким углом с этого острия будут вылетать
электроны. Он поставил на пути частиц экран. На нём, к удивлению экспериментатора,
возникла картина из симметрично расположенных тёмных и светлых пятен — изображение
самого острия. Установка Мюллера фактически стала первым автоэлектронным микроскопом.
Увеличение автоэлектронного микроскопа приближённо равно отношению расстояния от
образца до экрана к радиусу закругления острия. Обычно оно составляет около 1 млн., а
разрешающая способность — порядка 1 нм. Применяют подобный микроскоп в основном для
исследования кристаллической структуры материалов.
Почти случайно был изобретён и автоионный микроскоп. В 1940 г. 9. Мюллер, изучая
поведение плёнки бария на поверхности вольфрамового острия, обнаружил новое явление.
Если на остриё подать положительный заряд и повысить напряжённость поля, то поле будет
настолько сильным, что станет «сдирать» с атомов электроны. Атомы превратятся в ионы и
улетят с поверхности при комнатной температуре.
Мюллер понял, что открытая закономерность может найти важное практическое применение.
Если на пути ионов поставить экран, на нём получится изображение структуры поверхности.
Ионы имеют меньшую длину волны, чем электроны, поэтому разрешение будет выше раз в
десять. Новый прибор получил название автоионного микроскопа или ионного проектора.
Однако потребовались годы, чтобы воплотить идею в жизнь. Появился автоионный микроскоп
только в 1955 г. и практически сразу дал уникальный результат: позволил увидеть на
поверхности металлического образца отдельные атомы! Ныне такие приборы используют,
прежде всего, для исследования структуры кристаллов и сплавов на атомарном уровне и для
наблюдения за движением отдельных атомов по поверхности металла.
В 1967 г. Мюллер усовершенствовал автоионный микроскоп, совместив его с масс-
спектрометром — прибором, определяющим массу и заряд иона. Новое устройство позволяет
безошибочно определять химическую природу любой отдельной частицы, заранее выбранной
на экране автоионного микроскопа.
В настоящее время автоэлектронный и автоионный микроскопы чаще называют соответственно
полевым электронным микроскопом (ПЭМ) и полевым ионным микроскопом (ПИМ).
СКАНИРУЮЩИЕ ЗОНДОВЫЕ МИКРОСКОПЫ
Наиболее молодое и перспективное направление в исследовании свойств поверхности —
сканирующая зондовая микроскопия. Зондовые микроскопы имеют рекордное разрешение —
менее 0,1 нм. Они измеряют
Молекула ДНК, увиденная с помощью российского сканирующего зондового микроскопа
«Солвер» P4-SPM-MDT.
149
Атомарное разрешение на поверхности графитовой плёнки.
Поверхность золотой фольги.
электронов
90 % ПОТОКА
тхектронов
( ^брАЭСи
Упрошенная схема туннельного микроскопа.
взаимодействие между поверхностью и сканирующим её микроскопическим остриём — зондом
— и выводят трёхмерное 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.
Первый зондовый микроскоп — сканирующий туннельный микроскоп — изобрели в 1981 г.
сотрудники Исследовательского центра фирмы IBM Г. Бинниг и X. Рорер (США). Они
попытались сконструировать прибор для исследования участков поверхности размером менее
10 нм. Результаты превзошли самые смелые ожидания: учёным удалось увидеть отдельные
атомы, размер которых в поперечнике составляет около 1 нм. За изобретение туннельного
микроскопа Бинниг и Рорер в 1986 г. были удостоены Нобелевской премии.
В основе работы сканирующего туннельного микроскопа лежит квантово-механическое
явление, называемое туннельным эффектом. Тонкое металлическое остриё — зонд (заряжен
отрицательно) — подводится на близкое расстояние к образцу, тоже металлическому (заряжен
положительно). Когда промежуток составит всего несколько межатомных расстояний,
электроны начнут свободно проходить через него — «туннелировать»: через зазор потечёт ток.
Для работы микроскопа решающее значение имеет резкая зависимость силы туннельного тока
от расстояния между остриём и поверхностью образца. При уменьшении зазора всего на 0,1 нм
ток возрастёт примерно в 10 раз. Следовательно, даже неровности размером с атом вызывают
заметные колебания величины тока.
Для получения изображения зонд сканирует поверхность, а электронная система считывает
величину тока, и как только величина меняется, остриё опускается или поднимается. Таким
образом система поддерживает величину тока постоянной, а траектория движения острия
повторяет рельеф поверхности, огибая возвышенности и углубления.
Остриё перемещает пъезосканер — манипулятор из материала, способного изменяться под
действием электрического напряжения. Обычно он 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. Для наглядности участки разной высоты окрашены в различные цвета.
С помощью туннельного микроскопа, например, обнаружили, что атомы на поверхности
кристалла расположены не так, как внутри, и часто образуют сложные структуры.
В туннельный микроскоп можно изучать лишь проводящие ток объекты. Однако в него бывают
«видны» и тонкие диэлектрики (в виде плёнки), если их поместить на поверхность
проводящего материала. Несмотря на то что этот эффект ещё не нашёл полного объяснения, его
с успехом применяют для изучения многих органических плёнок и биологических объектов —
белков, вирусов.
С помощью иглы микроскопа даже наносят рисунки на металличе-
150
«ЖИВЫЕ» МАГНИТЫ
Микромагниты играют важную роль и в живой природе. Так, бактерии Aquaspirillum
magnetotacticum умеют двигаться в морской воде вдоль линий магнитного поля Земли к северу
в Северном полушарии и к югу в Южном. Оказывается, у них есть внутренние постоянные
магниты — магнетосомы, образованные цепочками из 10—25 кристаллов оксида железа,
размер каждого из которых достигает около 50 нм. Американские учёные сумели с помощью
магнитно-силового микроскопа измерить магнитный момент одной бактерии, длина которой
равнялась 2 мкм.
ские пластины, используя в качестве «пишущего» материала отдельные атомы — их осаждают
на поверхность или удаляют с неё. Так, в 1991 г. сотрудники фирмы IBM написали атомами
ксенона (инертного газа) на поверхности никелевой пластины название своей фирмы — IBM.
Букву I составили всего 9 атомов, а буквы В и М — 13 атомов каждую.
В идеале на конце острия зонда должен находиться один неподвижный атом. Впрочем, даже у
просто срезанной под углом 30—60° проволоки один из атомов всегда оказывается ближе
других к исследуемой поверхности и играет роль острия. Если же на конце иглы случайно
оказалось несколько выступов, изображение может двоиться, троиться, и тогда иглу травят в
кислоте, придавая ей нужную форму.
Следующим шагом в развитии сканирующей зондовой микроскопии стало создание атомно-
силового микроскопа. Его изобрели в 1986 г. Бинниг, Квейт и Гербер. Если в туннельном
микроскопе решающую роль играет резкая зависимость туннельного тока от расстояния между
зондом и образцом, то для атомно-силового микроскопа такое же значение имеет зависимость
силы взаимодействия тел от расстояния между ними.
Зондом атомно-силового микроскопа служит миниатюрная упругая пластина — кантилевер.
Один её конец закреплён, а на другом сформировано зондирующее остриё из твёрдого
материала — кремния или нитрида кремния. При перемещении зонда силы взаимодействия
между его атомами и неровной поверхностью образца будут изгибать пластину. Если
перемещать зонд так, чтобы прогиб оставался постоянным, получится изображение профиля
поверхности. Такой режим работы микроскопа называется контактным. Он позволяет
измерять с разрешением в доли нанометра не только рельеф, но и силы трения, упругость и
вязкость исследуемого объекта.
Сканирование в контакте с образцом часто приводит к его деформации и разрушению.
Воздействие зонда на поверхность может быть полезным, например, при изготовлении
микросхем. Однако зонд может легко порвать тонкую полимерную плёнку или повредить
бактерию, вызвав её гибель. Чтобы избежать этого, кантилевер приводят в резонансные
колебания вблизи поверхности и регистрируют изменение амплитуды, частоты или фазы
колебаний, вызванных взаимодействием с поверхностью. Такой метод позволяет изучать
живые микробы: колеблющаяся игла действует на бактерию, как лёгкий массаж, не причиняя
вреда и позволяя наблюдать за её движением, ростом и делением.
Г 1рН»«1МП pjfXHIU ЛОМНОЧМАОВОГ О микросхемы.
/ — полуП|м)Водмикопыи ламр; 2 — лгтек тор;
3 оСтраэсц; 4 — пы'мх’камгр;
5 — канткАгеср; б мтркало.
Название фирмы IBM, написанное атомами ксенона на поверхности никелевой пластины.
Изображение бактерий кишечной палочки, полученное на атомно-силовом микроскопе.
Сторона квадрата — 1 мкм. В организме эти бактерии играют, как правило, положительную
роль: помогают процессу пищеварения, сбраживают глюкозу, лактозу и другие углеводы.
151
Участок поверхности магнито-оптического диска размером 5x5 мкм. Левый рисунок
соответствует профилю поверхности (тёмные полосы — микроуглубления): правый
отражает структуру намагниченных областей. Каждый продолговатый островок размером
2x1 мкм соответствует одной единице (биту) информации. В области углублений хорошо
различима доменная структура магнитной плёнки.
В 1987 г. И. Мартин и К. Викрамасингх (США) предложили в качестве зондирующего острия
использовать намагниченную микроиглу. Так появился магнитно-силовой микроскоп.
Он позволяет увидеть отдельные магнитные области в материале — домены — размером до 10
нм. Используют его и для сверхплотной записи информации, формируя на поверхности плёнки
домены с помощью полей иглы и постоянного магнита. Такая запись в сотни раз плотнее, чем
на современных магнитных и оптических дисках.
Возникновение сканирующей зондовой микроскопии удачно совпало с началом бурного
развития компьютерной техники, открывающей новые возможности использования зондовых
микроскопов. В 1998 г. в Центре перспективных технологий (Москва) создана модель
сканирующего зондового микроскопа «ФемтоСкан-001», которым управляют также через
Интернет. Теперь в любой точке земного шара исследователь сможет работать на микроскопе, а
каждый желающий — «заглянуть» в микромир, не отходя от компьютера.
ЗАЧЕМ ЧЕЛОВЕКУ УСКОРИТЕЛЬ?
Чтобы понять, зачем нужна экспериментальная физика со своими хитрыми и часто дорогими
приборами, вспомним английского естествоиспытателя М. Фарадея. В 30-х гг. XIX в. в
результате серии кропотливых опытов с проволокой и природным магнитом ему удалось
построить прообраз современного электродвигателя. Сегодня уже трудно представить жизнь
человека без электрических машин — настолько прочно вошли они в наш быт.
Современные физики-экспериментаторы тоже проводят опыты с магнитами и проводами,
однако, приборы у них совсем других размеров. Изучаемые эффекты проявляют себя в
микроскопически малой области взаимодействия — порядка 10'15 см и менее. Именно этот
ультрамикромир хранит пока не разгаданные тайны строения материи, пространства и времени;
в нём проверяются фундаментальные законы природы. Такие области можно исследовать
только с помощью частиц-«разведчиков», разогнанных до сверхвысоких энергий. Чтобы
получить нужную энергию, требуются мощные, на пределе возможного, электрические и
магнитные поля и грандиозные (и по сложности, и по размерам) машины — ускорители.
Естественно, что подобная техника обходится государству недёшево, и поэтому физика
высоких энергий развивается лишь в самых богатых странах. А поскольку учёных,
занимающихся ею, много больше, чем ускорителей, экспериментальные программы носят, как
правило, международный характер.
Сканирующий зондовый микроскоп «Солвер» P4-SPM-MDT.
152
ОТ ОПЫТОВ РЕЗЕРФОРДА — К УСКОРИТЕЛЯМ
Исследовать строение атома (его размер 10'8 см) начал в 1911 г. английский физик Э.
Резерфорд. Направляя поток альфа-частиц на тонкую металлическую фольгу, Резерфорд
измерял число частиц, прошедших сквозь преграду, и угол, на который они отклонялись после
взаимодействия с атомами металла.
Вскоре обнаружилась удивительная вещь: некоторые частицы отскакивали от тонкого
листочка, как мячик от каменной стенки! Это означало, что в материале есть очень маленькие,
порядка 10'12 см, области, заряженные положительно. Так было открыто атомное ядро. Однако
чтобы проникнуть внутрь ядра, энергии природных источников не хватало. Повысить же
энергию частиц можно было, ускорив их.
КАК УСТРОЕНЫ УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Простейший (и в то же время достаточно сложный) ускоритель электронов есть почти в каждом
доме. Это телевизор, вернее, его основная деталь — телевизионная трубка, или кинескоп. Катод
кинескопа при нагревании до высокой температуры испускает электроны — элементарные
частицы с отрицательным зарядом. Электронный поток попадает в электрическое поле
высокого напряжения (около 20 тыс. вольт), которое его ускоряет. Энергия заряженных частиц
измеряется в единицах, кратных энергии, приобретаемой электроном при прохождении
разности потенциалов поля в 1 В, — электрон-вольтах (эВ). В телевизионной трубке он
ускоряется до энергии 20 килоэлектронвольт (1 кэВ = 1000 эВ). Этой энергии хватает, чтобы
электрон, попав в люминофор на экране телевизора, заставил его светиться.
Однако для решения исследовательских задач энергии не хватит: ведь даже в опытах
Резерфорда альфа-частицы имели в сотни раз большую энергию — от 2 до 8
мегаэлектронвольт (1 МэВ = 1 000 000 эВ). Следовательно, нужно либо поставить один за
другим много «кинескопов», чтобы в каждом из них частицы приобретали дополнительную
энергию, либо заставить пучок частиц проходить один и тот же ускоряющий участок
многократно. В первом случае мы получим так называемый линейный ускоритель, а во втором
— кольцевой, или циклический. Для достижения высоких энергий используют кольцевые
ускорители, ибо гораздо дешевле организовать кольцевую траекторию пучка, чем
«нанизывать» по прямой однотипные участки, собранные из стандартной, но достаточно
сложной и дорогой аппаратуры. Однако там, где высокие энергии не нужны (например, в
установках для медицины), предпочтительнее линейные ускорители.
Современный ускоритель — это, вообще говоря, труба, из которой выкачан воздух. В неё
«вбрасывают» частицы из вспомогательного ускорителя малой энергии. На трубу, свёрнутую в
кольцо, «надеты» ускоряющие блоки (системы электродов, которые создают электрическое
поле, ускоряющее частицы) и электромагниты (они заворачивают частицы,
Ускоритель протонов. Дубна.
*Альфа-частицами называют ядра атомов гелия, содержащие 2 протона и 2 нейтрона.
153
заставляя их двигаться по кольцу). Но частицы одного знака имеют тенденцию
«расталкиваться». Создать абсолютно безвоздушное пространство в трубе невозможно,
поэтому частицы рассеиваются на оставшихся молекулах воздуха. Их фокусируют, т. е.
«прижимают» к оси движения, при помощи так называемых магнитных линз. Когда частицы
наберут нужную скорость, включается поворотный электромагнит. Он отклоняет их в канал,
ведущий к объекту исследования (это, как правило, атомы выбранного для опыта вещества
либо внутриатомные частицы).
Существует и другая система классификации ускорителей — по типу ускоряющего
электрического поля. Высоковольтные ускорители работают за счёт высокой разности
потенциалов между электродами ускоряющего пространства, которое действует всё время,
пока частицы пролетают между электродами. В индукционных ускорителях «работает»
вихревое электрическое поле, индуцируемое (возбуждаемое) в месте, где в данный момент
находятся частицы. И, наконец, в резонансных ускорителях использу-
Схема нового ускорителя Института физики высоких энергий.
Первая очередь ускорителя (1) собрана на обычных, «тёплых» магнитах (2), вторая (9) — на
магнитах сверхпроводящих. По трубкам, из которых откачан воздух (3), летят ускоряемые
частицы.
Сверхпроводящие обмотки магнитов (4) смонтированы в кольцевой ёмкости с жидким гелием
(5), окружённой рубашкой из жидкого азота (6). Вся система находится в «термосе» —
вакуумированной трубе (7), покрытой слоем теплоизоляции (8).
Зал ускорителя У- 70. Институт физики высоких энергий. Протвино. Московская область.
154
Сверхпроводящий дипольный магнит в криостате (устройстве для поддержания низкой
температуры).
Синхрофазотрон (на энергию 10 ГэВ) лаборатории высоких энергий.
ют изменяемое по времени и по величине электрическое ускоряющее поле, синхронно с
которым, «в резонанс», происходит ускорение всего «ансамбля» частиц.
Когда говорят о современных ускорителях частиц на высокие энергии, имеют в виду в
основном кольцевые резонансные ускорители. В зависимости от особенностей режимов
ускорения различают несколько типов. Если частота ускоряющего поля и ведущее магнитное
поле постоянны во времени, ускоритель называется циклотроном; если магнитное поле
нарастает в течение цикла ускорения — перед нами синхротрон; а если при этом изменяется и
частота ускоряющего поля — мы имеем дело с синхрофазотроном. В протонных ускорителях
на очень высокие энергии к концу периода ускорения скорость частиц приближается к
скорости света. Они обращаются по круговой орбите с постоянной частотой; ускорители для
протонов высоких энергий называют протонными синхротронами. Три самых крупных
расположены в США, Швейцарии и России.
ИЗ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ УСКОРИТЕЛЕЙ
Первым ускорителем стал циклотрон. Он был построен ещё в 1930 г. Э. Лоуренсом в США.
Поскольку физический мир устроен по единым за-
конам, все ускорители одного типа, где бы они ни были созданы, похожи друг на друга, как
близнецы. У циклотрона есть один большой полый электромагнит, в котором частицы
ускоряются по спиральной орбите. В настоящее время новых циклотронов уже не строят, но до
сих пор их используют для опытов с ускорением до сравнительно скромных энергий — 20
МэВ.
Достичь более высоких энергий с помощью циклотронов не удалось,
Циклотрон Лоуренса.
155
Сверхпроводящий кабель.
так как возникли и технические, и физические трудности. В частности, с увеличением энергии
частиц начинает проявлять себя предсказанное
А. Эйнштейном увеличение массы с ростом скорости: «тяжёлая» частица испытывает меньшее
ускорение. В циклотронах это неизбежно приводило к уменьшению частоты обращения
сгустков частиц, ускоряемых по кольцевой орбите. В 1944 г. независимо друг от друга
советский физик
В. И. Векслер и американский физик Э.М. Макмиллан открыли принцип автофазировки. Суть
метода заключается в следующем: если определённым образом подобрать поля, частицы будут
всё время автоматически попадать в фазу с ускоряющим напряжением. В 1952 г. американские
учёные Э. Курант, М. Ливингстон и X. Снайдер предложили так называемую жёсткую
фокусировку, которая прижимает частицы к оси движения. С помощью этих открытий удалось
создать синхрофазотроны на сколь угодно высокие энергии.
Энергия ныне действующих ускорителей достигает десятков и сотен гигаэлектронвольт (1 ГэВ
= 1000 МэВ). Самый мощный находится в США. Он называется «Тэватрон», поскольку в его
кольце (длина более б км) с помощью сверхпроводящих магнитов протоны приобретают
энергию около 1 тераэлектронвольт (1 ТэВ = 1000 ГэВ). Крупнейший российский ускоритель
У-70, построенный в Институте физики высоких энергий (Московская область, город
Протвино), работает с 1967 г. и ускоряет в 1,5-километровом кольце на «обычных»
электромагнитах протоны до энергии 76 ГэВ (четвёртый показатель в мире). Здесь же сооружён
подземный кольцевой тоннель длиной 21 км для нового ускорителя, который начнёт
действовать уже в XXI в.
Чтобы достичь ещё более высокой энергии взаимодействия пучка ускоренных частиц с
материалом исследуемого физического объекта, можно разогнать «мишень» навстречу
«снаряду». Для этого организуют столкновение пучков частиц, летящих навстречу друг другу в
особых ускорителях — коллайдерах. Конечно, плотность частиц во встречных пучках не столь
велика, как в материале неподвижной «мишени», поэтому для её увеличения применяют так
называемые накопители. Это кольцевые вакуумные камеры, в которые «порциями»
вбрасывают частицы из ускорителя. Накопители снабжены ускоряющими системами,
компенсирующими частицам потерю энергии. Именно с коллайдерами учёные связывают
дальнейшее развитие ускорителей. Их сооружено пока считанные единицы, и находятся они в
самых развитых странах мира — в США, Японии, ФРГ, а также в Европейском центре ядерных
исследований, базирующемся в Швейцарии.
ЧТО ПОЛУЧАЮТ В УСКОРИТЕЛЯХ
Современный ускоритель — это «фабрика» по производству интенсивных пучков частиц
(электронов или в 2 тыс. раз более тяжёлых протонов). Пучок частиц из ускорителя
направляется на подобранную, исходя из задач эксперимента, «мишень»; при соударении с ней
возникает множество разнообразных вторичных частиц. Рождение новых частиц и есть цель
опытов.
Соударение частиц высоких энергий совсем не похоже на столкновение шаров при игре в
бильярд. Мир высоких энергий и невообразимо
156
малых расстояний настолько специфичен, что для описания взаимодействий в нём пришлось
разрабатывать новую область физики, получившую название квантовой механики. Наиболее
простой аналогией столкновения частиц может быть следующая.
Представим себе аварию, при которой лоб в лоб сталкиваются две машины, допустим «Волга»
и «Москвич» (идут испытания на надёжность, поэтому жертв нет). В обычной жизни на месте
аварии останется груда покорёженного металла, в которой можно, впрочем, разобрать, что
было «до того». А в микромире происходит столкновение, возникает вспышка, и с места
«аварии» стремительно уезжает «Волга» новой модификации, пара «Запорожцев» и мотоцикл.
Именно таковы столкновения в ускорителях: энергия взаимодействия тут же превращается в
материю новых микрочастиц. Всё это заранее, до эксперимента, «расписывается» в
теоретической модели, а задача исследователя — восстановить картину события по
зафиксированным следам частиц.
С помощью специальных устройств — детекторов — эти частицы либо их следы
регистрируют, восстанавливают траекторию движения, определяют массу частиц,
электрический заряд, скорость и другие характеристики. Затем путём сложной математической
обработки информации, полученной с детекторов, на ЭВМ восстанавливают всю «историю»
взаимодействия и, сопоставив результаты измерений с теоретической моделью, делают
выводы: совпадают реальные процессы с построенной моделью или нет. Именно так
добывается новое знание о свойствах внутриядерных частиц.
Чем выше энергия, которую приобрела частица в ускорителе, тем сильнее она воздействует на
атом «мишени» или на встречную частицу в коллайдере, тем мельче будут «осколки». Сегодня
удалось «поймать» самые мелкие частицы, из которых состоит вся материя, — кварки. Будет ли
вещество делиться дальше, покажут дальнейшие исследования.
Магнитный детектор «Кедр». Россия.
Прибор применяется для исследования в области физики высоких энергий. В нём использованы
последние методики регистрации заряженных частиц.
НАНОТЕХНИКА — ТЕХНОЛОГИЯ НАСТОЯЩЕГО И БУДУЩЕГО
Первобытный человек мастерил орудия труда и охоты, строил жилища, шил одежду из
материалов, уже созданных природой. Шло время, каменный век сменялся бронзовым, потом
железным... Постепенно люди научились изготавливать новые материалы — плавить металл,
обжигать керамику, обрабатывать шерсть и растительные волокна, ткать полотно.
Познавая свойства веществ, они стремились их использовать и даже управлять ими:
тысячелетия назад — путём грубой обработки, а сегодня — на уровне молекул и кристаллов.
Эти структуры имеют размеры порядка миллиардной доли метра (10‘9 м) — величины, которая
называется нанометр (от греч. «на'нос» — «карлик» и «ме'трон» — «мера»); обозначается
157
так: нм. Оказалось, что на молекулярном и кристаллическом уровнях возможно принципиально
менять свойства вещества. Отрасль техники, в которой используют подобные структуры,
получила название «нанотехники».
НОВЫЙ КЛАСС МАТЕРИАЛОВ — НАНОКРИСТАЛЛЫ
Подавляющее большинство материалов, с которыми ежедневно приходится сталкиваться,
имеют кристаллическое строение. Металлы, керамика, строительный камень состоят из
кристаллических зерен, сцепленных между собой. И от того, насколько велика сила сцепления,
зависит прочность материала. Очень важную роль здесь играют размеры кристаллов:
крупнозернистый материал непрочен, легко разрушается по границам кристаллов;
мелкозернистая структура прочнее — мелкие кристаллы плотнее прилегают друг к другу и
сцепляются с большей силой. Одними из первых много веков назад это поняли кузнецы.
Конечно, тогда они ничего не знали о структуре металла, но заметили, что изделие становится
более прочным, если его обработать молотом. Сегодня точно известно, что ковка меняет
структуру материала: крупные кристаллы разрушаются, а мелкие уклады-
МОТОР РАЗМЕРОМ С МОЛЕКУЛУ И «РАЗУМНАЯ ПЫЛЬ»
В романе Станислава Лема «Непобедимый» описана планета, в воздухе которой тучами
носились мириады металлических жучков-роботов, атаковавших всё живое. Кажется, наша
земная технология нечто подобное может создать уже сейчас. Например, проектируется
миниатюрный приборчик — «булавка» длиной 1 см и диаметром 1 мм с зонтиком, как у семени
одуван-
Электромотор меньше спичечной головки — далеко не предел. Методы нанотехники
позволяют из отдельных атомов собрать двигатель размером с молекулу.
чика. Внутри разместятся различные датчики, источник питания, микропроцессор, рация.
Зонтик послужит антенной и парашютом. Тучка «булавок», сброшенная с самолёта, будет
опускаться со скоростью около 3 см/с десятки часов, непрерывно анализируя состав
атмосферы. Компоненты этого искусственного облачка, обмениваясь данными между собой,
составят общее мнение о состоянии атмосферы, а затем передадут выводы в центр управления.
Все детали такой микроаппаратуры уже существуют, и скомбинировать их, создав «разумную
пыль», можно будет в начале XXI в. Кроме того, в настоящее время разрабатываются целые
автоматические линии для сборки мельчайших деталей с помощью электростатических сил.
Теми же методами американские инженеры предполагают сделать активной поверхность
крыльев летательного аппарата. Модель в 1/7 величины настоящего самолёта, не имеющая
элеронов, оказалась способна развернуться на 180° за 0,8 с. Часть поверхности её крыльев
покрыта миниатюрными чешуйками (размером 1x1 мм), которые могут «вставать дыбом» или
укладываться ровно, изменяя обтекание крыла. Это и придаёт модели удивительную
манёвренность.
Американские и японские инженеры пытаются сейчас смоделировать способ движения
инфузорий с помощью ресничек. Используя методы, применяемые при создании микросхем,
они формируют на кремниевой пластинке группы из четырёх «ресничек». Под действием
приложенного электрического заряда «реснички» (ширина каждой менее 1 мм) выгибаются
вверх либо прижимаются к пластинке. Управляя «ресничками», её заставляют ползти по столу
со скоростью 0,5 мм/с. «Ресничками» можно передвигать с точностью до нескольких микрон
лёгкие предметы. Это устройство найдёт широкое применение в точной механике, а возможно,
и в биологии — при операциях на живой клетке.
Манипулирование отдельными атомами стало возможно с 1981 г., когда Г. Бинниг и X. Рорер,
работники фирмы IBM, сконструировали туннельный электронный микроскоп. С помощью
этой техники уже сделаны первые образцы нанотранзисторов, или электронных
переключателей, состоящих из считанного числа атомов. Вскоре могут появиться
производства, использующие нанотехнологию в серийном выпуске компонентов для
компьютеров и другой электроники. А в дальнейшем иглой атомно-силового микроскопа будут
созданы первые самовоспроизводящиеся молекулярные наномашины.
158
ваются плотнее. Попробуйте летом на пляже из влажного песка построить замок или просто
куличик. Он получится довольно прочным и высоким. А если строить из гальки, даже мелкой,
«постройка» сразу же рассыплется.
Обычный металл состоит из кристаллов размером от десяти до ста микрометров. Но в начале
80-х гг. XX в. физики научились получать вещества, состоящие из кристалликов нанометровых
размеров — в тысячи раз более мелких. Из них производят композиты (от лат. compositio —
«составление, «соединение») — смеси керамики с металлом, а также смеси нескольких
металлов или нескольких видов керамики. Композиты могут состоять только из
нанокристаллов, иногда нанокристаллы вплавлены в стекловидную массу или сочетаются с
«обычными» кристаллами. Свойства получившихся веществ настолько интересны и необычны,
что их считают совершенно новым классом материалов. Хрупкая керамика становится упругой
и пластичной, металл приобретает способность растягиваться в два с лишним раза не
разрушаясь или становится раз в десять прочнее, чем имеющий «нормальную» структуру.
Электрическое сопротивление помещённых в магнитное поле многослойных композитов
увеличивается почти в два раза. А добавка нанокристаллов чистого железа в соединение,
содержащее окись железа, способна изменить электрическое сопротивление в 100 трлн. (1014)
раз!
Кроме того, нанокристаллические композиты позволяют получать материалы с заданными
физическими свойствами, которые ещё предстоит исследовать.
РЕШЕТО ДЛЯ МОЛЕКУЛ
Один из способов получения новых материалов — химический синтез.
Процесс этот и долгий, и дорогой, причём из всех затрат только треть приходится на сам
синтез, а остальное уходит на разделение компонентов, их очистку и подготовку к обработке. В
то же время в живом организме протекают тысячи сложнейших реакций, которые не требуют
ни высоких температур, ни больших давлений, ни даже особых затрат энергии. Происходит так
потому, что в биологической клетке ходом реакций управляют тончайшие плёнки со сложной
структурой — мембраны (от лат. membrana — «кожица»). Они строго избирательно
пропускают молекулы одних веществ и задерживают молекулы других, сортируя их по
размеру, по величине электрического заряда, его знаку и по другим признакам. Изучение
биологических мембран натолкнуло учёных на мысль создать подобную промышленную
«технологию». И сегодня разработка искусственных мембран для химической
промышленности стала одним из важнейших направлений нанотехники.
Делают такие мембраны разными способами. Из длинных полимерных волокон, например,
получают нечто вроде войлока, сквозь который фильтруют растворённые вещества. В
сплошной полимерной плёнке пробивают отверстия потоком ионов, разогнанных в ускорителе
заряженных частиц. Регулировать размеры дырок в таком «решете» достаточно просто: чем
тяжелее ионы, тем отверстия будут больше. Если через подобную мембрану прокачать
природный газ, он разделится на дорогостоящий гелий и дешёвый метан. Можно очищать
* Химический синтез (от греч. «си'нтесис» — соединение» ) — получение из простых веществ с
помощью химических реакций продуктов более сложного химического состава.
159
воздух и воду не только от пыли и вредных примесей, но даже от болезнетворных бактерий;
можно также очищать химическое сырьё и отделять продукты химических реакций.
ШАРИКИ И ТРУБКИ ИЗ УГЛЕРОДА
С тех пор как в 1985 г. была обнаружена молекула углерода в форме полого шарика, состоящая
из 60 атомов, большие надежды в области нанотехнологии исследователи связывают именно с
углеродом. Нельзя сказать, что открытие это было совершенно неожиданным: задолго до него
группа советских химиков теоретически предсказала, что углерод может существовать в виде
сферической молекулы. А ещё в XIX в. Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) писал, что
в природе должны быть молекулы «С„, где п есть большая величина». Но всё-таки открытие
такой молекулы — её назвали фуллерен — произвело сенсацию.
Углеродный шарик диаметром чуть больше 0,5 нм стал не только объектом пристального
изучения, но и «родоначальником» целого класса новых наноструктур. Расчёты показали, что
фуллерен — чрезвычайно прочная и устойчивая молекула. Атомы углерода в ней связаны
сильнее, чем в решётке алмаза. Кроме того, оказалось, что на основе фуллерена можно
вырастить углеродные молекулы в виде бочонка (бареллены) из 80 атомов и трубки (тубелены),
в которых число атомов доходит до миллиона. Из них «собирают» ещё более сложные
молекулы в виде бубликов, квадратов, многоугольников и даже многолучевых звёзд,
напоминающих морских ежей. «Сшив» их в разных сочетаниях, можно вырастить трёхмерную
сверхрешётку очень большого размера (шварцшит), которая должна быть ещё более прочной,
чем фуллерен.
Предполагаемая область применения нового материала чрезвычайно обширна. Например, из
нанотрубок, собранных в пучок, получается пористый материал, размер отверстий в котором
нетрудно регулировать, меняя условия роста трубок. Из него можно делать мембраны — те
самые молекулярные сита, о которых упоминалось ранее. Если в поры такого сита «загнать»
длинные молекулы полимера или цепочки атомов металла, образуются композитные
материалы с заранее заданными свойствами. При соединении нанотрубок боковыми
поверхностями половина связей между ними будут такими, как у алмаза, а половина — как у
графита. Получится гибкий материал, прочность которого лишь на треть ниже, чем у алмаза.
Он сможет служить прекрасным покрытием для деталей, работающих в условиях трения.
Если металлом или полимером залить решётку шварцшита, образуется чрезвычайно прочный
аналог железобетона. Роль стальной арматуры в нём играют нанотрубки. Вопреки поговорке
«Где тонко, там и рвётся» в данном случае рвётся там, где прочность ниже. А как уже
говорилось, наноструктуры оказываются во много раз прочнее обыкновенного материала.
Шварцшит может найти применение и в технике принципиально нового уровня —
наноэлектронике. Если в молекуле углерода часть «родных» атомов заменить на атомы других
элементов, она приобретёт свойства полупроводника, проводника или изолятора. Молекулы в
форме кольца можно использовать в качестве элемента памяти нано-ЭВМ: вихревые токи в них
могут «гулять» неограниченно долго. Тубелен, в свою очередь, способен играть роль
*Полимеры — вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся
звеньев.
160
Соедини» BMrtve нссмнми губеАгно», можно
|кНПИТЬ VI trpOAMbM* Movruv *Ы 14МЫХ
ПРИЧУДЛИВЫМ форм
магнитной катушки. Ток должен проходить не по всей его поверхности, а только по
определённым связям, расположенным по спирали, подобно проводу в соленоиде.
Из перечисленных элементов можно собрать электронную схему нанометровых размеров,
уложив в нужном порядке отдельные трубки (или вырастив их прямо на месте). Подобная
схема способна управлять уже не электрическими импульсами, а отдельными электронами,
благодаря чему в карманном микрокалькуляторе поместится вычислительное устройство,
занимающее сегодня несколько шкафов.
Магнитное поле, возникающее внутри такого «наносоленоида», должно достигать
колоссальной величины. Сегодня подобные поля удаётся получить лишь на очень короткое
время, измеряемое долями секунды, в ходе сложных и небезопасных опытов. Эти
эксперименты необходимы для исследования некоторых физических, химических и
биологических явлений. Нанотехника значительно расширит возможности учёных. И хотя это
дело далёкого будущего, нанотрубки уже производят в промышленном масштабе: их
используют в качестве сырья для получения композитов. Шарики-фуллерены оказались
прекрасным материалом для смазки, способной выдерживать высокую температуру. Они же
преподнесли исследователям ещё один, на сей раз совершенно неожиданный сюрприз.
ТВЁРЖЕ АЛМАЗА
Самое твёрдое вещество в природе — алмаз. Это углеродное соединение имеет
кристаллическую решётку в форме тетраэдра (пирамиды с четырьмя равновеликими
треугольными гранями). Его вершины образованы четырьмя атомами углерода. Треугольник
очень жёсткая фигура: его можно сломать, но деформировать или смять нельзя. Именно
поэтому прочность алмаза столь высока. В природе известны кристаллы с решёткой, состоящей
не из атомов, а из молекул. Если молекулы достаточно велики и связи между ними сильны, то
кристаллическая решётка оказывается чрезвычайно прочной. Этим условиям в полной мере
отвечают фуллерены: имея диаметр больше 0,5 нм, они соединяются в кристалл с ячейками
размером менее 1,5 нм. В начале 90-х гг. XX в. российские учёные сумели получить первые
образцы нового вещества — фуллерита. Это кристаллы размером 5—6 мм; их острые грани
царапают алмаз так же легко, как алмаз — стекло. Исследования показали, что существует, по
меньшей мере, два варианта «упаковки» молекул в кристалле фуллерита. В первом ячейки
повторяют форму тетраэдра, а во втором имеют форму куба с отдельным фуллереном внутри.
В этой небольшой камере были получены первые кристаллы фуллерита — вещества,
которое почти в два раза твёрже алмаза.
*Соленоид (от греч. «соле'н» — «трубка» и «э'йдос» — «вид») — цилиндрическая катушка,
состоящая из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. При
пропускании электрического тока в ней возникает магнитное поле.
161
Острая грань кристаллика фуллерита царапает алмаз так же легко, как алмаз — стекло.
Кристаллы фуллерита уже сегодня могут стать материалом для изготовления
сверхтвёрдого инструмента.
Расстояние между молекулами в таких кристаллах меньше, чем расстояние между атомами в
решётке алмаза. Кроме того, в ячейках обоих видов есть «особый» фуллерен,
взаимодействующий с остальными через 12—16 очень коротких и сильных межмолекулярных
связей. Всё это и определяет необычайную твёрдость кристаллического фуллерита: она в два-
три раза выше твёрдости алмаза.
Уникальные качества нового вещества окажутся особенно ценными при изготовлении
приборов для измерения твёрдости материалов и «вечных» нестираемых покрытий. Кроме того,
из фуллерита можно делать такие инструменты для бурения скважин, обработки легированных
сталей, керамических материалов, камней (в том числе алмазов!), о которых технологи ещё
вчера могли только мечтать.
Пока нанотехнология делает первые шаги, но уже сегодня очевидно: исследования в этой
области — фундамент для техники принципиально иного уровня. Ведь создание нанотрубных
материалов по своей значимости сравнимо с освоением металла древним человеком. Возможно,
что нанотехнология — начало новой научно-технической революции, а мы стоим на пороге
века углерода.
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ НЕДР ЗЕМЛИ
Внутреннее строение Земли, вещества, из которых она состоит, изучают геология и геофизика.
Эти науки не только занимаются теоретическими вопросами, например зарождением и
эволюцией органической жизни, но и решают практические задачи. Геологи и геофизики
находят залежи полезных ископаемых, оценивают их запасы, определяют, какие способы
добычи будут наименее затратными. Цели у исследователей одинаковые, а вот методы разные.
ПОЛЕВАЯ ТЕХНИКА ГЕОЛОГОВ
Понять, как устроена наша планета, помогают так называемые обнажения — места, где видны
коренные горные породы (камень, глина, песок и др.). Геологи отбирают образцы таких пород.
Главный и традиционный инструмент для выполнения операции — молоток. Не случайно
старинный девиз исследователей недр Зем-
162
Буровая установка.
ли — «Mente et шаПео» (что в переводе с латыни означает «разумом и молотком»).
Установки для бурения скважин и приборы для определения состава пород появились
относительно недавно. Скважины сверлят долотами, навинченными на бурильные трубы.
Рабочая поверхность долота представляет собой кольцо; поэтому, вращаясь, инструмент
вырезает из породы цилиндрический образец — керн. Если двигатель подобной установки
находится на поверхности, он вертит всю колонку бурильных труб (роторный способ).
Двигатель, расположенный непосредственно у долота, приводится в движение либо
электричеством (подаётся по кабелю), либо потоком раствора глины, который вращает
турбину, соединённую с колонкой. Размолотую породу — шлам — выкачивают на поверхность
промывочной жидкостью (обычно вода с глиной), а керн остаётся внутри трубы. Колонку
бурильных труб периодически поднимают, чтобы сменить долото и вынуть керн.
ТЕХНИКА ГЕОФИЗИКОВ
Геологические методы позволяют исследовать только верхнюю часть земной коры — ведь
пробурить скважину более чем на несколько километров пока невозможно. Гораздо глубже
проникнуть внутрь Земли помогает геофизика. Эта наука исследует отклонения плотности,
магнитной восприимчивости, удельного электрического сопротивления, скорости
распространения упругих волн, теплопроводности, радиоактивности и других физических
свойств горных
АППАРАТУРА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Полученные при проведении полевых измерений геофизические данные содержат помехи.
Выделить полезный сигнал — задача непростая, и решают её при помощи современной
вычислительной техники. Особенно сложна обработка сейсмической информации, прежде
всего из-за её большого объёма. Например, в сверхточной трёхмерной сейсморазведке записи
ведут станции, имеющие тысячи каналов; упругие волны возбуждают в разных точках
изучаемой площади. Одновременно регистрируется огромное количество сигналов,
расшифровать которые можно только в специализированных вычислительных центрах на
мощных электронно-вычислительных машинах. ЭВМ строят упрощённую математическую
модель реального геологического объекта, которая позволяет достаточно надёжно рассчитать
его структуру и составить прогноз для поиска месторождений.
Суперкомпьютер CRAY.
163
Сейсмические заряды для глубинной геофизической разведки.
пород от среднего значения, т. е. аномалии земных полей.
Для глубинного (до 10 000 м) изучения крупных частей суши и океанов, разведки
месторождений нефти, газа и твёрдых полезных ископаемых используют методы разведочной
геофизики. Они включают в себя гравиразведку, магниторазведку, электроразведку,
сейсморазведку, терморазведку, ядерную геофизику — всего свыше ста методов.
Проникнуть глубоко в недра планеты больше всего помогает сейсморазведка (от греч.
«сейсмо'с» — «колебание», «землетрясение») методом отражённых волн. Суть метода состоит
в следующем. В скважине или на поверхности земли производят взрыв, который рождает в
почве упругие волны. Такие волны бывают продольными (частицы вещества колеблются вдоль
направления распространения волны) и поперечными (колеблются поперёк хода волны). При
исследовании малых, порядка 10 м, глубин волны возбуждают ударами кувалды. Для
глубинной сейсморазведки раньше использовали взрывчатку, ныне чаще применяют вибросейс
— тяжёлую плиту, подвешенную к раме автомашины. Плиту толкает «газовый двигатель» (в
цилиндре взрывается смесь пропана с воздухом), и она ударяет по земле.
Упругие волны отражаются от подземных слоёв, возвращаются к поверхности, и там их
фиксируют сейсмоприёмники. При этом скорость волны в первую очередь зависит от состава
горной породы. В корпусе сейсмоприёмника есть сильный кольцевой магнит, в зазор которого
помещена лёгкая проволочная катушка, подвешенная на пружинках. Когда отражённая волна
доходит до приёмника, катушка начинает колебаться в поле магнита, и в ней возникает
переменное напряжение. Изме-
Установка для геофизических (сейсмических) исследований строения земных слоёв.
Монтируется на шасси автомобиля-вездехода «Урал-375». Глубина зондирования — до 7 км.
Штольня сейсмологической станции.
Аппаратура фиксирует даже самые слабые колебания почвы.
164
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
Существует особый геофизический метод исследования скважин — каротаж. С его помощью
изучают физические свойства горных пород без отбора образцов. В скважину на кабеле
опускают приборы, которые измеряют излучения, температуру, электрическое сопротивление,
намагниченность и другие характеристики земной коры. В результате значительно
уменьшается время и стоимость бурения, так как инструмент с образцами керна через каждые
5— 10 м поднимать уже не нужно. Технику для скважинных исследований — каротажные
станции — устанавливают на автомашинах.
нения напряжения в точности повторяют упругие колебания почвы. С катушки сигналы
передаются на сейсмостанцию. Там, где проводят исследования, расставлены сейсмоприёмники
(до нескольких сот) на определённом расстоянии друг от друга. Вместе с проводами они
образуют сейсмические косы (иногда приёмники связывают со станцией миниатюрные
радиопередатчики). При глубинной сейсморазведке максимальное удаление приёмников от
станции может достигать нескольких километров.
Современная сейсмостанция для геофизической разведки — сложный измерительный
комплекс, специализированная электронно-вычислительная машина (ЭВМ), смонтированная на
одном-двух автомобилях. Сейсмоприёмники улавливают скорость волны до миллионной доли
метра в секунду. К каждому прибору волна приходит через некоторый промежуток времени, и
многоканальный самописец на сейсмостанции вырисовывает сложную картину системы
отражённых волн — сейсмический разрез. ЭВМ из всей этой путаницы линий выделяет нужные
сигналы, и по ним опытный геофизик может с уверенностью сказать, на какой глубине и под
каким углом положены, скажем,
165
После землетрясения. Остров Итуруп. Курильские острова. 1994г.
рудные пласты или слои, пропитанные водой.
Многоканальная запись позволяет непрерывно следить за упругими волнами разных типов и
разделять их. Записывают сигналы либо на рулонную бумагу, либо на широкую магнитную
ленту. Форма записи — аналоговая или цифровая. С помощью графопостроителей
(плоттеров) цифровые магнитограммы можно переписать в аналоговые.
Упругие волны возникают и в результате естественных деформаций земных недр
(землетрясений), приливных волн Мирового океана, движения крупных воздушных масс
(циклонов и антициклонов), оползней, ветра, дождя. Для регистрации упругих волн от
землетрясений в обсерваториях (их в мире свыше 200) применяют сейсмографы. Прибор
представляет собой инертную массу, подвешенную на пружине в жёстком массивном корпусе.
Упругие волны вызывают колебания корпуса, а инертная масса стремится остаться
неподвижной. Если к инертной массе подключить записывающее устройство (например, перо,
которое легко касается бумаги, намотанной на вращающийся барабан), получится
сейсмограмма — запись колебаний, произошедших от землетрясений. Кроме механической
записи применяют оптические и электромагнитные способы автоматической (обычно
круглосуточной) регистрации сейсмических волн.
При морской сейсморазведке чаще всего используют приёмники, работающие на основе
пъезоэффекта. Суть этого явления заключается в том, что на поверхности некоторых
кристаллов (например, кварца) под влиянием упругой деформации возникают электрические
заряды. Промышленные морские пьезоприёмники помещают в заполненный маслом
плавающий шланг, который тянется за судном. Упругие волны в толще воды вызывают
мощным искровым разрядом или выстрелом из газовой пушки. Морские пьезоприёмники
способны улавливать волны, создающие перепад давлений в миллионные доли атмосферы.
Ещё один метод современной геофизики — гравиразведка (от лат. gravis — «тяжёлый»). Он
основан на очень точном измерении силы тяжести Земли, т. е. гравитационного поля планеты.
Сила тяготения на поверхности создаёт ускорение g= 9,81м/с2, или 981 Гал. Но Земля не
однородный шар; в ней есть пустоты и области уплотнения, например залежи руды. Сила
тяжести над ними оказывается ли-
Вертикальный сейсмограф Голицына.
Основа сейсмографа — массивный маятник с горизонтальной осью, подвешенный на пружине.
Свободный конец маятника намагничен и помещён в катушку, соединённую с самописцем.
Когда от далёкого землетрясения приходит волна, почва вместе с основанием прибора
колеблется, а маятник, инерция которого очень велика, остаётся неподвижным. Магнит,
двигаясь относительно катушки, индуцирует в ней переменный ток, повторяющий колебания
почвы, и самописец рисует на бумажной ленте сейсмограмму.
*Атмосфера (от греч. «атмо'с» — «пар» и «сфа'йра» - «шар») — здесь единица давления.
**Гал — единица ускорения, принятая в геофизике; названа в честь Галилео Галилея. 1 Гал = 1
см/с2.
166
бо чуть меньше, либо чуть больше среднего значения. Эти изменения регистрируют
гравиметрами.
Полевые гравиметры предназначены для измерения разности между gH в наблюдаемой точке и
величиной go в некоторой исходной точке. Определяют go в опорных пунктах гравиметрической
сети страны, расположенных в городах и ряде крупных населенных пунктов. Чувствительный
элемент гравиметра — витая кварцевая пружина (иногда система пружин) или кварцевая нить.
Эталонная масса (грузик), подвешенная на такой пружине или нити, под действием силы
тяжести отклоняется от положения равновесия. С помощью компенсационных устройств
грузик приводят в то исходное положение, которое он занимал на опорном пункте, и по шкале
отсчитывают разность между go и gH. Чувствительность современных гравиметров составляет
от 0,1 до 0,01 миллигал.
В настоящее время точное распределение силы тяжести на суше и в Мировом океане получают
с помощью наблюдений за траекториями движения искусственных спутников Земли.
Гравитационные аномалии изменяют орбиту спутника, отклоняя её от расчётной. Эти
отклонения можно измерить методом лазерной локации и по ним рассчитать величину земного
ускорения в разных точках планеты.
С помощью магниторазведки изучают геомагнитное, или естественное магнитное, поле Земли.
Его величина зависит от размеров и глубины залегания намагниченных объектов, например
залежей железных руд. Магнитометрами (полевыми, самолётными или корабельными)
измеряют абсолютную величину магнитного поля либо его относительные значения, которые
сравнивают с измеренными в опорных пунктах. Характеристикой магнитного поля служит
напряжённость; она измеряется в эрстедах и гаммах. Напряжённость земного поля на
магнитном полюсе равна 0,65 Э, а на экваторе — 0,35 Э.
Первые приборы представляли собой намагниченную стрелку, подвешенную на упругой нити.
Величину её отклонения, прямо пропорциональную напряжённости измеренного поля,
определяли при помощи оптической системы. Приборы такого типа обеспечивают
чувствительность до 4—5 у.
Приборы второго поколения называются феррозондовыми (от лат. ferro — «железо» и фр.
sonde). Такое устройство представляет собой два стержня с обмотками, поверх которых надета
измерительная катушка. Когда на обмотки подают ток, стержни намагничиваются, и в катушке
возникает напряжение. Можно подобрать такую величину тока и его частоту, что поле катушки
скомпенсируется геомагнитным полем в опорном пункте, и напряжение не появится. Если
геомагнитное поле изменится (в другом пункте), изменится и намагниченность стержней;
соответственно в катушке появится сигнал. Чувствительность феррозондовых магнитометров
составляет 2—4 у.
Приборы третьего поколения, появившиеся в 60-х гг. XX столетия, используют уже квантовый
Полевой гравиметр (со снятой крышкой).
Вверху видна измерительная система, сделанная из кварцевого стекла.
*Миллигал (1 мГал = 0,001 Гал) — стомиллионная доля g (или 10'8 g).
**Единица напряжённости магнитного поля — эрстед (Э) — названа по имени датского физика
X. К. Эрстеда.
***Гамма (у) — стотысячная доля эрстеда (или 10'5 Э).
167
Аппарат для глубинного электромагнитного сканирования верхней части земной коры.
Опытный образец разработан и испытан учёными Института геофизики Сибирского
отделения Российской академии наук. Прибор может «заглянуть» на глубину до 50 м.
зависимость частоты электромагнитного излучения атомов вещества от внешнего магнитного
поля. Существует два типа таких приборов.
Протонные магнитометры содержат сосуд с водой или керосином (в молекулах этих
жидкостей много атомов водорода, ядра которых состоят из протонов). Сосуд помещён внутрь
катушки. Когда на её обмотки подают ток, жидкость намагничивается: протоны выстраиваются
вдоль поля катушки. Затем ток быстро выключают, и протоны начинают вращаться, как
волчки, вокруг силовых линий магнитного поля Земли. Крутящиеся протоны представляют
собой миниатюрные магниты; при их движении в обмотке возникает переменное напряжение,
частота которого определяется величиной геомагнитного поля в данной точке. Абсолютная
погрешность протонных магнитометров составляет около 1 у.
В квантовых оптических магнитометрах атомам газа энергию сообщают мощной световой
вспышкой. Полученную энергию атомы отдают, излучая электромагнитные волны с частотой,
прямо пропорциональной напряжённости магнитного поля. Точность этих приборов ещё выше
— ДО 0,1 у.
Землю изучают и методами электроразведки. В результате солнечного и космического
излучений, непрерывных ударов молний в землю (свыше 100 раз в секунду), химических и
физических реакций, приводящих к появлению электрических зарядов в горных породах и в
подземных водах, возникают природные электрические поля. Линии электропередачи, антенны
теле- и радиостанций создают искусственные поля. По характеристикам электрического поля
(например, по сопротивлению) исследователи научились различать горные породы и залежи
металлических руд. Впервые электроразведку для поиска полезных ископаемых применили в
конце XIX в. К. Барус (США) и Е И. Рагозин (Россия).
При работе методом кажущегося сопротивления в грунт вбивают два электрода и подключают
их к источнику постоянного тока. Возникшее электрическое поле исследуют при помощи
второй пары электродов, соединённых с вольтметром. По величине измеренного напряжения
рассчитывают сопротивление данного участка земной коры; оно даёт представление о его
строении.
При электромагнитной разведке на поверхности земли раскладывают кабель в виде петли и
пропускают через него переменный ток. В проводящих участках коры (например, в залежах
руды) он создаёт магнитное поле, по величине которого судят о размерах и положении залежей.
Магнитотеллурическими (от «магнит» и лат. tellus — «Земля») методами изучают
переменные электромагнитные поля Земли естественного происхождения. Магнитометры и
электрические датчики принимают излучения, приходящие с глубины в несколько километров.
Эти излучения дают достаточно полное представление о геологическом строении данной
территории.
Тепловые поля Земли, возникшие в результате сложных физических и химических процессов
(например, радиоактивного распада некоторых химических элементов), исследуют
тепловизорами. Их чувствительные элементы принимают инфракрасное (тепловое) излучение
глубинных пород. Излучение это очень сла-
168
бое, поэтому приёмники тепловизора охлаждаются жидким азотом или гелием до температуры
-200—230 °C. Принятые сигналы поступают на экран телевизора или фиксируются на
фотоплёнке. Распределение температур зависит от внутреннего строения планеты.
Горные породы «просвечивают» электромагнитными и акустическими волнами. По двум
соседним скважинам перемещают одновременно излучатель и приёмник. По тому, как
залегающие между скважинами породы поглощают волны, оценивают их электрические и
упругие свойства.
При радиолокационных исследованиях применяют георадары. Это устройство представляет
собой радиолокатор, который «светит» внутрь Земли. Почва и горные породы поглощают
радиоволны, поэтому проникают они только на глубину в несколько десятков метров. Антенна
георадара излучает радиоимпульс, который отражается от плотных пород и возвращается к
принимающей антенне. Скорость распространения радиоволн зависит от физических свойств
горных пород и жидкостей, их насыщающих (воды, нефти). Очень удобен георадар и для
инженерных нужд: он с большой точностью обнаруживает трубопроводы, кабели и подземные
сооружения.
Наблюдают за естественной радиоактивностью горных пород и воздуха с помощью гамма-
счётчиков и эманометров (от лат. ешапо — «вытекаю» и греч. «ме'трон» — «мера»). В
сцинтилляционных (от лат. scintillatio — «мерцание») счётчиках под действием радиации
возникают вспышки света, а фотоумножитель преобразует их в электрические сигналы,
которые затем усиливаются и регистрируются. Спектрометрические гамма-счётчики
позволяют узнать, какой элемент — уран или торий — был источником радиоактивного
излучения.
Известно, что урановые руды содержат радий, который выделяет бесцветный газ — радон. Газ
этот радиоактивен: он распадается, излучая альфа-частицы. Чтобы определить
мощность месторождения урановой руды, пробу воздуха, содержащего радон, закачивают в
эманометр, и прибор измеряет интенсивность альфа-излучения.
На горные породы воздействуют гамма-излучением или потоками нейтронов разных энергий.
Гамма-счётчики измеряют интенсивность вторичного гамма-излучения и энергию нейтронов. С
помощью нейтронных методов находят залежи соединений, содержащих водород (воду, нефть,
газ), металлов и редкоземельных элементов. Гамма-методами измеряют плотность пород и
определяют их элементный состав.
Портативная импульсная рентгеновская установка.
С её помощью исследуют движения нефти и воды в пористом камне при высоких
температурах и давлениях.
169
КАК ЛЮДИ УЗНАЮТ ТАЙНЫ ОКЕАНА
Океан всегда привлекал человека. Океан огромен, и древним мореплавателям он представлялся
бесконечным. На самом деле Мировой океан занимает 70,8 % поверхности земного шара, т. е.
почти в 2,5 раза больше, чем суша. В наше время океан — важнейший транспортный путь,
соединяющий
страны и континенты; его бороздят свыше 60 тыс. судов из разных стран. Кроме того, это
источник богатейших биологических ресурсов — растений и разнообразных морских
животных, в первую очередь рыбы. Ежегодный её улов достигает 70 млн. тонн. Под дном
океана скрыты месторождения нефти, газа, каменного угля, ценного минерального сырья
(например, руд, содержащих марганец, титан, медь, никель, кобальт, фосфор и др.).
Большое влияние оказывает океан на климат Земли. Поглощая основной поток солнечной
энергии, он служит гигантским аккумулятором тепла. Течения, несущие нагретые солнцем
экваториальные воды в высокие широты, смягчают климат холодных областей планеты. Из
океана же поступает и большая часть влаги; сначала она собирается в облака, а затем выпадает
на землю в виде дождей. Над океанскими просторами зарождаются разрушительные ураганы и
тайфуны.
Процессы, происходящие в глубинах и на поверхности океана, составляют предмет многих
наук. Эти исследования нужны для того, чтобы сделать безопасными мореплавание и
рыболовный промысел, разведку и добычу полезных ископаемых; чтобы прогнозировать
погоду на нашей планете. Например, учёные-океанологи изучают в разных районах Мирового
океана состав и температуру воды, скорость и направление течений, рельеф дна и строение
земной коры; наблюдают за планктоном, за поведением рыб и других морских животных.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОСТАВА МОРСКОЙ ВОДЫ
Исследование океана осуществляется с помощью специальных приборов и оборудования. Уже
в XIX в. для измерения температуры воды использовали особые термометры, а для взятия
V
Научно-исследовательское судно «Академик Мстислав Келдыш». Россия.
Водоизмещение — 6200 т: длина — 120 м: ширина — 17,8 м: скорость — 16 узлов (29,6 км/ч):
может брать на борт подводные глубоководные обитаемые аппараты «Мир-1» и «Мир-2»,
гидрофизические зонды и др. Пробы воды и грунта, образцы растительного и животного мира
океана изучают в 17 лабораториях, находящихся на корабле.
Глубоководный обитаемый подводный аппарат «Мир». Россия.
170
Гидрофизический зонд с кассетой батометров.
проб с различных глубин металлические сосуды — батометры (от греч. «ба'тос» — «глубина»
и «ме'трон» — «мера»). Было установлено, что температура поверхностного слоя воды зависит
от района океана и от времени года. У экватора она равна 25—28 °C, в средних широтах
колеблется от 0 до 20 °C. На глубине свыше 1000 м температура воды практически постоянна и
составляет от -2 до 5 °C. Состав растворённых в морской воде солей везде одинаков, меняется
только их концентрация, иначе говоря, солёность.
В настоящее время для определения температуры и состава морской воды на разных глубинах
применяют гидрофизические зонды. Этот прибор оборудован микропроцессорным комплексом,
измерительными датчиками и батометрами; его корпус способен выдерживать большое
давление воды. Опускают зонд на тросе при помощи судовой лебёдки. Во время погружения
микропроцессор поочерёдно включает датчики, преобразует их показания в цифровой код и
передаёт по кабелю на судно. Корабельный компьютер обрабатывает полученные данные и
выдаёт результаты в виде таблиц и графиков. Пробы воды батометры отбирают по команде
оператора судна. Измерения проводятся несколько раз в секунду.
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОКЕАНСКИХ ТЕЧЕНИЙ
Изучение течений необходимо для составления прогнозов погоды и для выбора наиболее
благоприятных маршрутов судов и мест рыболовного промысла. На протяжении веков о
скорости и направлении течений судили, наблюдая за дрейфом судов и льдин, за
проплывающими предметами. Использование попутных течений и ветров помогало
мореплавателям преодолевать большие расстояния даже на несовершенных судах.
Океанские течения имеют различную природу. Одни вызываются ветрами и захватывают лишь
поверхностный слой воды. Другие, приливно-отливные, возникают на больших глубинах
вследствие притяжения Луны. Хорошо известны также течения в виде огромных тёплых и
холодных «рек». Например, тёплые течения Гольфстрим (в северной части Атлантического
океана) и Куросио (в Тихом океане) достигают 20 км в ширину и нескольких сот метров в
глубину. Эти гиганты несут экваториальные воды в Северное полушарие со скоростью,
достигающей 10 км/ч.
Современные устройства для изучения течений разнообразны по конструкции и принципу
действия. Среди них есть механические, ультразвуковые и электромагнитные. Наиболее
широко применяются электромеханические приборы, напоминающие маленькую мельницу,
лопасти которой вращает водяной поток. Некоторые приборы могут одновременно измерять
скорость течения, температуру, солёность воды и ряд других параметров.
Изучение течений в открытом океане — сложная техническая задача. В прибрежных зонах
исследования
171
Геологическая грунтовая трубка.
В верхней части трубки (диаметр 50 мм) установлен груз, иод тяжестью которого она
погружается на 10 — 20 м в толщу осадков. После подъёма трубки из неё извлекают колонку’
грунта, по которой изучают строение и состав верхнего слоя осадков.
проводятся с платформ, эстакад или судов, стоящих на якоре. Прибор просто опускают на тросе
на заданную глубину и по окончании работы поднимают на судно. Однако в открытом океане
под действием течения и ветра судно непрерывно движется, что ведёт к ошибкам в измерениях.
Поэтому учёные разработали специальные автономные буйковые станции (АБС). Такая
станция представляет собой маленькое судно без экипажа, оснащённое комплексом
измерительной аппаратуры и стоящее на якоре. Обычно АБС имеют форму диска или
цилиндра, чтобы лучше выдерживать штормовую погоду. Буи устанавливают и в прибрежных
зонах, и вдали от земли.
АБС производят регулярные измерения, а затем по каналам радиосвязи автоматически
передают полученные данные на берег. С появлением АБС учёные получили возможность
круглый год наблюдать за процессами, происходящими в толще океанских вод, изучать
циркуляцию воды в их поверхностных слоях, вести метеорологические наблюдения.
Однако АБС делают замеры лишь там, где сами находятся. Более полную информацию о
течениях дают дрейфующие буи. Радиопередатчики, установленные на буях, посылают сигналы
на искусственные спутники Земли. Последние определяют координаты дрейфующих буёв, а
затем каждые два-три часа передают эти координаты в береговые центры сбора данных. Так с
большой точностью определяется направление и скорость течения. Дрейфующие буи оснащены
приборами, измеряющими температуру воды и воздуха, а также атмосферное давление.
Показания приборов передаются на спутники.
ИЗУЧЕНИЕ ДНА ОКЕАНА
С древнейших времён мореплаватели измеряли глубину с помощью лота — бечёвки с метками
и грузом на конце. Её опускали за борт, как правило, на малых глубинах, где существует
опасность посадить судно на мель. В XX в. стали применять эхолот. Действие прибора
основано на способности звуковых волн распространяться в воде, отражаться от дна и
возвращаться на поверхность. Антенна эхолота посылает на дно звуковой импульс. Скорость
звука в воде известна — 1500 м/с. Чтобы определить глубину, нужно измерить время, за
которое сигнал проходит в обе стороны. Полученная информация регистрируется на
движущейся ленте бортового самописца. Измерения производят очень часто, поэтому на ленте
получается непрерывная линия, показывающая изменение глубины (а значит, рельеф дна) по
маршруту движения судна.
Для изучения рельефа на больших площадях были созданы многолучевые эхолоты,
охватывающие полосу в несколько километров шириной. Они посылают одновременно
несколько импульсов по обе стороны судна в виде веера.
Благодаря эхолотам учёные смогли «увидеть» сложный рельеф дна океана — гигантские
горные хребты, рифовые зоны, впадины, пики и вул-
Российский эхолот «Кристалл».
172
Геологическая драга.
Драгу используют там, где нельзя применять грунтовые трубки,— в местах выхода скальных
и вулканических пород. Волочась по дну, драга скалывает и собирает куски грунта.
каны, скрытые под многокилометровой толщей воды. На основании измерений, проведённых с
помощью этих приборов океанологами разных стран, были составлены карты рельефа дна
Мирового океана.
Учёные исследуют также состав и строение донного грунта. Например, удалось выяснить, что
часто дно океана покрыто толстым слоем осадков. Они накапливались в течение тысячелетий:
воды океана переносили материковый грунт, стоки рек, выбросы подводных вулканов. Для
изучения дна океана применяются различные геологические грунтовые трубки, буровые
установки, дночерпатели и драги. Их опускают с борта судна на тросе, захватывают образцы и
поднимают на поверхность.
Немало ценной информации получают, используя установки непрерывного сейсмического
профилирования. Принцип работы таких установок тот же, что и у эхолота; при этом
используется свойство звуковых волн низкой частоты проникать в толщу донных осадков.
На небольших глубинах применяются установки с высоковольтной батареей конденсаторов. Её
разряд,
пропущенный через два электрода, погружённые в воду, вызывает импульс излучения. При
глубинном зондировании дна в качестве источника звукового импульса используют воздушные
пушки, выстреливающие под воду воздух, сжатый до 10—15 атм. Проникающие в осадочную
толщу звуковые импульсы частично отражаются от находящихся в ней неоднородных
элементов, слоистых осадков и от земной коры. Отражённые сигналы принимают особые
микрофоны — так называемые сейсмические косы; их буксируют за судном. Результаты
полученных измерений отображает схема разреза осадочной толщи и рельефа дна по маршруту
судна. С помощью установок с высоковольтной батареей конденсаторов ведутся поиски
месторождений нефти и газа на дне моря.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИВОТНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА ОКЕАНА
Биологи для изучения подводной флоры и фауны используют сходные с рыболовными сети и
донные тралы. Отлавливая планктон, рыб и другие организмы, собирая растения на разных
глубинах и в различных районах океана, учёные классифицируют полученные образцы (см.
статью «Систематика, или Как упорядочить разнообразие живого» в томе «Биология»
«Энциклопедии для детей»), составляют карты распределения видов, выявляют места,
благоприятные для рыболовного промысла, устанавливают допустимые размеры улова, исходя
из количества рыбы на данном участке океана. Создание глубоководных обитаемых подводных
аппаратов позволило учёным непосредственно наблюдать за океанической флорой и фауной. С
помощью таких аппаратов удалось обнаружить и исследовать ранее неизвестные геологические
структуры. Так были открыты подводные газовые фонтаны, бьющие на высоту
Планктонная сеть.
Сеть опускают на заданную глубину на тросе, а когда поднимают, в ней собирается
планктон.
173
до 300—400 м, названные «курильщиками». В Атлантическом океане на глубине 6000 м
найдены горячие источники с температурой более 100 °C, вокруг которых обитает огромное
количество морских организмов.
Для исследования океанского дна применяют и телеуправляемые подводные аппараты, связь с
которыми
поддерживается по кабелю. Они оборудованы телевизионными видеокамерами и источниками
света, перемещаются под водой при помощи электродвигателей и управляются оператором с
борта судна. На некоторых аппаратах установлены манипуляторы, позволяющие собирать со
дна животных и образцы грунта.
«МИР»
Глубоководный обитаемый подводный аппарат «Мир» предназначен для исследований на
глубинах до 6000 м; может находиться под водой в течение 80 часов. Длина — 6,8 м; ширина
— 3,6 м; высота — 3 м; диаметр сферического корпуса — 2,1 м; входной люк расположен в
верхней части. На борту «Мира» могут работать одновременно три человека. Экипаж
поддерживает постоянную связь с судном по гидроакустическому каналу. При погружении
аппарата балластные цистерны заполняются водой, а при подъёме на поверхность включаются
насосы и выкачивают воду. Ходовой электродвигатель (питается от аккумуляторов) позволяет
двигаться со скоростью до 9 км/ч; два боковых двигателя служат для маневрирования.
«Мир» оборудован телевизионной видеокамерой, фотоустановкой и мощными светильниками.
Два манипулятора отбирают образцы грунта, животных и растительности; пробы воды берут
батометры. Аппарат снабжён небольшой буровой установкой, что позволяет брать пробы
скального грунта. Для наблюдения есть иллюминаторы (диаметр центрального — 210 мм,
боковых — по 120 мм).
С помощью подводных аппаратов «Мир» были обследованы легендарный пароход «Титаник»,
затонувший на глубине 4000 м, и подводная лодка «Комсомолец», покоящаяся на дне
Норвежского моря.
Аппарат «Мир-1» на мостике «Титаника».
Деталь механизма «Титаника».
Обе фотографии сделаны с аппарата «Мир-2». 1991 г.
174
Запуск в 1957 г. первого искусственного спутника Земли, осуществлённый в СССР, открыл
новые возможности для наблюдения за океаном. Сегодня спутники круглосуточно передают
информацию о нём, в частности о границах льдов, тёплых и холодных течениях, температуре
верхних слоёв воды, скорости ветра у поверхности океана, силе его волнения. Из космоса
получают данные о районах скопления рыб, о растительности, местах загрязнения.
Кроме того, с помощью спутников был измерен уровень Мирового океана с точностью до 2 см.
Выяснилось, что уровень океана зависит от рельефа дна: он ниже над подводными горами и
выше над впадинами и желобами. Это объясняется тем, что сила земного притяжения у
массивных гор больше, чем возле впадин.
С помощью спутников ведут наблюдения за дрейфом буйков, движением льдов и айсбергов;
изучают миграцию китов, дельфинов, черепах (для этого к телу животного прикрепляют
миниатюрные радиопередатчики); собирают информацию с автономных океанографических
станций. Получаемые же со спутников фотографии облачности над океаном необходимы для
составления как можно более точных прогнозов погоды.
Геологический трал.
ТЕХНИКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ
Воздушная среда вокруг нашей планеты, или атмосфера, очень сложна для изучения. Она
находится в динамическом равновесии с океаном, внутренней Землёй (откуда постоянно
выделяются газы и изливается магма), космосом и биосферой. Исследует механизм этого
равновесия и прогнозирует изменение климата метеорология (от греч. «метеора» —
«атмосферные явления» и «логос» — «учение») — наука об атмосфере. Столь серьёзную
работу без специальной аппаратуры проводить невозможно: с помощью приборов определяют
направление движения воздушных масс, состав газовой среды, получают данные о химических
реакциях, происходящих под воздействием солнечного и космического излучений, и о многих
других процессах.
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Первые метеорологические приборы появились, вероятно, очень давно. До нашего времени
сохранились трактаты учёных Античного мира с описанием прибора, который указывал
направление ветра (тогда считалось, что погоду во многом определяет именно ветер). Позже
это устройство назвали флюгером (от голл. vleugel — «крыло»). Прибор, измеряющий скорость
ветра, — анемометр (от греч. «а'немос» — «ветер» и «ме'трон» — «мера») — создали только в
XVII столетии в Англии.
Идея термометра (от греч. «те'рме» — «тепло» и «ме’трон»), барометра (от греч. «ба'рос» —
«тяжесть» и «ме'трон») и дождемера принадлежала итальянскому учёному Галилео
л
Старинный флюгер на башне кремля. Ростов Великий.
175
ЧТОБЫ СОСТАВИТЬ ТОЧНЫЙ ПРОГНОЗ погоды...
Данные о состоянии атмосферы, океана и суши, полученные на метеорологических,
аэрологических и радиолокационных станциях, а также со спутников, передаются сначала в
территориальные, затем в региональные и, наконец, в мировые метеорологические центры.
Мировых центров всего три — в Вашингтоне, Мельбурне и Москве. В американский —
поступают сведения из западной половины Северного полушария, в российский — из
восточной, а в австралийский — со всего Южного полушария. Центры непрерывно
обмениваются информацией по сети кабельной и спутниковой связи.
Обрабатывать такой гигантский поток информации традиционными способами стало
невозможно: в начале 80-х гг. ЭВМ ЕС-1065 выполняли всего лишь 20—30 млн. операций в
секунду.
В Гидрометцентре России (является региональным и мировым метеорологическим центром)
сегодня применяют высокопроизводительные вычислительные машины — суперкомпьютер
CRAY Y-MP8E (8 процессоров; тактовая частота — 6 нс; оперативная память — 2 Гб; память
на магнитных дисках — 62 Гб; пиковая производительность — 2,7 млрд, операций в секунду) и
CRAY Y-MP EL98 (2 процессора; тактовая частота — 32 нс; оперативная память — 256 Мб;
память на магнитных дисках — 12 Гб; пиковая производительность — 266 млн. операций в
секунду). Современные технические средства связи и оборудование позволяют специалистам
оперативно получать и обрабатывать
информацию непосредственно на своём рабочем месте, используя графические станции.
Например, сотрудник метеоцентра в Москве, лишь нажимая клавиши на клавиатуре
компьютера, может увидеть в реальном времени состояние атмосферы в Подмосковье и
ближайших областях: на экране монитора появятся карты опасных явлений погоды,
облачности, влажности, прогноза погоды.
Автоматизированное рабочее место прогнозиста. Гидрометцентр России. Москва.
Суперкомпьютер CRAY Y-MP8E. Гидрометцентр России. Москва.
176
Научные приборы середины XVII а.
1—5 — термометры. 6 — гигрометр.
Гравюра из книги Э. Торричелли
•Опыт получения живота «еребра» 1644 г.
Галилею. Термометр Галилей изобрёл в 1597 г. Он представлял собой стеклянный шар с
трубкой, один конец которой был погружён в воду. Изменение уровня воды в трубке
свидетельствовало о повышении или понижении температуры (о способности воздуха
расширяться при нагревании знали ещё в древности). К середине XVII в. термометры
значительно усовершенствовали: их стали наполнять спиртом и снабдили шкалой. А вот
барометр создал ученик Галилея — Эванджелиста Торричелли: он воплотил идею своего
учителя в жизнь.
КАК ИССЛЕДУЮТ АТМОСФЕРУ
В конце XX в., как и несколько столетий назад, важно знать, каковы температура воздуха,
атмосферное давление, влажность. Однако о процессах, протекающих не у поверхности Земли,
а на высоте в десятки километров, простые термометр и барометр рассказать не могут. Здесь на
помощь приходит сложная техника.
Чтобы получить подобные данные, используют радиозонды — приборы, включающие в себя
датчики температуры, влажности и давления, указатель высоты и радиопередатчики. Зонд
прикрепляют к наполненному водородом небольшому шару и запускают. Поднимаясь, он
непрерывно передаёт сведения о состоянии атмосферы на разных высотах (до 40 км и более).
Каждый год в мире отправляют в полёт около 300 тыс. таких шаров-зондов.
Для отбора проб воздуха и измерения интенсивности потоков заряженных частиц используют
большие шары-баллоны — грузоподъёмностью до 1 т. Запускают их часто с палубы корабля.
Чтобы не мешал сильный ветер, оболочку наполняют гелием в специальном контейнере — его
форма повторяет форму шара. Когда контейнер раскрывается, шар устремляется ввысь вместе с
необходимой аппаратурой.
Запуск радиозонда на метеорологической станции.
Ежесуточные аэрологические наблюдения за давлением, температурой, влажностью и
ветром проводятся с помощью системы радиозондирования, установленной на шарах-зондах.
Плотность сети станций зависит от степени населённости территорий.
Ав><>млтический метеомимллекс. Томск.
Применяется на стационарных и передвижных метеостанциях для определения
температуры воздуха, скорости ветра и его направления, давления. влажтюсти.
177
Лазерный локатор «Лидар».
С помощью локатора ведутся исследования метеорологических параметров атмосферы,
определяется уровень её загрязнения, а также физические характеристики различных
атмосферных слоёв.
Современные технические устройства могут определять, что происходит в воздушном
пространстве, и на расстоянии. Их работа строится по следующей методике. Излучатель
(радиолокатор, лазер, звуковой генератор) посылает сигнал в атмосферу. Радиоволна, свет или
звук отражаются от облака, дождевых капель, потоков воздуха и возвращаются обратно. При
этом в зависимости от природы препятствия меняются характеристики импульса. Полученный
сигнал учёные сравнивают с первоначальным и по изменениям судят о процессах,
протекающих в атмосфере. Так, например, сегодня действуют три радиолокационные станции
слежения за дождевыми облаками, расположенные в центральной части России (Москва,
Калуга, Рязань).
Спутниковые и наземные озонометры, ведущие мониторинг (ежедневное наблюдение)
озонового слоя Земли, работают по-другому — не воздействуя на воздушную среду. Они лишь
фиксируют проходящее через атмосферу ультрафиолетовое излучение. Молекулы озона
поглощают ультрафиолет, и по тому, насколько
ЩИТ ЗЕМЛИ
Люди не только исследуют атмосферу, но и учатся управлять процессами, происходящими в
ней. Стали уже привычными самолёты, разгоняющие облака. С них распыляют специальные
вещества, и облака рассеиваются. Такой метод использовали, в частности, во время торжеств
по случаю 50-летия Победы в Великой Отечественной войне, а также в дни празднования 850-
летия Москвы в 1997 г.
В последние десятилетия обеспокоенность учёных вызывает резкое уменьшение защитного
озонового пояса Земли: ведь озон помогает уменьшить воздействие ультрафиолетового
излучения, вредного в больших количествах для живых организмов. Научно-производственное
объединение «Энергия» (Россия) разработало спутниковую систему восстановления озонового
слоя. Суть проекта такова. На спутниковых платформах, находящихся на солнечно-синхронной
орбите (постоянно освещённых Солнцем), с помощью солнечных батарей будет
преобразовываться энергия солнечных лучей в мощное лазерное излучение. Под его
воздействием молекулярный кислород, содержащийся в атмосфере, разлагается на атомы,
которые соединяются в молекулы озона.
Проект спутниковой системы восстановления озонового слоя, разработанный в научно-
производственном объединении «Энергия».
178
Спектрометр-озонометр «Пион».
сильно рассеяно излучение, судят о толщине озонового щита.
И озонометры, и радиозонды, и радиолокационные станции входят в единую систему
мониторинга атмосферы. В этой системе действует много приборов и устройств: они следят за
радиоактивностью воздуха, измеряют количество пыли и водяного пара в нём, концентрацию
озона, окислов азота, углерода, серы, углекислого газа, метана и др. Полученные данные
используются в оперативном прогнозе погоды.
ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ СО СПУТНИКОВ
Воздушную среду изучают не только с Земли, но и из космоса. Со спутников следят за
температурой, плотностью и химическим составом средней (10—100 км от поверхности Земли)
и верхней (более 100 км) атмосферы. Самой современной аппаратурой для подобных
исследований является CRISTA (Германия). Это три инфракрасных телескопа-спектрометра,
которые улавливают тепловое излучение газов. Чтобы определить, как распределяются газы,
проводят зондирование (сканирование) атмосферы по высоте. Три телескопа направлены под
углами 162°, 180° и 198° к траектории движения спутника, так что вся воздушная среда
разделяется на три полосы по 200 км шириной. Каждую полосу наблюдает один телескоп. Весь
участок необходимо измерить за 1 с. На борту CRISTA (так называют и сам спутник)
содержится 600 л жидкого гелия, имеющего температуру -270 °C. Он охлаждает
высокочувствительные инфракрасные детекторы и оптические устройства, чтобы их
собственное тепловое излучение не мешало измерениям. За 16 оборотов спутника вокруг Земли
в течение суток можно получить картину распределения в атмосфере соединений углерода,
азота, хлора, фтора и других элементов. Такая условная карта состоит из более чем 9 тыс.
квадратов размером 200x200 км каждый.
В 60-х гг. XX в. американские спутники неожиданно начали фиксировать всплески гамма-
излучения, подобные тем, что возникают при ядерных испытаниях. Но никаких испытаний там,
где заметили подобные явления (над Африкой, Индонезией, океанскими просторами), быть не
могло. Вскоре выяснилось, что аппаратура регистрирует не взрывы, а мощные грозы. С
помощью высокочувствительных кинокамер, спектрографов и приёмников гамма-излучения,
размещённых в самолёте-лаборатории, удалось заснять необычные электрические разряды —
восходящие молнии в средней атмосфере. Природа этого относительно редкого явления до сих
Приборы, измеряющие содержание ртути, пыли, металлов, пестицидов в атмосфере.
179
пор неясна. В среднем на 500 обычных молний приходится одна, бьющая в ионосферу, при том
что в год на земном шаре происходит около 10 млрд, грозовых разрядов.
Запуск ракеты М-100Б с борта научно-исследовательского судна «Академик Ширшов»
вблизи острова Кергелен в Индийском океане.
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ РАКЕТА
Исследуют атмосферу даже с помощью ракет. Пример подобной метеорологической техники
— российская двухступенчатая твердотопливная неуправляемая ракета М-100Б. Первая её
ступень имеет диаметр 250 мм, длину 4,1 м и работает 5 с. Вторая ступень того же диаметра
длиной 1,5 м работает 4,5 с. При запуске из установки ракета закручивается со скоростью 3,5
оборота в секунду.
Отделение первой ступени происходит механически после возгорания пороха во второй
ступени. Головная часть ракеты с приборами и блоками питания (батареями и аккумуляторами)
на активном участке траектории (пока работает двигатель) закрыта обтекателем; на высоте 50
км он сбрасывается. Головная часть отделяется на высоте 65—70 км. Одновременно
раскрывается парашют площадью около 40 м2, который стабилизирует полёт на верхнем
отрезке траектории свободного падения, а в плотных слоях атмосферы (ниже 50—40 км) резко
замедляет скорость снижения и заставляет ракету дрейфовать в соответствии с силой и
направлением ветра.
Скорость ветра на больших (до 100 км) высотах измеряют, наблюдая с помощью наземного
радиолокатора за движением металлизированных надувных шаров, лент или стеклянных игл,
которые ракета выбрасывает по команде с Земли. Температуру атмосферы определяют
четырьмя термометрами сопротивления, сделанными из тончайшей вольфрамовой проволоки.
Действие этих приборов основано на способности металлов изменять электрическое
сопротивление в зависимости от температуры. При этом вводятся поправки, учитывающие
скорость движения ракеты, солнечное излучение, тепловую инерцию проволоки и др.
Для определения концентрации озона применяют хемилюминесцентный метод. При движении
ракеты че-
180
Головная часть
Метп>ро«иичтчкая
ракета М-1006.
рез её бортовой проточный реактор, защищённый от света ловушками-лабиринтами, течёт
воздух. Озон, взаимодействуя с поверхностью диска из пористого стекла, покрытого
люминофором, вызывает его свечение, которое регистрируют чувствительные фотоприёмники.
В других приборах используют реакции, позволяющие измерять концентрации окислов азота и
атомарного кислорода, слой которого расположен на высоте 90—100 км.
Испытывают такие ракеты на установках, моделирующих условия верхней атмосферы, и в
аэродинамических трубах, где создают сверхзвуковые потоки разрежённого газа.
Надувная сфера. Совместная разработка СССР — ГДР.
Из ракеты в атмосферу выбрасывается малогабаритный контейнер со сложенной сферой
из майлара (тонкого пластика), которая надувается за счёт испарения лёгкой жидкости
(изопентана). Предназначена для измерения скорости и направления ветра на больших
высотах.
Головная часть ракеты М-100Б с озонометрической аппаратурой.
*Хемилюминесценция (от «хемо...» — часть сложных слов, указывающая на отношение к
химии, и лат. lumen — «свет») — свечение, сопровождающее некоторые химические реакции.
181
БИОСФЕРА И СРЕДСТВА ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ
Уже в глубокой древности люди начали задумываться над тем, как устроена жизнь на Земле.
Почему, например, рыбы обитают в воде, а человек, олень или тигр — только на суше? Отчего
одни растения хорошо себя чувствуют под палящим солнцем, а другие расцветают под снегом?
В 1875 г. австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831—1914) ввёл понятие биосфера (от греч.
«би'ос» — «жизнь» и «сфа'риа» — «шар»). Так он назвал область, где возможна жизнь в самых
разных её проявлениях. Спустя 50 лет замечательный русский учёный Владимир Иванович
Вернадский (1863— 1945) создал целостное учение о биосфере как об активной оболочке
Земли. Исследования показали, что размеры биосферы не так уж и велики: нижняя её граница,
по данным сверхглубокого бурения, не превышает 6 км, а в атмосфере жизнь можно встретить
на высоте до 35 км.
Геологи установили, что возраст биосферы не менее 3,5 млрд. лет. Таким образом, период
существования человека на Земле — лишь короткий отрезок той эпохи, в которую природа
создала окружающий нас мир. Но именно в этот период состояние биосферы качественно
изменилось, потому что на её развитие стали оказывать влияние вооружённые техникой люди.
Без точных знаний о протекающих в биосфере процессах нельзя сказать, что ждёт её, а значит,
и всё человечество в будущем. Ведь наши жизнь и здоровье напрямую зависят от состава
воздуха и воды, урожайности полей, состояния лесов и чистоты рек и морей.
ЧТО ТАКОЕ БИОСФЕРНЫЙ МОНИТОРИНГ
Хозяйственная деятельность с каждым годом расширяется. Люди строят крупные города,
вырубают леса, распахивают степи, перекрывают русла рек плотинами и возводят
гидроэлектростанции... Часто это ухудшает состав почвы, воды и воздуха, меняет климат на
значительных территориях, приводит к исчезновению целых видов животных и растений.
В первозданном виде природу сохраняют только в заповедниках. Там исследователи
наблюдают за природными процессами и живыми организмами в условиях их естественного
обитания. Наблюдение за изменениями природной среды в целом называется биосферным
мониторингом (от лат. monitor — «напоминающий», «надзирающий»). Его проводят с
помощью разнообразных приборов, которые устанавливают на земле, на кораблях, самолётах,
вертолётах и космических кораблях. Особенно важно контролировать состояние биосферы там,
где деятельность человека уже привела к изменениям природы.
Владимир Иванович Вернадский,
лиосферл lor 850 км)
Нфмосф/ум (80 — 850 км)
мгюсфер* (ао 80 км)
182
НдГиюлениг Земли из kimmckj с полимикю
с пузника.
НАЗЕМНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Приборы, установленные в лесу, поле или в горах, измеряют температуру воздуха и
направление ветра, количество осадков и влажность почвы. Показания датчиков передаются по
проводам или радиоканалам в центр сбора информации. Здесь их обрабатывают на
компьютерах и направляют в банк данных. Подобные системы сбора информации называются
телеметрическими, т. е. измеряющими на расстоянии.
Во время экспедиций специалисты определяют видовой состав животных и растений, высоту
растительного покрова, количество растений на единицу поверхности; берут пробы грунта,
воды и воздуха. Привезённые образцы изучают в лаборатории с помощью приборов
химического и газового анализа. Полученные данные позволяют судить об уровне загрязнения
почвы и воздуха, о влиянии так называемых техногенных (возникающих под влиянием
техники) процессов на состояние растительного мира и т. п.
взгляд с высоты
С летательных аппаратов, несущих исследовательскую аппаратуру, проводят наблюдения и
измерения на большой территории. Телевизионная
Биосферные мления. Вил и« космнсд и на Земле.
I. Нлпрлялення морских вет|хм>. Рлгпрслеченме ч мцхк|'и11 ’*•»»«.
.1. Рлспределсмие арктического аыы. 4. Раститечкиостъ к Африке.
183
Наблюдение земной поверхности из космоса.
Видны горные хребты.
Аэрофотосъёмка с борта Ан-24.
Видны реки.
техника позволяет получать цветные изображения. Чувствительность приборов так высока, что
они различают по цвету лиственные и хвойные леса, больные и здоровые деревья, травы на
сухих и заболоченных лугах. Это позволяет следить с воздуха за состоянием растительности на
громадных территориях. На снимках, сделанных с российского спутника «Ресурс-Ф1М»,
можно различить объекты величиной до 5 м. С «Ресурса» получают и обзорные фотографии,
охватывающие сразу большую площадь суши или моря.
Состояние биосферы помогают контролировать два типа искусственных спутников Земли —
геостационарные и полярно-орбитальные. Геостационарный спутник постоянно наблюдает за
определённой территорией, находясь всё время над одной и той же точкой земной поверхности,
расположенной вблизи экватора. Полярно-орбитальный спутник пролетает над полярными
областями и проводит съёмку разных точек приполярных и средних широт.
В настоящее время такие спутники, оснащённые сканирующей аппаратурой, имеют США,
Россия, Франция, Япония, Индия, а также Европейское космическое агентство, объединяющее
несколько государств.
Так выглядел первый искусственный спутник Земли, запушенный 4 октября 1957 г.
ТЕХНИКА КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Философы Древней Греции космосом считали гармоничную Вселенную, в которой царит
порядок и всё подчиняется законам природы (в отличие от хаоса, где царствует слепой случай).
Современные исследователи понимают под космосом примерно то же самое, но их интересует
вопрос: а какие законы управляют Вселенной? Чтобы понять это, космос изучали при помощи
различных наземных устройств — радио- и оптических телескопов, счётчиков заряженных
частиц и прочей научной аппаратуры.
4 октября 1957 г. Советский Союз осуществил запуск первого искусственного спутника Земли.
Устройство, сделанное руками человека, впервые было выведено в космос. С тех пор
исследование Вселенной стало одной из основных задач космической техники. К этой технике
относят, во-первых, ракеты-носители, доставляющие научные приборы в околоземное и
космическое пространство. Сегодня
184
с их помощью выводят на орбиту спутники и межпланетные лаборатории массой в десятки и
сотни тонн. Во-вторых, мощнейшую вычислительную аппаратуру, позволяющую рассчитывать
траектории полёта к планетам Солнечной системы и режимы посадки на них. В-третьих, сами
научные приборы, способные безотказно работать в условиях вакуума, космического холода, в
потоках ионизирующего излучения. В-четвёртых, служебные системы и агрегаты, которыми
оснащаются космические станции.
Космические исследования обходятся недёшево. Например, орбитальный телескоп диаметром 1
м стоит в сто раз дороже наземного. Создание космического телескопа «Хаббл» с зеркалом
диаметром 2,4 м обошлось американцам более чем в 6 млрд, долларов. Но на эти траты
приходится идти. Научная аппаратура сегодня приносит не менее половины всей
астрофизической информации, поступающей в распоряжение учёных.
Главная причина, заставляющая выводить научную аппаратуру в космос, — влияние земной
атмосферы. В ней распадаются заряженные частицы, прилетающие из глубин Вселенной и от
Солнца, рассеиваются и поглощаются излучения. Атмосфера никогда не бывает спокойной:
воздух дрожит, размывая изображение звёзд в телескопах. Приборы в космосе не испытывают
воздействия атмосферы и поэтому позволяют получить гораздо больше научной информации,
чем наземные.
Но существуют задачи, которые в принципе невозможно решить без космической техники. Это
непосредственное изучение атмосферы планет Солнечной системы и их поверхности,
исследование межпланетного пространства.
Научные приборы, предназначенные для орбитальных и межпланетных лабораторий,
создаются с учётом условий космоса. Зеркала оптических телескопов делают не из простого
стекла, а из ситалла, продукта объёмной кристаллизации стекла разного состава. Ситалл очень
прочен, а главное — практически не подвержен
Пушка или ракета? Де Монтан. Гравюра к роману Ж. Верна «Из пушки на Луну».
Ещё во второй половине XIX в. полагали, что аппарат можно вывести в космос, выстрелив им
из гигантского орудия.
*Ионизирующее (от греч. «ио'н» — «идущий») излучение — потоки частиц электромагнитного
излучения, прохождение которых через вещество приводит к возбуждению его атомов и
молекул.
185
Первые космонавты Юрий Гагарин и Герман Титов на встрече со студентами и
сотрудниками Московского государственного университета.
тепловому расширению. К телескопу подключаются различные регистрирующие системы:
спектральные приборы, фотоумножители и так называемые приборы с зарядовой связью
(матрицы ПЗС) — устройства, создающие полноцветное изображение исследуемого объекта.
Изображение в цифровой форме вводится в компьютер и передаётся на Землю; по качеству оно
не уступает фотографическому. Космические телескопы позволяют вести наблюдения в
видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Инфракрасный диапазон
особенно труден для наблюдения: сам телескоп и приёмники излучения приходится охлаждать
почти до температуры абсолютного нуля, чтобы их собственное тепловое излучение не мешало
измерениям.
«ВОЯДЖЕР»
В конце 60-х гг. американское Национальное управление по аэронавтике и исследованию
космического пространства (НАСА) задумало провести эксперимент «Большой тур», идея
которого состояла в следующем.
Обычно космический аппарат может достичь одной планеты. Но иногда, раз в несколько
десятилетий, планеты Солнечной системы как бы выстраиваются друг за другом, и траекторию
полёта удаётся провести сразу мимо нескольких. Подобная ситуация должна была сложиться в
конце 70-х — начале 80-х гг., и американцы задались целью осмотреть за один полёт все
планеты, начиная с Марса. Для этого они решили использовать так называемый
гравитационный манёвр, когда космический аппарат догоняет планету и та «подтягивает» его,
ускоряя и поворачивая. Но на «Большой тур» не хватило средств, пришлось ограничиться
планетами-гигантами. В августе — сентябре 1977 г. стартовали две автоматические
межпланетные станции (АМС) «Вояджер» массой 798 кг каждая. Устроены они одинаково.
Наиболее заметная часть АМС — чашка остронаправленной антенны
диаметром 3,66 м, с помощью которой обеспечивается связь с Землёй. На тыльной стороне
антенны находится герметичный отсек для служебных приборов, имеющий форму
десятигранной призмы. В нём размешены радиосистемы, аппаратура управления с бортовой
электронно-вычислительной машиной, рулевые двигатели, преобразователи электропитания; на
трёх гранях отсека смонтированы радиаторы системы терморегулирования.
Электроэнергией станцию снабжают три радиоизотопных генератора, смонтированные на
одной из трёх штанг. Мощность генераторов в начале полёта достигала 431 Вт.
Научные приборы находятся на двух других штангах. На одной из них установлено четыре
магнитометра, на другой, на поворотной платформе, — две телекамеры с теле- и
широкоугольным объективами, спектрометры ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов,
детекторы космического излучения, заряженных частиц и многое другое.
Станции когда-нибудь выйдут за пределы Солнечной системы и могут быть обнаружены
внеземными цивилизациями. Поэтому на аппаратах установили контейнер с записью
обращения Курта Вальдхайма, в то время Генерального секретаря ООН, приветствий на 60
языках, звуков и шумов Земли обшей продолжительностью 110 мин и 115 изображений.
«Вояджер-1» стартовал 5 сентября 1977 г. С 10 декабря того же года по 8 сентября следующего
он шёл через пояс астероидов; 5 марта 1979 г. сблизился с Юпитером, 12 ноября 1980 г. — с
Сатурном. «Вояджер-2» был запушен раньше — 20 августа 1974 г., но по другой, более
«медленной» траектории. Юпитера он достиг 9 июля 1979 г., Сатурна — 26 августа 1981 г.,
после чего повернул к Урану и Нептуну.
Станция «Вояджер».
Автоматические межпланетные станции «Вояджер» исследовали внешние планеты
Солнечной системы и в дальнейшем покинут её пределы.
186
Несмотря на технические сложности, инфракрасную аппаратуру удалось сделать очень
чувствительной: она способна с околоземной орбиты обнаружить горящую на Луне спичку.
Ещё труднее измерять энергию радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов,
которые буквально пронизывают Вселенную, образуя постоянный фон. Эти радиоволны
возникли одновременно с нашей Вселенной и несут сведения о первых секундах её
существования. Обычные антенны здесь бесполезны, и для работы на специализированных
спутниках были созданы особые рупорные антенны и чувствительные приёмники-радиометры.
Для регистрации рентгеновского и гамма-излучения применяют счётчики и детекторы самых
разных типов. Кванты этих излучений несут очень большую энергию; в зависимости от типа
счётчика они или ионизуют атомы газа, или вызывают световую вспышку в кристалле, или
рождают цепочку искр, отмечающую траекторию их движения. Так регистрируют потоки
заряженных частиц, приходящие из глубин космоса и от Солнца. Из нескольких детекторов
собирают рентгеновский или гамма-телескоп — устройство, с большой точностью
определяющее направление на источник излучения.
Совсем иную аппаратуру несут станции, предназначенные для исследования других планет. Их
оснащают приборами для измерения магнитного поля планеты, анализаторами атмосферных
газов, радиолокаторами для просвечивания плотной облачности. Для спуска на поверхность
планеты такие станции снабжены системами мягкой посадки — тормозными двигателями,
амортизаторами и парашютами. На станциях монтируют стереоскопические (от греч.
«стерео'с» — «твёрдый», «объёмный», «пространственный» и «скопе'о» — «смотрю») камеры
для панорамной съёмки, компактные буровые установки и манипуляторы для отбора проб
грунта. Бортовые лаборатории проводили химические анализы грунта и ставили опыты по
отысканию органической жизни на Марсе. По Луне и Марсу уже разъезжали телеуправляемые
экипажи — отечественные «Луноходы» и американский марсоход «Соджорнер».
Функционирование космических лабораторий обеспечивают различные системы и агрегаты.
Источниками электроэнергии здесь служат панели солнечных элементов и аккумуляторы,
которые от них подзаряжаются, а станции, уходящие далеко от Солнца, снабжаются вдобавок и
атомными батареями. Система телеметрических (от греч. «те'ле» — «вдаль»,
Путь «Лунохода-1».
Космический аппарат «Луна-17» доставил луноход на поверхность планеты 1 7 ноября 1970 г.
(красный квадрат). От места посадки луноход направился к югу (красная линия). Пройдя около
1,3 км, он повернул на север и вернулся (синяя линия) в район посадки 20 января 1971 г. Луноход
двигался через цепочки кратеров и скопления камней, проводил исследования химического
состава пород в разных точках пути (жёлтые треугольники). Поверхность Луны довольно
ровная: профиль по линии АВ (внизу) показывает, что на расстоянии почти в 1 км высота
меняется только на 5 м.
Луноход — самоходный аппарат для исследования поверхности Луны. На фотографии
изображён «Луноход-2».
187
«далеко» и «метро» — «измеряю») измерений следит за тем, чтобы все устройства работали в
установленном режиме. Результаты научных измерений вводятся в запоминающее устройство
и передаются на Землю по радио во время сеанса связи. Особо выделена радиолиния,
позволяющая по командам с пункта управления
включать и выключать приборы, ориентировать станцию, маневрировать. Бортовой компьютер
координирует работу систем и агрегатов станции и управляет ею по заданной программе или
по командам с Земли, а связанный с компьютером эталон времени осуществляет привязку
работы станции к земным часам с точностью
ПРОГРАММА «АПОЛЛОН»
После полёта первого космонавта, гражданина Советского Союза Ю. А. Гагарина, президент
США Джон Кеннеди призвал американских учёных первыми осуществить высадку человека на
Луну. Реализацию столь грандиозной программы возложили на Национальное управление по
аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА).
Под руководством известного немецкого специалиста в области ракетной техники Вернера фон
Брауна были разработаны мощные ракеты-носители, способные вывести на околоземную
орбиту более 100 т полезной нагрузки. Первый полёт «Сатурна-1» состоялся 27 октября 1961 г.
Сама ракета весила 512 т, а выводить в космос могла до 10 т. В 1966 г. «Сатурн-IB» доставил
на орбиту 18 т груза. Непосредственно для полёта на Луну предназначалась трёхступенчатая
ракета-носитель «Сатурн-5». Первый запуск этой огромной, достигавшей в длину 110,6 м,
ракеты состоялся 9 ноября 1967 г. На орбиту высотой 185 км «Сатурн-5» мог доставить 139 т
полезного груза, а при выводе на траекторию полёта к Луне — до 50 т.
Нейл Армстронг, Майкл Коллинз и Элвин Олдрин — экипаж корабля «Аполлон-11».
Фотография. 1969 г.
Одновременно с «Сатурнами» создавался космический корабль «Аполлон». Он состоял из двух
модулей: командного и лунного; в свою очередь лунный — из посадочной и взлётной ступеней.
Масса кораблей «Апол-
Лунный модуль мордоч* « Аполлон>.
МОДУЛЬ, ЫМ ТЛВИНШКИ «Н ТрОНДВТОв С СЖОАОЛуИНОЙ
Н«| П1ИВРПЧHt м ~ГЪ ПЛДННТЫ, ГЛУ'ЖМ А ММ ЖИАМЩ**М R ВС
ПОЛИЦИИ. I н*ИН\ ХИ \\ НУ ДСТрсЖЫДТЫ ВО В Ч-МЧИОИ
< тупснн, з гкхддочмдя плвНф»ичми (кздлжь нз повл'рчмсм FM
ДВУXMf4“ТИЛЯ трине порт МД Я ТС‘5ГА1и* •Ромар« ТМ4М ОГНЛШГНЛ
П*ЛНК4МГр4ММ KOKj^lM* <»»5_»*ЛД№а ЛИ И W it1|Мженит Мч> icMMl
черт* н«»орднм*нныг .мптмин Двиг Лед*» 1гм*жми питал/я от
лк куму аят ирнон Гыт«км*и.
188
до 0,001 с. Система терморегуляции поддерживает на борту требуемую температуру.
Станцию во время полёта ориентируют так, чтобы её антенны были направлены на Землю, а
научные приборы — телескопы, счётчики заряженных частиц, фотоприёмники — на
исследуемый объект: звезду, туманность, планету или её спутник. Высокую точность
наведения приборов обеспечивают компьютеры (на борту и на Земле), которые производят
сложные расчёты. Разворачивают станцию и удерживают её в нужном положении
исполнительные механизмы: двигатели малой тяги и тяжёлые волчки-гироскопы, называемые
Первый человек на Луне. Фотография. 21 июля 1969 г.
Американский астронавт Нейл Армстронг стал первым человеком, ступившим на
поверхность другой планеты.
Лагерь астронавтов.
В центре снимка виден лунный модуль корабля «Аполлон», справа транспортная тележка
«Ровер».
лон» составляла от 42,8 до 56,8 т, командного модуля — от 28,3 до 30,4 т, лунного — от 14,5 до
16,4 т. Общая длина космического аппарата — 17,38 м, модулей — 10,4 и 6,98 м
соответственно.
Экспедиция на Луну проходила следующим образом. «Сатурн-5» доставлял «Аполлон» с
экипажем на околоземную орбиту; оттуда в космическом корабле астронавты (их было трое)
перелетали на окололунную орбиту (ракета-носитель, выполнив свою задачу, сгорала). Затем
два человека команды переходили в лунный модуль. Он отстыковывался от командного и
спускался на поверхность Луны. Третий член экипажа оставался на орбите.
На Луне астронавты работали в скафандрах. Системы жизнеобеспечения (баллоны со сжатым
воздухом, поглотители углекислого газа и водяного пара), рассчитанные на 7 ч нормальной и
1,5 ч аварийной работы, находились за спиной, поэтому их называют ранцевыми. Закончив
исследования, астронавты возвращались на орбиту на взлётной ступени лунного модуля
(посадочная ступень оставалась на поверхности Луны), состыковывались с командным
модулем и направлялись к Земле. Приземлялись, вернее, «приводнялись» в океан на парашютах
в спускаемом аппарате, который отделялся от «Аполлона».
Всего по «лунной программе» в 1968—1972 гг. на кораблях «Аполлон» было выполнено десять
полётов; шесть раз астронавты высаживались на Луне. В некоторых экспедициях по Луне
передвигались с помощью «Ровера» — колёсного транспортного средства, работающего от
аккумуляторов.
*Туманность — внутригалактическое облако разрежённых газов и космической пыли.
**Гироскоп (от греч. «ги'рос» — «круг» и «скопе'о» — «смотрю») — твёрдое тело, быстро
вращающееся вокруг собственной оси.
189
СТАНЦИЯ «МИР»
Российская орбитальная станция «Мир» была выведена на орбиту 20 февраля 1986 г.
Разрабатывал и изготавливал базовый блок и модуль станции Государственный космический
научно-производственный центр имени М. В. Хруничева, а техническое задание готовила
ракетно-космическая корпорация «Энергия».
Станция «Мир» состоит из нескольких относительно самостоятельных блоков — модулей. По
модульному принципу построены также отдельные её части и бортовые системы. За годы
эксплуатации в состав комплекса дополнительно к базовому блоку были введены пять крупных
модулей и специальный стыковочный отсек. Что же представляют собой элементы комплекса?
Базовый блок по размерам и внешнему виду подобен российским орбитальным станциям серии
«Салют». Его основу составляет герметичный рабочий отсек. Здесь расположены центральный
пост управления и средства связи. Позаботились конструкторы и о комфортных условиях для
экипажа: на станции есть две индивидуальные каюты и общая кают-компания с рабочим
столом, устройствами для подогрева воды и пиши, беговая дорожка и велоэргометр. На
наружной поверхности рабочего отсека размешены две поворотные панели солнечных батарей
и неподвижная третья, смонтированная космонавтами в ходе полёта.
Перед рабочим отсеком находится герметичный переходный отсек, который может служить
шлюзом для выхода в открытый космос. Он имеет пять стыковочных портов для соединения с
транспортными кораблями и научными модулями. За рабочим отсеком располагается
негерметичный агрегатный отсеке герметичной переходной камерой со стыковочным узлом, к
которому впоследствии был подсоединён модуль «Квант». Снаружи агрегатного отсека
на поворотной штанге установлена остронаправленная антенна, обеспечивающая связь через
спутник-ретранслятор, который находится на геостационарной орбите (т. е. висит над одной
точкой земной поверхности).
«Квант» был пристыкован 9 апреля 1987 г. Он представляет собой единый герметический отсек
с двумя люками, один из которых служит рабочим портом для приёма транспортных кораблей
«Прогресс-М». Вокруг него расположен комплекс астрофизических приборов,
предназначенных преимущественно для исследования недоступных наблюдениям с Земли
рентгеновских звёзд. На наружной поверхности космонавтами смонтированы два узла
крепления поворотных многоразовых солнечных батарей. Элементы конструкции
международной станции — две крупногабаритные фермы «Ратана» и «Софора». На «Мире»
они проходят многолетние испытания на прочность и долговечность в условиях космоса. На
конце
190
«С гании я Мир*.
К базовому птгису (II
П|м«г<м«амм4*н модуль
*\яант» (21 г фермами
К »«м прж «ыыяын
Стыковочный узел станции «Мир».
Так космонавт, ведущий свой корабль на сближение со станцией, видит стыковочный узел. В
его центре находится перекрестье на длинном штыре (от него падает резкая тень). Если
перекрестье совмещено с рисками на люке, корабль сориентирован правильно, можно
подводить его к станции и стыковать.
Станция «Мир» над Африкой. Фотография. 1991 г. Модуля «Спектр» в составе станции
ещё не было.
Атмосфера очень прозрачна, и видно, насколько тонок слой воздуха над Землёй (голубая
полоска сверху).
«Софоры» размешена выносная двигательная установка крена.
«Квант-2» пристыкован 6 декабря 1989 г. Этот блок называют также модулем дооснащения,
поскольку в нём расположено оборудование, необходимое для работы систем
жизнеобеспечения станции и создания дополнительного комфорта для её обитателей. В
частности, шлюзовой отсек используется как хранилище скафандров и в качестве ангара для
автономного средства перемещения космонавта.
«Кристалл» пристыкован 10 июня 1990 г. В этом модуле размещено преимущественно научное
и технологическое оборудование для исследования технологии получения новых материалов в
условиях невесомости. К нему через переходной узел присоединён стыковочный отсек.
«Спектр» был пристыкован 1 июня 1995 г. Аппаратура модуля позволяет вести постоянные
наблюдения за состоянием атмосферы, океана и земной поверхности, а также проводить
медико-биологические исследования и т. д. «Спектр» оснащён четырьмя поворотными
солнечными батареями, дающими электроэнергию для питания научной аппаратуры.
Стыковочный отсек присоединён 15 ноября 1995 г. Этот сравнительно небольшой модуль,
созданный специально для американского космического корабля «Атлантис», доставлен на
«Мир» американским многоразовым пилотируемым транспортным космическим кораблём
«Спейс шаттл».
В блоке «Природа» (пристыкован 26 апреля 1996 г.) находятся высокоточные приборы для
наблюдения за земной поверхностью. В состав модуля включено также около 1 т
американского оборудования для изучения поведения человека во время длительного
космического полёта.
На станции «Мир» космонавты живут подолгу (самая длительная «командировка» — 438
суток). Здесь они проводят научные эксперименты и наблюдения в реальных условиях
космического пространства, испытывают технические устройства.
Станция «Мир» в полёте. Фотография сделана из иллюминатора корабля «Атлантис».
Вверху — модуль «Квант» с грузовым кораблём «Прогресс»: внизу— «Прогресс М-18»: слева —
«Кристалл» с кораблём «Союз ТМ-16»; справа — модуль «Квант-2».
Стыковка на орбите.
Американский корабль «Атлантис», пристыкованный к станции «Мир».
191
«Пионер-10».
гиродинами (от греч. «ги'рос» и «ди'намис» — «сила»). Ось раскрученного волчка стремится
сохранить своё направление в пространстве, и достаточно массивный гироскоп препятствует
самостоятельному повороту всей космической станции. Орбитальный комплекс «Мир»,
например, стабилизируют сразу шесть гиродинов.
Сейчас, когда вы читаете эту книгу, пределы Солнечной системы впервые покинула
американская межпланетная станция «Пионер-10». Она направляется к звезде Альдебаран в
созвездии Тельца и прилетит к ней
через 2 млн. лет, принеся земное послание иным мирам.
Запуски искусственных спутников и межпланетных лабораторий продолжаются. Начался
монтаж первых блоков международной космической станции. На базе морской платформы для
добычи нефти в России создана стартовая площадка в низких широтах, удобных для выведения
спутников связи. Техника космических исследований становится совершеннее, и с её помощью
мы всё больше узнаём о Солнечной системе, о Галактике, о Вселенной.
«МАРС ПАТФАЙНДЕР»
4 июля 1997 г. американская космическая лаборатория «Марс патфайндер» совершила посадку
на поверхность Марса. Станция вошла в атмосферу планеты на высоте 130 км непосредственно
с траектории полёта со скоростью 7,4 км/с. От перегрева (из-за сопротивления марсианского
воздуха) станцию предохранял теплоизолирующий щит. В 9 км от поверхности планеты
раскрылся парашют, а шит был сброшен. За 10,1 с до посадки, на высоте 335 м, вокруг
посадочного модуля были надуты воздушные мешки — амортизаторы системы мягкой
посадки. На высоте 100 м сработали пороховые двигатели, которые притормозили падение и
отвели парашюты в сторону от посадочного модуля. Через 4 с модуль со скоростью около 21
м/с упал на грунт, подпрыгнул вверх на 15 ми, совершив 16 скачков, замер. Воздушная
оболочка была спущена и притянута к аппарату. Лаборатория раскрыла солнечные панели,
подняла на высоту человеческого роста съёмочную камеру и выпустила миниатюрный
марсоход «Соджорнер». Эта шестиколёсная машинка длиной чуть больше 0,5 м и высотой 30
см несёт солнечную батарею, лабораторию для определения химического состава марсианских
пород и три телевизионные камеры.
Лаборатория на Марсе.
Марсоход, покинув станцию «Марс патфайндер», отправился исследовать планету.
На Марсе. Телевизионное изображение, заснятое бортовой камерой.
Телеуправляемая самоходная лаборатория «Соджорнер» готовится съехать на поверхность
Марса. Возле транспортной платформы видны оболочки амортизирующих ёмкостей.
192
МЕЖДУНАРОДНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
Рассчитанные на долгое пребывание в космосе обитаемые научные станции — устройства
настолько сложные и дорогие, что для их создания и эксплуатации необходимы объединённые
усилия и опыт инженеров и учёных многих стран.
Идея создания международной космической станции возникла в начале 90-х гг. Проект стал
действительно международным, когда к России и США присоединились Канада, Япония и
Европейское космическое агентство. Общий внутренний объём станции после сборки её на
орбите составит 1217 м3, масса — 377 т, из которых 140 т — российские компоненты, 37 т —
американские. Расчётное время работы международной станции — 15 лет.
Американцы изготовляют для станции научную лабораторию, жилой модуль, стыковочные
блоки «Ноуд-1» и «Ноуд-2». Российская сторона разрабатывает и поставляет функционально-
грузовой блок, универсальный стыковочный модуль, транспортные корабли снабжения,
служебный модуль и ракету-носитель «Протон».
Большую часть работ выполняет Государственный космический научно-производственный
центр имени М. В. Хруничева. Центральной частью станции станет функционально-грузовой
блок, по размерам и основным элементам конструкции аналогичный модулям «Квант-2» и
«Кристалл» станции «Мир». Его диаметр — 4 м, длина — 13 м, масса — более 19 т. Блок будет
служить домом для космонавтов в начальный период сборки станции, а также для обеспечения
её электроэнергией от солнечных панелей и хранения запасов топлива для двигательных
установок. Служебный
Первый модуль.
20 июля 1998 г. с космодрома Байконур ракета-носитель «Протон» вывела на орбиту
функциональный блок «Заря» — первый элемент международной космической станции.
Функциональный блок «Заря» в полёте.
Американский модуль «Юнити», пристыкованный к блоку «Заря».
193
194
модуль создан на основе центральной части разрабатывавшейся в 80-х гг. станции «Мир-2». В
нём космонавты будут жить постоянно, и проводить эксперименты.
Участники Европейского космического агентства разрабатывают лабораторию «Колумбус» и
автоматический транспортный корабль под ракету-носитель «Ариан-5». Канада поставляет
мобильную систему обслуживания, Япония — экспериментальный модуль.
Для сборки международной космической станции потребуется выполнить 28 полётов на
американских космических кораблях типа «Спейс шаттл», 17 запусков российских ракет-
носителей и один запуск «Ариана-5». Доставят экипажи и оборудование к станции 29
российских кораблей «Союз-ТМ» и «Прогресс».
ТЕХНОЛОГИЯ В КОСМОСЕ
Земная технология развивается не одно тысячелетие, и сегодня, кажется, с её помощью можно
сделать всё, что угодно. Тем не менее, в каждом технологическом процессе на нашей планете
должна учитываться сила тяжести. Из-за неё вода и масло не смешиваются (у них разная
плотность, и масло всплывает в воде), нельзя вырастить правильный кристалл с требуемым
распределением компонентов и т. д. На околоземной орбите сила тяжести отсутствует. Поэтому
в космосе рационально развернуть производство сверхчистых материалов с заданными
свойствами. Например, кристаллов для высокоточных оптических приборов (в частности, для
твердотельных лазеров) и микросхем.
Во всём мире 80% готовых микросхем уходит в брак — в основном по причине
неравномерного строения исходных кристаллов, выращенных в гравитационном поле Земли.
Существенное — в масштабах микросхемы — влияние оказывает и материал стенок
кристаллизатора, неизбежно попадающий в расплав.
В невесомости таких проблем нет. Можно подвесить расплав в магнитном или электрическом
поле, в лучах лазеров, и он не будет контактировать со стенками рабочей камеры. Можно
регулировать распределение компонентов расплава и рост кристалла с помощью всё тех же
полей и лучей.
В условиях невесомости значительно легче проводить очистку органических смесей. Входящие
в них частицы имеют электрический заряд, а значит, в электрическом поле будут двигаться по
траекториям, определяемым соотношением их заряда и массы. На Земле большие помехи
вносит сила тяжести.
Ещё одно направление космической технологии связано с созданием внеземных конструкций.
В невесомости отпадает необходимость в прочных, устойчивых опорах, в вакууме
Ферма «Ратана».
Элемент конструкции международной космической станции проходит проверку на Земле
перед отправкой на «Мир» для многолетних испытаний.
195
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОСМОНАВТОВ
В начале 80-х гг. в Институте электросварки имени Е. О. Патона был создан универсальный
ручной инструмент (УРИ), предназначенный для резки, сварки и пайки металлов, а также
напыления покрытий в открытом космосе. Это первое в мире устройство, которым работали на
орбитальной станции, а не в камере с опытными образцами. Блок питания в УРИ соединён
кабелем с рабочей головкой массой 3,5 кг, выполненной в виде пистолета, рукоятка которого
подогнана под перчатку скафандра. В «пистолете» установлена двухствольная электронная
пушка с ускоряющим напряжением 5 кВ и потребляемой мощностью 1 кВт. Один
ствол предназначен для резки и сварки металла, другой — для напыления веществ, подаваемых
из отдельной ёмкости. В комплект прибора входит кассета с образцами, на которых проводится
регулировка и настройка УРИ. Все его агрегаты размещены в контейнере размерами 40x45x50
см и массой 30 кг.
На станции «Салют-7» в открытом космосе с УРИ работали космонавты С. Е. Савицкая и В. А.
Джанибеков. Позднее Л. Л. Кизим и В. А. Соловьёв перевезли агрегат на станцию «Мир».
Эксперимент по электронно-лучевой сварке в лаборатории космических технологий
Института электросварки имени Е. О. Патона (Украина).
Инженер, одетый в скафандр, готовится войти в вакуумную камеру.
нет ни ветра, ни осадков. Да и коррозии нечего опасаться.
Все космические сооружения можно разделить на две большие группы: негерметичные и
герметичные. Последние наполняются газом (не обязательно воздухом) или жидкостью. Они
должны выдерживать внутреннее давление, здесь недопустимы утечки содержимого.
Практического опыта сборки в космическом пространстве герметичных объектов с помощью
привычных способов — сварки или склейки — пока нет. Освоена и отлажена только стыковка
разъёмных соединений.
Намертво соединить детали в космическом вакууме несложно. Если температура хотя бы чуть-
чуть выше абсолютного нуля, на поверхности стыка атомы металла постепенно перемещаются
из одной детали в другую. Такая диффузия, в конце концов, приводит к холодной сварке. На
Земле этому процессу мешает плёнка окиси, возникающая под действием кислорода воздуха и
паров воды. В космическом вакууме окисная плёнка не образуется, и приходится даже
принимать специальные меры, чтобы не «схватились» контактирующие детали, которые не
нужно сваривать.
Существуют и другие способы соединения. Например, на орбитальном комплексе «Мир» две
фермы построены из заранее заготовленных стержней, соединённых муфтами из нитинола
(металлического сплава никеля и титана), обладающего памятью формы. Это позволяет при
необходимости разобрать ферму и смонтировать её в другом месте.
Ажурные фермы «Ратана» (1) и «Софора» (2).
196
Фрагмент модуля «Кристалл».
Солнечная панель модуля закреплена на ажурной балке.
С увеличением размеров конструкций возрастают их термические деформации. Освещённая
Солнцем поверхность на околоземной орбите нагревается до 150 °C и расширяется, теневая —
остывает почти до -150 °C и сжимается. В результате ферма стремится изогнуться в сторону
тени. Поэтому весьма перспективны в качестве материалов для космических ферм композиты
(композиционные
материалы), особенно углепластики, которые деформируются гораздо меньше металла. В них
сочетаются химически разнородные компоненты с чёткой границей раздела между ними. Эти
необычные материалы характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один компонент
в отдельности.
Композиты нельзя сваривать, резать и сверлить. Детали, изготовлен-
КОСМИЧЕСКИЙ РАДИОТЕЛЕСКОП KPT
Чем больше антенна радиотелескопа улавливает энергии, идущей от небесного тела, тем такой
телескоп лучше. На Земле диаметр поворотных антенн радиотелескопов уже достиг 75 м, а
неподвижных — превысил 500 м. Но они принимают не только излучение далёких звёзд и
галактик, но и неизмеримо более сильные помехи от линий электропередачи, транспорта и
промышленных предприятий. Выделение полезного сигнала на их фоне — задача повышенной
сложности.
Антенну радиотелескопа любых размеров можно собрать в космосе из отдельных элементов, но
можно и доставить её ракетой-носителем в сложенном виде. Тогда антенна должна
раскрываться, раскладываться на орбите. Задача осложняется тем, что антенна (по существу,
зеркало, собирающее радиоволны) не плоская, а должна иметь сложную (параболическую)
форму. Уменьшенная модель такой раскладной конструкции уже была испытана.
В 1979 г. на орбитальной станции «Салют-6» раскрылась 10-метровая антенна КРТ-10 из
трубчатых стержней, соединённых тросиками. Стержни были уложены параллельно друг другу
в компактный пакет; при натяжении тросиков конструкция превратилась в вогнутый
шестиугольник с диаметром описанной окружности 10 м. К трём углам на складных фермах
крепился размещённый в фокусе зеркала облучатель антенны.
Испытания показали хороший результат, но прошли не без приключений. При отстыковке
телескопа от станции тросик зацепился, и космонавту В.В. Рюмину пришлось выйти в
открытый космос, отрезать тросик и оттолкнуть антенну.
197
ные из этих материалов, можно снабжать металлическими муфтами, соединить которые уже
несложно.
В космических конструкциях бывают нужны и большие поверхности — отражатели,
концентраторы, экраны и т. п. Разумеется, допустимо монтировать их на жёстком каркасе. Но
есть и другие способы. Например,
можно наполнить газом сферу. Однако вакуум и высокий уровень радиации быстро разрушают
полимерную плёнку. Интересный вариант предложили американцы, после того как их
гигантский надувной спутник-ретранслятор «Эхо» буквально снесло с орбиты солнечным
ветром: надувная конструкция расправляет проволочную сетку, после чего плёнка испаряется.
Сетка же служит для радиоволн прекрасным зеркалом.
Группа конструкторов Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва,
возглавляемая В.С. Сыромятниковым, разработала иной способ. Тонкую плёнку растягивают
силы инерции при вращении всей конструкции. Проведённый 4 февраля 1993 г. на
беспилотном грузовом корабле «Прогресс М-15» эксперимент по развёртыванию 20-метрового
отражателя прошёл успешно.
Космический эксперимент «Знамя».
Фотография сделана с экрана монитора в Центре управления полётами.
4 февраля 1993 г.
корабль «Прогресс М-15» развернул на околоземной орбите солнечный отражатель
из синтетической плёнки, покрытой тончайшим слоем металла.
*Солнечный ветер — истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На
уровне орбиты Земли скорость солнечного ветра достигает 400 км/с.
198
ВЕЩЕСТВО И ЭНЕРГИЯ
ДОБЫЧА ПРИРОДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ИХ В МАТЕРИАЛЫ
МЕТАЛЛЫ
Опоры для мостов и маленькие гайки, станки-автоматы и топоры, батареи в наших домах и
антенны на крышах — всё это и многое другое сделано из металлов. Извлекают их из руд —
смесей разных минералов. Самородные, т. е. чистые, металлы, золото например, в природе
встречаются очень редко.
Руду добывают и готовят к переработке горнодобывающие предприятия. Так, железорудные
месторождения разрабатывают двумя способами. Если руда залегает глубоко — то в шахтах, а
если близко к поверхности — то так называемым открытым способом, т. е. в карьерах.
Руда содержит не только металлы, но и пустую породу (ненужные примеси). Железная руда
считается богатой, если доля железа в ней достигает 30—50%. Залежей таких руд на Земле
очень много.
Большие же месторождения руд цветных металлов встречаются гораздо реже. К богатым,
например, относят руду, в которой всего 3—5% чистой меди. Тем не менее, добыча
Драга.
Самородное золото добывает драга — огромный плавучий комбинат.
199
руд цветных металлов необычайно выгодна.
Добытую руду обогащают — отделяют пустую породу. Сначала руду измельчают в специальных
мельницах. Причём чем она беднее, тем дороже первичная обработка. Бедная порода требует особо
тщательного измельчения; некоторые руды приходится перетирать буквально в пыль. Затем
руду промывают водой или химическими растворами. Получившуюся смесь — пульпу (от лат.
pulpa — «мякоть») продувают воздухом, чтобы выделить из неё богатые металлом, а значит, более
тяжёлые компоненты. Для выделения железа используют магниты. Эту операцию называют
сепарацией (от лат. separatio — «отделение»). Чтобы извлечь из руды цветные метал-
ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ
Внешне доменная печь напоминает башню высотой в несколько десятков метров. Снаружи она
обшита листовой сталью, а изнутри выложена огнеупорным кирпичом. На верх домны
подъёмниками доставляют шихту — кокс (твёрдый, спёкшийся, пористый углеродистый продукт
высокотемпературной переработки каменного угля), известняк (флюс), который улучшает условия
плавки, и подготовленную руду. Через устройство, называемое колошником, шихту загружают
слоями в печь. Снизу через форсунки (фурмы) подаётся топливо и горячий воздух, обогащённый
кислородом и смешанный с природным газом.
В атмосфере, насыщенной кислородом, кокс горит при очень высокой температуре и плавит руду.
Чтобы доменный процесс протекал успешно и шихта хорошо пропускала газ и воздух, руду
предварительно спекают в большие куски — коржи или превращают в круглые шарики —
окатыши диаметром в несколько сантиметров. Долгое время в качестве топлива использовали
древесный уголь. Поэтому по мере развития металлургии вырубалось всё больше деревьев. Так
исчезли обширные леса, когда-то занимавшие огромные пространства в Европе. Постепенно
древесный уголь заменили каменным углем и коксом.
Рядом с доменной печью, опоясанной множеством трубопроводов различного назначения и
диаметра,
Доменная печь. Открытка. Начало XX в.
200
лы, широко применяют химические, электрохимические и гидрохимические методы. Порошок
руды, например, промывают раствором веществ, образующих пену, к которой прилипает
только металл. При этом для каждого металла (меди, алюминия, титана, никеля и т. д.)
используют свою технологию. В результате предварительной обработки получают концентрат
с высоким содержанием металла. Но это ещё не готовый, чистый металл, а сырьё для его
изготовления.
Например, основной этап производства — доменный передел. Концентрат железной руды
расплавляют в огромных печах (домнах) и получают чугун. Он поступает на металлургические
заводы, и именно здесь его превращают в сталь.
обычно располагают несколько высоких цилиндрических воздухонагревателей (кауперов).
Внутри они выложены огнеупорным кирпичом так, чтобы образовалось множество каналов. По
одним каналам идут отработанные горячие газы из домны, а по другим подают воздух, который
в них нагревается, а затем направляется в доменную печь. Загруженная шихта продувается
газом и воздухом и раскаляется горящим коксом до 1600—1800 °C. Из руды выплавляется
железо. Через слой раскалённой шихты оно стекает вниз и, поглощая углерод, содержащийся в
коксе, превращается в чугун.
Скапливается жидкий чугун в нижней части доменной печи — горне. Чугун периодически
сливают через отверстия (лётки) в огромные ковши, стоящие на тяжёлых железнодорожных
платформах (лафетах). А через отверстия в печи, расположенные выше чугунных лёток, в
другие ковши сливают образующуюся в процессе плавки лёгкую «пену» — всплывающий
наверх шлак. Чугун перевозят в литейные или сталеплавильные цехи, а шлак, после того как он
остынет и затвердеет, отправляют либо в шлаковые отвалы, либо на переработку в
строительный материал — шлакобетон.
Доменная печь — агрегат непрерывного действия. После первой загрузки шихты и разогрева
печь может работать без остановки несколько лет — до тех пор, пока не износится внутренняя
огнеупорная кладка.
201
Добыча руды в карьере.
Сталь варят из чугуна в смеси с металлоломом. Стали различных марок отличаются по составу,
а, следовательно, по химическим и физическим свойствам. Например, марганец необходим при
выплавке стали для ковшей экскаваторов или траков гусеничных машин (тракторов и танков).
Добавка никеля даёт нержавеющую сталь.
Существуют несколько способов выработки стали. В конце XIX — первой половине XX в.
основным сталеплавильным процессом было мартеновское производство, названное так по
фамилии его изобретателя, французского металлурга Пьера Мартена (1824—1915). Но ещё в
60-х гг. XIX в. сталь предложили выплавлять в кислородных конвертерах (от лат. convert» —
«превращать»), что не только экономно, но и даёт металл более высокого качества.
Специальные стали, с особыми физическими и химическими свойствами, выплавляют и в
электрических печах по сложным технологиям. Стали и сплавы на основе железа, полученные
этими способами, содержат минимальное количество примесей.
Жидкую сталь разливают в чугунные формы — изложницы. Когда металл застывает, слитки
отправляют в прокатные цехи металлургического завода. Здесь из них изготовляют профили —
балки различных размеров и формы, рельсы для железных
Костомукшский горно-обогатительный комбинат. Россия.
Цех обогащения.
На ленте конвейера — железные окатыши, концентрат с высоким содержанием металла.
202
Мартеновские печи.
Чугун превращают в сталь, переплавляя его вместе с железным ломом и добавками марганца,
ванадия и других металлов в огромных мартеновских печах.
Жидкий металл в ковше.
Так расплавленный металл доставляют в цех разливки.
дорог и трамвайных путей, полосы и листы. Часть проката поступает в кузнечный цех, где куют
или штампуют заготовки для деталей машин.
ХИМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Искусственные материалы, полимеры, нужны современному человеку не меньше, чем металлы.
Пластмассы легки, не ржавеют, а главное — очень удобны для обработки: им не сложно
придать нужную форму, окраску, сделать поверхность гладкой, шероховатой или ребристой,
нанести какой угодно рисунок.
Преимущества пластических материалов столь очевидны, что постепенно они стали заменять и
даже вытеснять металлы. Учёные создают новые, дешёвые в производстве пластмассы, не
уступающие, а часто многократно превосходящие металлы по физическим и химическим
свойствам. Одно из последних достижений — полимеры высочайшей прочности, способные
выдерживать очень высокие и очень низкие температуры, устойчивые к воздействию самых
едких химических веществ. Сырьём для производства искусственных материалов служат
углеводороды различного химического состава. Так называют содержащие углерод природные
вещества (нефть, газ, каменный уголь).
Нефть и природный газ добывают из скважин. Бурить их люди научились не только на земле,
но и в морях — буровые установки там размещают на стационарных и плавающих платформах.
Когда такие платформы соединяют мостами-переходами, образуются целые городки на сваях.
Добытое сырьё перерабатывается на химических предприятиях в пластические материалы в
виде порошков или гранул. Затем из них с помощью прессов и другого оборудования делают
листы, трубы, стержни, волокна или плёнки для разных технических устройств.
Добыча нефти с морской платформы у побережья Сахалина.
203
ПРОКАТНЫЙ СТАН
Машина состоит из одного или нескольких одинаковых узлов — клетей. В станине рабочей
клети устанавливаются валки — прочные цилиндры. Валки для прокатки листов имеют
гладкую поверхность («бочку»), для прокатки профильного «сортового» металла — желоба и
выступы («ручьи»), соответствующие форме профиля, который требуется получить. Заготовки
перед обработкой нагревают в печах, а готовые детали подвергают термообработке и очистке,
наносят на них защитные покрытия.
Прокатный стан-автомат «2000» на челябинской «Магнитке».
Стан смонтирован в кислородно-конвертерном цехе. Конвертеры объединены с машиной
непрерывной разливки стали. Слитки из неё без промежуточного нагревания попадают
непосредственно в прокатный стан и превращаются в широкие полосы. Такое инженерное
решение позволило обойтись без мартеновских печей, неэкономичных и сильно загрязняющих
атмосферу.
КОНВЕРТЕР
Агрегат представляет собой металлическую ём-
кость грушевидной формы, выложенную внутри
огнеупорным кирпичом. Конвертер наклоняют,
чтобы залить в него жидкий чугун и загрузить
шихту — металлический лом с флюсами (добав-
ками, определяющими свойства выплавляемой
стали). Рас плавленный металл продувают кисло-
родом через отверстия в днище или стенке кон-
вертера. В чугуне выгорает углерод; расплав на-
гревается до температуры (выше 1 500 “С. В нём
растворяется шихта, и за считанные минуты чу-
гун превращается в высококачественную сталь.
После продувки конвертер снова наклоняют, что
бы слить шлак и жидкую сталь в ковши.
Схема расположения валков в рабочей клети прокатного стана.
В зависимости от работы, которую выполняет прокатный стан, число его валков
Бывает различным — от двух до двадцати. Универсальный стан (внизу справа)
Прокатывает заготовку со всех сторон одновременно.
Профили сортового проката.
Схема стана для холодной прокатки.
1 —рулон горячепрокатной стали (заготовка);
2 — машина для смотки-намотки рулонов («моталка»);
3 —рабочая клеть прокатного стана;
4 — станина;
5 — опорные валки;
6 — рабочие валки;
7 — нажимное устройство (для изменения расстояния между рабочими валками);
8 — ножтщы.
Листопрокатный стан.
СТЕКЛО И КЕРАМИКА
Многие материалы изготовляют на основе силикатов (от лат. silex — «кремень») — окиси
кремния, из которой почти полностью состоит обыкновенный песок. Если добавить в него соли
металлов и всё это переплавить, то получится стекольная масса. Из горячего жидкого стекла
выдувают баллоны электрических лампочек, бутылки и тонкую посуду. Из густой стекольной
массы отливают или штампуют более грубые изделия, например, электрические изоляторы. Из
неё делают даже заготовки строительных деталей (труб, панелей, оконного стекла):
продавливают стекольную массу сквозь щели нужного сечения, а потом прокатывают между
валками.
Полученное стекло различается по оптическим, химическим и прочим свойствам. В технике
широко применяют кварцевое стекло: оно хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи и не
трескается при резком изменении температуры. Жидкое стекло (знакомый многим силикатный
клей) используют в строительстве для гидроизоляции. Когда в 1929 г. российским мастерам
удалось наладить производство особо прозрачного оптического стекла, это стало большим
событием в развитии отечественной техники, так как раньше артиллерийские и авиационные
прицелы, бинокли и подзорные трубы приходилось ввозить из-за рубежа.
Из силикатов изготовляют и современные керамические (от греч, «ке'рамос» — «глина»)
материалы. Самое распространённое сырьё для них — обыкновенная глина. Мягкая и
пластичная, она легко принимает любую форму, а после обжига становится прочной
керамикой. Кирпич из красной глины и керамические трубы необходимы в строительстве; из
белой керамической массы {фарфора и фаянса) производят посуду, сантехнику, изоляторы.
Керамику более сложного состава применяют в электронике, ракетной технике и даже в
оборонной промышленности: из неё делают элементы брони военных машин.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Чтобы построить, скажем, дом, плотину, причал или мост, необходимы камень и щебень. Эти
природные материалы добывают в карьерах (раньше их называли каменоломнями). Стены
складывают из белого и красного кирпича. Белый силикатный кирпич получают прессованием
смеси кварцевого песка и гашёной извести.
Практически ни одно современное строительство не может обойтись без цемента. Цементом,
смешанным с песком и водой или водными растворами солей, соединяют кирпичи и бетонные
блоки. А сами блоки изготовляют из смеси цемента, доменных шлаков и гравия. Если в
бетонные конструкции заложить стальную арматуру (от лат. armatura — «вооружение»,
«снаряжение»), получится прочный железобетон.
Дерево в виде досок, фанеры, балок и брусьев — замечательный строительный и
конструкционный материал. Одни из самых массовых потребителей лесного сырья —
комбинаты, производящие целлюлозу — сырьё для бумаги. Только для изготовления обычных
школьных тетрадей каждый год вырубаются целые еловые и сосновые леса.
За последние сто лет в мире было произведено столько материалов, сколько за все
предшествующие тысячелетия. Научные исследования поз-
Английский стеклянный кувшин. XIX в.
Формовка кирпичей на кирпичном заводе. 1925 г. Россия.
*Слово «фарфор» происходит от турецкого farfur, а слово «фаянс» — от названия итальянского
города Фаэнца, где производился фарфор.
**Гашёную известь получают из известняка. Его обжигают в печах и к образовавшейся массе
добавляют воду.
206
волили существенно улучшить свойства уже известных материалов и создать тысячи новых,
которых не знала природа.
Однако чем больше материалов человек получает, тем больше требуется для этого сырья —
руды, песка, глины, угля, камня, нефти, древесины и даже воздуха. А на поверхность земли, в
воду и воздух попадает огромное количество отходов — пустой породы, металлической и
цементной пыли, химических растворов, токсичных газов, лигнина.
Природа уже не справляется с «переработкой» отходов производства. Это один из факторов,
которые ограничивают рост промышленности (см. статью «Завещание президента Римского
клуба»). Второй заключается в том, что земные ресурсы ограничены.
С каждым годом производство техники, а значит, и добыча природного сырья во всех странах
мира быстро растут. Поэтому люди стараются, как могут восполнить потери природы. Вместо
вырубленных выращивают новые леса, использованную на заводе воду стараются очистить. Но
не все виды сырья можно восстановить. Всё ощутимее угроза истощения залежей руд ценных
металлов, быстро сокращаются запасы нефти и газа. Учёные, инженеры и экономисты уже
сегодня работают над проектами, которые позволят обеспечить существование человечества,
когда месторождения полезных ископаемых полностью иссякнут.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Под общим термином «конструкционные» понимают материалы (в первую очередь металлы),
предназначенные для изготовления различных конструкций, деталей машин и механизмов.
Требования к свойствам этих материалов определяются условиями, в которых они
используются. Ведь технические средства работают повсюду: на песчаных просторах пустынь
и во льдах Крайнего Севера, в океанских глубинах, в космосе и в сложных, порой
экстремальных условиях — под воздействием химических реактивов и радиации. При этом
желательно, чтобы материалы были недорогими и легко поддавались обработке.
Из конструкционных материалов наиболее распространено железо. Точнее, не само железо
(поскольку оно не обладает достаточной твёрдостью), а сплавы на его основе: чугуны и стали.
В современном машиностроении из них изготовляется порядка 80—85% всех деталей, да и
добывается железа в 20 раз больше, чем всех остальных металлов вместе взятых.
Стали и чугуны — это сложные сплавы железа с углеродом (в сталях
Разливка жидкого металла.
*Лигнин — органическое полимерное соединение растительного происхождения, входящее в
состав древесины. Для получения целлюлозы древесину обрабатывают горячей серной
кислотой, в результате чего лигнин становится чрезвычайно инертным — не вступает в
химические реакции, с большим трудом подвергается переработке.
207
Горячая обработка металла.
Стальную отливку) нагревают в печи перед обработкой под прессом.
его от 0,01 до 1,5%, в чугуне — от 2 до 6,7%) и легирующими (от нем. legieren — «сплавлять»)
добавками, которые вводят для улучшения конструкционных качеств. Например, если в стали
содержится более 12% хрома,
она становится нержавеющей; 18% хрома и 9—10% никеля позволяют выдерживать кипячение
в растворах азотной и фосфорной кислот. Введение в броневые стали 4% молибдена повышает
их сопротивление к пробиванию снарядами в 3 раза (это обнаружили на Путиловском заводе
ещё в конце XIX в.). Если же в сталь добавить всего 0,1—0,2% ванадия, то прочность её
увеличится на 50%.
Помимо легирования используют и другие способы изменения свойств материалов. Например,
сплавы нагревают до 1000 °C и более, а потом быстро охлаждают в водяной или масляной
ванне. В результате такой термообработки (её называют закалкой) сталь приобретает
повышенную прочность и твёрдость.
Важное значение для производства имеют также технологические свойства материала:
способность свариваться, заполнять в жидком состоянии литейную форму, деформироваться
при штамповке и подвергаться обработке на металлорежущих станках. Ведь если материалы
окажутся слишком твёрдыми, резцы станка просто сломаются.
Для сталей, используемых в производстве фасонных профилей и особенно штампованных
деталей, важнейшим свойством является пластичность, т. е. способность изменять свою форму
не разрушаясь. Стали с мелким зерном и небольшим содержанием углерода (до 0,7%) лучше
всего штамповать, а стали, в состав которых входит 0,25% углерода, хорошо свариваются.
Существуют специальные стали для обработки на автоматических металлорежущих станках
(так называемые автоматные стали). Твёрдость их (до закалки) невысока: это позволяет
обрабатывать металл с большой скоростью. Стружка такой стали получается мелкая, её легко
удалять. Резцы, фрезы, штампы делают из инструментальных сталей, среди которых наиболее
распространена сталь быстрорежущая. Название стали отражает её назначение: броневая,
судостроительная, орудийная, котельная, рессорная, жаропрочная и т. д.
208
Из сплавов на основе железа наилучшими литейными свойствами обладает чугун. При
застывании чугун немного расширяется и заполняет все самые мелкие детали формы. Из него
отливают и станины станков, и всевозможные художественные изделия.
В электротехнике царствует медь, которая обладает наименьшим после серебра электрическим
сопротивлением, легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку, хорошо
паяется и сваривается. Из меди делают провода, контакты и другие детали электроустановок.
Сплав меди с оловом — бронза — сыграл столь важную роль в судьбе человечества, что период
его широкого применения получил название «бронзовый век». Бронза упруга, хорошо
сопротивляется трению и выдерживает переменные нагрузки. Из неё изготовляют мембраны и
пружины, подшипники скольжения и детали зубчатых передач. Ну а «музыкальные
способности» бронзы издавна используют при отливке колоколов.
Латунь (сплав меди с цинком) тоже достаточно древний материал. За жёлтый цвет его в
старину называли «фальшивое золото». Эти сплавы превосходят медь по прочности.
Латуни обладают высокой стойкостью к воздействию воды, в том числе морской, а потому их
используют в судостроении.
Алюминий — металл наиболее распространённый: в земной коре его содержится 8,8%. И сам
он, и его сплавы очень легки, хорошо проводят электричество и тепло, устойчивы к коррозии.
Сплавы алюминия пластичны, хорошо обрабатываются давлением и свариваются, а некоторые
(силумины) обладают прекрасными литейными свойствами. Из них отливают детали
двигателей внутреннего сгорания, корпуса насосов, делают провода. Это основной материал
для авиации и ракетной техники. Если алюминий подешевеет в 5—10 раз, то он начнёт
интенсивно вытеснять сталь и другие сплавы железа.
Детали из титана внешне напоминают стальные, но почти в два раза легче. По прочности титан
не уступает сталям и плавится при более высокой температуре. По содержанию в земной коре
он стоит среди металлов на четвёртом месте после алюминия, железа и магния. В морской воде
титан служит в сотни раз дольше нержавеющей стали, его не разъедает «царская водка» (смесь
соляной и азотной кислот), растворяющая даже «царя металлов» — золото. Титан хорошо
деформируется при штамповке и
Обогатительная установка для получения медного концентрата.
Разливка алюминия.
209
ЧТО ТАКОЕ МЕТАЛЛЫ
Металлы — это простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными
свойствами: высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью, ковкостью и др. В
твёрдом состоянии они имеют кристаллическое строение.
Знакомство человека с некоторыми металлами, например с золотом, серебром, медью, оловом,
свинцом, железом, ртутью, сурьмой, началось ещё в глубокой древности. По мере их
использования и изучения была составлена классификация.
В соответствии с ней металлы разделяют на чёрные (железо и сплавы на его основе) и цветные
(медь, цинк, свинец, олово, никель и др. ); тяжёлые, с плотностью большей, чем у железа (медь,
ртуть, олово и т. д.), и лёгкие (алюминий, магний, бериллий, литий); благородные (золото,
серебро, платина и др. ) и редкие (ванадий, вольфрам, молибден, тантал и др. ).
Из важнейших для современной техники металлов наиболее распространены в природе:
алюминий (8,8%), железо (5,1%), магний (2,1%), титан (0,6%). Их выплавляют из руд; в чистом
виде они в природе не встречаются.
сваривается, хотя довольно трудно обрабатывается резанием.
Из титановых сплавов изготовляют детали обшивки и двигателей самолётов, ракет (на один
только аэробус уходит более 40 т титановых сплавов). Из них же делают ёмкости для
продуктов и агрессивных сред, корабельные винты, корпуса судов и подводных лодок.
Чистый титан при контакте не разлагает кровь и не отторгается тканями живого организма,
поэтому из него делают фиксаторы костей и различные протезы, в том числе искусственные
клапаны сердца.
Авиация, ракетно-космическая техника и многие другие отрасли требуют лёгких и в то же
время прочных материалов. Сплавы на основе алюминия и магния при малом весе не имеют
достаточной прочности, а прочные легированные стали слишком тяжелы. Не всегда спасают
титановые и даже ещё более прочные бериллиевые сплавы. Объединить их ценные свойства
удалось в композитных материалах (см. статью «Нанотехника — технология настоящего и
будущего»). Они образуются из сочетания нескольких разнородных материалов и обладают
свойствами, которых не имеет ни один из компонентов. Наиболее известный пример такого
материала — автомобильная покрышка. Каркас (арматура) из тонкой и прочной проволоки,
введённый в резиновую массу, воспринимает основные нагрузки и сохраняет форму изделия.
Аналогичны по строению и материалы с металлической матрицей, в частности детали из
алюминия, армированные тонкой стальной проволокой. Они сочетают малый вес с высокой
прочностью. Помимо металлов и их сплавов для армирования композитных материалов широко
применяют углеродные, борные, стеклянные, полимерные и другие волокна, а также
нитевидные кристаллы (так называемые усы), обладающие на сегодняшний день наивысшей
прочностью.
Композитные материалы на основе полимеров и всевозможные пластмассы всё чаще заменяют
металл. Низкая теплопроводность, высокая коррозионная и химическая стойкость,
превосходные электроизоляционные свойства позволяют им занимать прочное положение в
ряду самых разнообразных конструкционных материалов.
Новолипецкий металлургический комбинат.
210
ГАЛЬВАНОТЕХНИКА
Рабочие характеристики изделия во многом зависят от качества его поверхности. Именно
поэтому в современной промышленности большое значение придают обработке наружных
сторон деталей. Наиболее эффективными считаются методы гальванотехники (от имени
итальянского физиолога Л. Гальвани и «техника») — прикладной науки, занимающейся
процессами осаждения металлов под действием электрического тока.
Сущность гальванических методов заключается в следующем. В ванну с раствором солей
металла, подлежащего осаждению (электролит), помещают два электрода. Один, сделанный из
того же металла (анод), подключают к положительной клемме источника тока. Отрицательным
электродом (катодом) служит предмет, который нужно покрыть металлом. Когда через
электролит проходит ток, анод растворяется, а металл осаждается на катоде. В зависимости от
состава раствора и предварительной подготовки поверхности слой металла образует покрытие
или даёт оттиск, который отделяется от поверхности.
Гальванотехника включает в себя гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия (от
имени Гальвани и грен, «сте'го» — «покрываю») — нанесение на поверхность изделия тонких
металлических покрытий. Материалом может служить цинк, никель, хром, медь, олово, свинец,
кадмий. Эти металлы защищают изделия от коррозии и механического износа, повышают их
твёрдость. Иногда создают покрытия, обладающие заранее заданными техническими
характеристиками, скажем определённой электропроводностью, которая строго зависит от
частоты переменного тока.
Методами гальванопластики (от имени Гальвани и грен, «пластике» — «ваяние») на
поверхности изделия осаждают толстый слой металла, который легко отделяется от формы и
хорошо воспроизводит её рельеф.
Так делают печатные клише, валки для тиснения кож, тонкие металлические сетки, фольгу,
копии произведений искусства, детали авиационной техники, пресс-формы и др. С помощью
гальванопластики изготовляют детали из материалов, с трудом поддающихся традиционной
обработке.
Гальванический способ применяют также для очистки (рафинирования) металлов. Например,
пластина анода изготовлена из меди невысокого качества (с примесями). Добиться, чтобы на
катоде осаждалась только чистая медь, а все примеси уходили в осадок, можно, подобрав
состав электролита. Именно таким образом получают материал для электротехнической
промышленности. Если деталь сделать анодом, то в электролитической ванне она быстро и
легко отполируется: в первую очередь «растворяться» начинают выступы и шероховатости на
поверхности.
Наряду с достоинствами у методов гальванотехники есть и существенные
ПрОСНМ и\ымн<юи< 1ИЧ« НИМ Jiuupjl Жобм Схмм
Дгр»*ЯЯННММ пшик, тяжрытыи изнутри JCфаАЫОМ.
p.HAl'4'H IMK1HAJM ГМ pt1l Т1М кграымчес КОН
п«*рс»• 5*клл<м В ктэми части. заполненной с казнам
рД| TBiiOOM I кИ€ МПЫ ИЛИ ГМ МкарнНТН »М (ПАИ,
находится цинковая пластина — анод. В правую часть
на кит раствор мелкого купорос а И ППМРШРН мрлныи
катгАД Пластины сс»с1лии<*ны прсммкднмком. На катоде*
емажласпя медь, давая 1ппсчапж t*<o повгрятям тм
Борис Семёнович Якоби.
Этот барельеф, выполненный методом гальванопластики, установлен на могиле учёного.
211
Получение серебра методом электролиза.
Переработка золотосодержащего концентрата.
недостатки. Во-первых, гальваническое производство опасно для окружающей природной
среды: это крупнейший источник жидких и твёрдых токсичных отходов, в том числе растворов
кислот, щелочей и солей тяжёлых металлов. Во-вторых, гальванотехника неэкономична:
коэффициент полезного использования цветных металлов составляет 30—80%, кислот и
щелочей — 5—20%, воды — 2—5%, энергии — 70—80%. И, наконец, такое производство
относится к числу вредных: в нём люди работают с большими объёмами растворов,
содержащих тяжёлые металлы, кислоты, щёлочи, растворители.
Вплоть до 80-х гг. гальванические цехи часто представляли собой цепочки ванн, над которыми
поднимался ядовитый пар. Вдоль ряда ванн передвигались подвески с деталями, навешенными
вручную. К концу XX в. удалось создать автоматизированные малоотходные цехи. Теперь
покрытия на изделия-полуфабрикаты (ленту, проволоку, листы) наносят в установках с
непрерывным движением изделий, а управляет процессом компьютер.
Каково же будущее гальванотехники? По мнению большинства экспертов, для современного
производства, в частности радиотехнической и электронной промышленности, необходимы,
прежде всего, покрытия с широким диапазоном заданных свойств. Они нужны для
изготовления интегральных схем, компакт-дисков и т. д. В вычислительной технике требуются
покрытия с заданными магнитными свойствами. А гальванопластику используют в
рентгеновской технике, для изготовления деталей спутников и изделий особо точных размеров.
Гальванотехнику всё больше связывают с развитием новейших и высоких технологий.
МАТЕРИАЛ-УНИВЕРСАЛ
Согласно исследованиям археологов, дерево служит человеку с момента его появления —
около 3 млн. лет. Если этот срок приравнять к одному году, то окажется, что керамическими
изделиями люди пользуются менее суток, стеклом — 17 ч 32 мин, железом — 8 ч 28 мин,
пластическими массами — 22 мин 12 сек, бетоном — 21 мин, а синтетической резиной — 14
мин 24 сек.
В XX в. у древесины помимо старых конкурентов, металла и кирпича, появился новый
серьёзный соперник — пластические массы, но материал-универсал не сдаёт своих пози-
212
ций. В 1975 г. в мире было израсходовано 2,2 млрд, кубометров леса, а в 2000 г., в соответствии
с прогнозами, этот объём возрастёт почти до 4 млрд, кубометров. В общей сложности в конце
XX столетия из дерева изготовляют предметы около 30 тыс. наименований.
Вряд ли сегодня найдётся отрасль промышленности, в которой так или иначе не
использовалось бы дерево. Строителям необходимы доски, брусья, фанера, древесно-
стружечные и
древесно-волокнистые плиты, паркет, оконные рамы и подоконники. Шахтёры не могут
обойтись без рудничной стойки — круглого лесоматериала для крепления горных выработок
(на каждую тысячу тонн добытого угля расходуется не менее 20 м3 леса). Нужен материал-
универсал и создателям автомобилей, самолётов и космических кораблей: прежде чем
приступить к изготовлению новой машины, делают её полномасштабный деревянный макет.
213
Нашу повседневную жизнь тоже невозможно представить без дерева — мебели, разного рода
тары (ящиков, бочек и др.), а также тысячи необходимых мелочей — спичек, карандашей и
многого другого. «Поющим деревом» называют особую древесину, из которой делают
музыкальные инструменты. Лыжи, хоккейные клюшки, гимнастические брусья, городки,
теннисные ракетки, покрытия велотреков и полы в спортзалах до сих пор остаются
деревянными.
Исходным материалом для производства множества продуктов служит получаемая из
древесины клетчатка — целлюлоза (от лат. cellula — «комнатка», «клетка»). Из неё
вырабатывают бумагу — писчую и копировальную, фильтровальную и светочувствительную,
обёрточную и туалетную, а также строительный и упаковочный картон. Из бумаги, в свою
очередь, делают обои, мешки, верёвки, пакеты для молочных продуктов и соков, денежные
знаки, скатерти, салфетки, детские пелёнки и бесчисленное количество других материалов и
вещей.
Технические сорта бумаги широко используются в электро- и радиотехнике; даже в
современном автомобиле свыше ста деталей изготовлено из бумаги и картона. Из бумаги,
пропитанной битумом, делают трубы, успешно заменяющие асбестоцементные и
металлические, и дешёвый кровельный материал — толь и рубероид, применяемые в
строительстве.
Из целлюлозы получают вискозу — материал для производства искусственного шёлка и меха,
штапельного полотна, целлофановой плёнки для упаковки и др.
Путём гидролиза — разложения древесины минеральными кислотами — только из 1 м3 отходов
лесозаготовок и лесопиления вырабатывают 170—180 л этилового спирта (сырья для
производства резины), 35—40 кг кормовых дрожжей, 5—6 кг фурфурола (сырья для
производства пластмасс, смол, лекарственных препаратов и др.) и 60—70 кг жидкой
углекислоты, используемой при сварке и обработке металлов резанием, в литейном
производстве, а также для газирования безалкогольных напитков. На растворе Сахаров,
полученных при гидролизе 1 м3 древесины, можно к тому же вырастить 35—40 кг кормовых
дрожжей.
Широко используется и сухая перегонка древесины при высокой температуре без доступа
воздуха (пиролиз).
214
Из 1 м3 берёзовых дров получается 100 кг древесного угля, 20 л уксусной кислоты, 5—6 л
метилового спирта и 10—15 кг смолы для выработки скипидара, канифоли и некоторых других
веществ.
Сучья, ветви и тонкомерные деревья, остающиеся после рубки при уходе за лесом, пропускают
через рубильные машины и получают технологическую щепу — сырьё для производства
древесных плит и картона. Один кубометр древесно-стружечных плит из 1,6 м3 отходов
заменяет 2,3 м3 пиломатериалов, а каждая тонна тарного картона — 14—15 м3 древесины.
Десятую часть всего заготовляемого леса составляет кора. Она идёт на производство
дубильных веществ для кожевенной промышленности, топливных брикетов и органических
удобрений. Опилки используют как сырьё для гидролизного производства, а также для
изготовления строительных материалов (арболита). Из древесной зелени — хвои, листьев,
мелких побегов — вырабатывают хвойно-витаминную муку, эфирные масла и экстракты для
использования в медицине и парфюмерии.
ОТ ТОПОРА ДО КОМБАЙНА
На протяжении тысячелетий единственным орудием для заготовки леса был топор — вначале
каменный, а затем бронзовый и железный. Им валили деревья, очищали стволы от сучьев и
перерубали полученные хлысты (стволы без корневой части) на брёвна. При этом
образовывалось большое количество отходов — щепок. Более экономичной оказалась
двуручная пила: опилок получалось намного меньше, чем щепок.
В России она появилась в XVII в. Для уменьшения потерь древесины на лесозаготовках в 1701
г. Пётр I издал указ «О приучении дровосеков к распиловке дров». Согласно этому документу,
для Москвы в течение двух лет следовало заготавливать «девять сажень топоровых, а десятую
сажень пилованную», чтобы «в те два года работные люди в таких дровяных пилах
изготовились и пилованию дров научились».
Однако распространение нового инструмента шло очень медленно, что объяснялось не только
силой привычки. Из-за несовершенства первых образцов применение пилы повышало
производительность труда весьма незначительно, особенно если учесть, что пилить
приходилось вдвоём. Кроме того, для ухода за пилой требовался дополнительный инструмент
— напильник, а это лишние расходы.
Во второй половине XIX в. конструкцию пилы усовершенствовали, и топор был вынужден
уступить свои позиции на валке и раскряжёвке (поперечной разрезке ствола дерева на части).
Теперь его использовали только на обрубке сучьев и некоторых вспомогательных работах.
От места заготовки брёвна с помощью лошадей трелевали (от нем. treilen — «тащить») к
дороге и зимой вывозили на санях в город или село, а там перерабатывали на пиломатериалы,
фанеру и другую лесопродукцию. Если брёвна предназначались для сплава, их укладывали до
весны на берегу реки. Топор, пила да конь — вот и вся техника, которой в течение многих
веков пользовался лесоруб.
Трелёвочный трактор с клещевым захватом.
215
В,н(»чн1»
пикетирующая
машина.
1*л<х)*»ий орган
MdUMIHN- МХВ-П1М>-
(рекнпшгс устроис тво,
cx«wmipofMHH(M'
на поворотной стреле.
Наличии пчерсАисм-
лсрево для валки,
машинист зажимает
ствол захватом
и спиливает лмрево,
прочно удерживая era
Н МеХДКИЧеСМ *М
«кулаке». Поворот
прели — и вп уже
дерево аккуратно
утслАлммстг я
на землю. Вео.
рабочий никл
занимает не Ьолее
минуты. У ложки пачку,
машина псремеиктетгя
к < ледуюшеи группе
деревьев.
Это был тяжёлый, малопроизводительный труд.
Механизация лесозаготовок началась в 30-х гг. XX в. Тогда на трелёвке стали применять
сельскохозяйственные гусеничные тракторы, а на вывозке леса — автомобильный и
узкоколейный железнодорожный транспорт. В СССР к 1948 г. был создан первый в мире
специальный трелёвочный трактор КТ-12, оснащённый лебёдкой для механизированного
набора пачек хлыстов.
«Котик», как ласково называли КТ-12 лесозаготовители, имел газогенераторный двигатель
небольшой мощности (вдвое меньшей, чем у легкового автомобиля «Жигули»), но, обладая
хорошей проходимостью, успешно справлялся со своими нелёгкими обязанностями. В 1956 г. в
леспромхозах работало уже более 20 тыс. таких машин. В 60-х гг. на смену им пришли более
мощные трелёвочные тракторы с дизельными двигателями. Для механической валки деревьев
была создана бензомоторная пила «Дружба».
Однако, несмотря на все эти достижения, ручной труд на лесозаготовках полностью устранить
не смогли. По существу, удалось механизировать только главные операции — пиление дерева и
транспортировку хлыстов по лесосеке.
Чтобы избавить заготовителей леса от тяжёлой физической работы, учёные и конструкторы
нашли принципиально новые решения. В России и за рубежом было создано несколько типов
машин, полностью заменивших ручной труд на всех операциях — от валки леса до отгрузки
лесоматериалов потребителям.
В самом начале лесного конвейера находится валочно-пакетирующая машина, которая
спиливает деревья и укладывает их в пачки. К готовой пачке задним ходом подъезжает колёс-
Самоходная сучкорезная машина.
Передвижная рубильная машина.
216
Челюстной лесопогрузчик.
Лесовозный автопоезд.
ный трелёвочный трактор, клещевым захватом сжимает концы деревьев и тащит пачку к
погрузочному пункту.
На базе трелёвочного трактора сконструирована и самоходная сучкорезная машина с ножами и
протаскивающим механизмом на шарнирной стреле. Срезанные сучья не остаются в лесу:
передвижная рубильная машина перерабатывают их в технологическую щепу.
Лесопогрузчик берёт захватом пять — десять хлыстов из штабеля, затем, держа их над кабиной,
задним ходом перемещается к автопоезду (тягачу с прицепом) и плавно опускает груз. Вновь
возвращается к штабелю, и всё повторяется сначала до тех пор, пока автопоезд не будет
загружен.
По лесовозной дороге хлысты доставляют на нижний склад леспромхоза (так по традиции
называют цех первичной обработки древесины). Здесь на автоматизированных поточных
линиях хлысты распиливают на брёвна, очищают от коры и укладывают брёвна в штабеля.
Затем мощные краны грузят их на железнодорожные платформы для отправки на целлюлозно-
бумажные и деревообрабатывающие предприятия, спичечные фабрики и др.
ЛЕСОЗАГОТОВКИ В XXI ВЕКЕ
В XX в. лесозаготовки из полукустарного промысла превратились в отрасль промышленности.
Но уже сегодня и в России, и за рубежом разрабатываются проекты новых машин, которые
выйдут на лесозаготовки в первые десятилетия XXI столетия.
В России на базе валочно-пакетирующей машины сконструирован лесной комбайн — валочно-
сучкорезно-раскряжёвочная машина. В США, Канаде, Швеции и Финляндии такие машины
называют харвестерами (от англ, harvester — «сборщик урожая»). Оператор включает
механизм захвата и срезания дерева, а остальные операции выполняются в автоматическом
режиме с помощью микро-ЭВМ. После обрезки сучьев датчики измеряют диаметр и длину
сортиментов (круглого лесоматериала определённого назначения), и раскряжёвочное
устройство в соответствии с программой распиливает хлыст.
Оператор работает в комфортных условиях — в звуко-, тепло- и виброизолированной кабине,
оснащённой кондиционером и отопителем. Механизмы для управления комбайном
продублированы, и оператор при движении машины вперёд и назад всегда
217
Валочно-< учкоре»но-ра< крижёвпчная машина.
Этот лесной комбайн обрабатывает деревья в вертикальном
положении: (пилив дерево, он очищает ствол от сучьев,
О1ме|жет необходимую длину сортимента и распиливает
хлыст на части. Опытный обратен несколько лет успешно
работал в одном ил леспромхоза* Новгородской области.
I - базовая машина; 2 - манипулятор; 1 стойка
валочтвксучкирезто-рлскряжёеочжхо устройства;
пнльныи механизм.
в
fj
о
Форвардер для трелёвки и погрузки леса.
Создан на базе отечественного колёсного трактора. С помощью манипулятора захватывает
сортименты и укладывает их на платформу с кониками — стойками для удержания груза в
пути.
может находиться лицом к рабочей зоне.
Вслед за комбайном по лесосеке движется трелёвочно-погрузочная машина (форвардер),
собирающая заготовленные сортименты и доставляющая их на погрузочный пункт у
лесовозной дороги. В России разрабатывается конструкция многооперационной машины,
которая сможет заменить и харвестер, и форвардер вместе; она оснащена ещё и рубильной
установкой.
Переработав несколько деревьев, набрав в накопитель пачку сортиментов и заполнив бункер
щепой, машина отвозит готовую продукцию на погрузочный пункт. Здесь сортименты
выгружают в штабель, а щепу — в съёмный кузов автомобиля-щеповоза. Такой комбайн
заменяет пять машин, использующихся сегодня на лесозаготовках. И никаких отходов!
218
В дело идёт не только ствол дерева, но и сучья, и вершинки, которые в виде щепы
используются для производства древесно-стружечных плит и картона.
На протяжении многих веков совершенствовались орудия труда лесоруба, но основной
технологический принцип не изменился: из леса в виде брёвен или хлыстов вывозятся лишь
стволы деревьев, а пни остаются в земле. Сосновые пни ещё долго продолжают пропитываться
смолой, образуя так называемый пнёвый осмол. Из него получают канифоль, скипидар и другие
ценные продукты. Сосновые пни корчуют взрывным способом или с помощью специальных
машин, корчевателей, спустя 8— 13 лет после лесозаготовок. За это время концентрация смолы
в пнях достигает максимума.
И всё же — зачем оставлять в земле значительную часть дерева? Нельзя ли
Валочно-пакетир^юшая
машина
С к орнспсрсрс за юшим
устройством.
11а манипуляторе
i монтировано устройство
из двух полуцилиндров
l нижней режущей
кромкой. Смыкаясь
оокрут прикорневой
части ствола.
гимушимлры ПОЛ
ЛСМ<твисм мошнсхо
ГНЛрКЗриВола
углубляются в почну
и перерезают боковые
корни. после чего
мжимное устройств* >
мамину ляп >ра извлек ас г
дерево из грунта.
Как морковку
выдергивает». —
говорили работники
леспромхоза. на(злюАая
за машинной,. которая за
ЫИНуту ВЫЬИ КИ1ЫА.1
из земли сосны и ели.
березы и осины.
219
использовать его целиком? Оказывается, можно. Впервые в мировой практике в нашей стране
разработана технология заготовки деревьев с корнями, и для этого создана валочно-
пакетирующая машина с корнеперерезающим устройством.
За счёт использования пней на каждые 1000 м3 древесины можно получить ещё 125 м3 сырья.
Но дело не только в повышении «урожайности» лесосеки. «Беспнёвый» метод сулит большие
выгоды и лесоводам. При одновременной заготовке стволовой и пнёвой древесины отпадает
необходимость применять машины для корчевания пней. А это сохраняет подрост, уберегает от
повреждений корни деревьев и кустарников. На лесосеке без пней гораздо легче
механизировать подготовку почвы к посадке деревьев, саму посадку, уход за саженцами, а
оставшиеся от пней аккуратные ямки можно использовать для новых насаждений. Кроме того,
улучшается санитарное состояние леса: нет загнивающих пней — гнездилищ вредных
насекомых.
Балочные машины с корнеперерезающими устройствами разрабатываются и за рубежом,
например в США и Швеции. Заготовка деревьев с корнями позволяет рационально
использовать всю биомассу дерева — ствол, пнёвую древесину, сучья, ветви, кору, хвою и
листья. Совершенствование технологии лесозаготовок должно сочетаться с неустанной заботой
о зелёном друге — с сохранением и приумножением богатств русского леса.
АЛМАЗЫ В ТЕХНИКЕ
Алмаз — самый твёрдый минерал на Земле. Недаром его название происходит от греческого
слова «ада'мас» — «несокрушимый», «непобедимый». С помощью алмаза режут и шлифуют
любые, самые твёрдые материалы.
Камень этот очень редкий (годовая добыча поместится в одном грузовике) и на мировом рынке
стоит во много раз дороже золота. С незапамятных времён огранённые алмазы — бриллианты
— восхищали и притягивали людей чудесным блеском и прозрачностью. Крупные алмазы
украшали короны императоров и царей, считались символами богатства и власти.
Однако ювелирные украшения можно делать не более чем из пятой части всех добываемых
алмазов. Основное назначение драгоценного камня, как ни странно, техническое. Уже в
Древнем Египте люди научились изготовлять из него особо прочные инструменты. С их
помощью мастера вырезали рисунки даже на граните. Сегодня только в России выпускают
около 5 тыс. видов алмазных инструментов. Алмазами обрабатывают детали с высокой
точностью, получают прекрасное качество их поверхности, поэтому долговечность машин и
механизмов увеличивается. Например, когда трущиеся части автомобильного двигателя стали
шли-
Бриллианты.
220
Цех обработки алмазов.
Автоматы для обработки алмазов.
фовать алмазными, а не абразивными кругами, пробег машины значительно увеличился. На
алмазных кругах начали затачивать твердосплавные инструменты (свёрла, фрезы, резцы), и их
прочность возросла более чем в десять раз, так как при обработке алмазами на поверхности не
остаётся дефектов, которые приводят к быстрому разрушению инструмента. Станки с
алмазными резцами работают без наладки и регулировки в десятки и сотни раз дольше, чем с
обычными.
Об особой прочности этого камня говорит и такой факт. Алмазным стеклорезом с кристаллом
всего в один карат (200 мг) можно провести на стекле царапину длиной почти 400 тыс.
километров — это расстояние от Земли до Луны.
Алмазными долотами бурят глубокие скважины в твёрдых породах. Свёрла с режущей
алмазной кромкой сверлят бетон в 8 раз быстрее твердосплавных и служат раз в 90 дольше.
Незаменим алмазный инструмент при обработке камня и стекла.
В производстве тончайшей, диаметром до 0,01 мм, вольфрамовой проволоки для электрических
ламп накаливания (а вольфрам — металл очень твёрдый) широко применяются алмазные
волоки. (Волока — твёрдая пластинка с отверстием; через него протягивают металл и получают
проволоку.) Сверлить отверстия в алмазе всегда было задачей трудной, но их в доли секунды
пробивают лазерным лучом (см. статью «Лазерная техника и технология»). Алмазные волоки
позволяют получать проволоку, точно соответствующую заданным размерам, а это значит, что
срок службы лампочки увеличивается. В России производство алмазных волок было начато
благодаря усилиям Константина Сергеевича Станиславского (сценический псевдоним,
настоящая фамилия Алексеев; 1863—1938), одного из основателей Московского
художественного академического театра. Его семья владела фабрикой по производству
канители — тонкой золотой и серебряной нити для вышивания.
Из всех технических алмазов 75% используют в виде мелких порошков и паст. Ими полируют
детали часов (рубиновые и сапфировые подшипники), каналы алмазных и твердосплавных
волок, с их помощью огранивают бриллианты, обрабатывают поверхности штампов и т. д.
Алмазы нужны также для изготовления измерительных приборов, стоматологических
инструментов, даже пилок для маникюра; ими распиливают на тончайшие пластины кристаллы
германия и кремния. Алмаз — незаменимый технологический материал.
* Абразивы (от лат. abrasio — «соскабливание») — вещества повышенной твёрдости
естественного (кремень, наждак, корунд, гранат и т.д.) или искусственного (электрокорунд,
карбид кремния, синтетический алмаз и т. д.) происхождения, применяемые для механической
обработки изделий.
221
«ТОВАРИЩЕСТВО БРАТЬЕВ НОБЕЛЬ» В РОССИИ
Чтобы промышленность развивалась успешно, нужна не только совершенная техника, но и
талантливые организаторы производства. Расцвет российской нефтяной индустрии начался с
появлением на промыслах в Баку братьев Нобель. А началось всё с неудачной поездки одного
из братьев, Роберта, на Кавказ в поисках орехового дерева для ружейных прикладов.
Подходящего товара он не нашёл, но, возвращаясь в Петербург, заехал в Баку и загорелся
новой идеей...
Семья шведских изобретателей и предпринимателей Нобель к тому времени была хорошо
известна в России. Эммануэль Нобель (1801 — 1872), инженер и промышленник, с тремя
малолетними сыновьями — Робертом (1829—1896), Людвигом (1831 — 1888) и Альфредом
Бернхардом (1833—1896) — переехал на жительство в Россию в начале 40-х гг. XIX столетия
по приглашению великого князя Михаила Павловича, брата императора Николая I. Великий
князь по достоинству оценил подводные мины, изобретённые Нобелем. Российское
правительство вручило шведскому инженеру 25 тыс. рублей золотом и предложило наладить
производство этого оружия в Петербурге. Эммануэль Нобель основал здесь механический
завод.
В 1859 г. семья Нобель вернулась на родину. Только Людвиг, средний сын Эммануэля, решил
остаться и открыть собственное литейно-механическое дело. Его начинанию сопутствовал
успех. Появились заказы, в том числе правительственные, связанные с производством оружия.
Вскоре Людвигу потребовался надёжный помощник, и он уговорил Роберта снова переехать в
Петербург.
Такова предыстория возникновения в 1879 г. знаменитого «Товарищества братьев Нобель»,
совершившего в нефтяной индустрии России революцию. В создании товарищества вместе с
Людвигом и Робертом участвовали третий брат — Альфред Нобель, изобретатель динамита и
учредитель Нобелевской премии, ставшей самой престижной наградой XX в., а также их друг
детства Пётр Бильдерлинг.
Необычность подхода к делу проявилась уже на первых этапах организации работ. Как
правило, главная забота новоиспечённого владельца
Людвиг Нобель.
Нефтяной фонтан в окрестностях Баку.
Открытка. Начало XX в.
Морские мины.
Э. Нобель демонстрирует взрыв мины собственной конструкции великому князю Михаилу
Павловичу.
222
нефтяного поля — максимально быстро получить прибыль. А значит, нужно не откладывая
качать нефть из недр, извлечь её как можно больше и продать в кратчайший срок Нобели
поступили по-иному. Их интересовали не количественные показатели, а качество конечного
продукта, которым тогда был керосин. Братья приобрели вместе с промыслами небольшой
керосиновый завод и вложили в его реконструкцию дополнительные деньги. В итоге керосин
получился такой высокой степени очистки, что превзошёл по качественным показателям
американский, наиболее популярный в то время на российском рынке. Затраты на создание
принципиально новой системы непрерывной перегонки нефти вскоре полностью окупились. В
честной конкурентной борьбе Нобели одержали верх над Дж Рокфеллером, американским
нефтяным королём, и вынудили его искать новые рынки сбыта своей продукции.
Но керосин, сколь бы хорош он ни был, нужно ещё доставить потребителю. И Нобели
начинают создавать по всей стране перевалочные базы и складские помещения. Едва развернув
своё дело, имея в Баку лишь восемь маломощных скважин да небольшой нефтеперегонный
завод, они уже тогда думали о завтрашнем дне. В Царицыне (ныне Волгоград) был построен
современный складской комплекс. Здесь керосин, доставлявшийся баржами по морю и по
Волге, перегружали в громадные резервуары и затем развозили по железной дороге.
Средства транспортировки нефтепродуктов ещё одна постоянная забота. Первое в мире
нефтеналивное металлическое судно «Зороастр», первые в России железнодорожные вагоны-
цистерны, металлические баржи, первый нефтепровод — всё это результат цивилизованного
хозяйствования товарищества. Тогда же появились и металлические резервуары для хранения
нефтепродуктов (спроектированы будущим известным архитектором В. Г. Шуховым). Это
было удобно и экономически выгодно, поскольку ранее нефть заливали в деревянные бочки и
оставляли в земляных ямах, что вело к её потерям и загрязнению окружающей среды.
На нобелевских промыслах — опять же впервые — стали использовать попутные нефтяные
газы: их сжигали в топках паровых машин. Позднее, по мере развития техники, на скважинах
появились газовые и нефтяные двигатели. Первые электродвигатели и эффективные методы
борьбы с нефтяными выбросами из скважин тоже достижения «Товарищества братьев Нобель».
Эммануэль Людвигович Нобель (1859—1932), ставший после смерти отца руководителем
товарищества, наладил на Петербургском механическом заводе массовое производство
Нефтепромыслы. Фотография. Середина XIX в.
223
Танкер «Зороастр». Открытка.
Первое в мире нефтеналивное судно.
дизельных моторов и, опережая время, оснастил ими свой нефтеналивной флот. Именно он
предложил называть суда с дизельным двигателем теплоходами.
Недалеко от шоссе Энтузиастов в Москве, в проезде Завода «Серп и Молот», именовавшемся
раньше Проломным проездом, до революции располагались склады Московского отделения
Товарищества. В 1994 г., в день 115-летия учреждения «Товарищества братьев Нобель», в
соответствии с постановлением правительства Москвы там был установлен памятный знак
Потомки с благодарностью вспоминают об огромном вкладе семейства Нобель в экономику
России.
ЭНЕРГЕТИКА СЕГОДНЯ И... ВСЕГДА
Не зря говорят: «Энергия — хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и
техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие —
«опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни
один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определён или создан
заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству
добываемой и используемой энергии можно довольно точно судить о технической и
экономической мощи, а проще говоря — о богатстве любого государства.
В природе запасы энергии огромны. Её несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы
воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична
энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все её формы пригодны для прямого
использования.
За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания
энергии и преобразования её в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком
только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров
зажгли первые люди, ещё не понимавшие его
Распределительная электрическая подстанция.
224
природы, однако, этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и
совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.
К энергии собственных мускулов и огня люди прибавили мускульную энергию животных. Они
изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой
энергии огня — гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно,
процессы, происходящие при этом, человек познал многие тысячелетия спустя.
Потом люди придумали мельницы — технику для преобразования энергии водяных потоков и
ветра в механическую энергию вращающегося вала. Но только с изобретением паровой
машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин,
электрических генератора и двигателя человечество получило в своё распоряжение достаточно
мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные её
виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых
источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные
элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую, реактивные двигатели и —
уже в середине XX столетия — атомные реакторы.
С помощью энергетических машин извлекают и преобразуют один вид энергии (её называют
первичной) в другой (вторичную энергию). Очень часто машина одного типа с такой
«переделкой» не справляется. Тогда энергию нужного вида получают путём последовательных
преобразований в цепочке энергетических машин разных типов.
Например, гидравлическая, паровая, газовая турбины, двигатель внутреннего сгорания
раскручивают роторы генераторов, превращая механическую энергию в электрическую. Если
турбина паровая, то в энергетической установке ещё должны быть паровые котлы с топками
(они преобразуют химическую энергию топлива в кинетическую энергию
Молотилка с конским приводом. Старинная гравюра.
Бытовые солнечные установки.
Вогнутое зеркало (справа) собирает солнечные лучи на стенки чайника или кастрюли, и вода
закипает в считанные минуты. Солнечная батарея (слева) вырабатывает электроэнергию для
питания портативного приёмника или телевизора.
Солнечная электростанция.
Энергии Солнца должно хватить на производство 11 000 кВптч электроэнергии в год.
225
Панель солнечной батареи космической станции «Мир».
Зал электростанции. Начало XIX в.
Справа виден генератор со статором из отдельных обмоток.
ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Преобразование химической энергии топлива в электрическую на тепловых электростанциях
сопровождается большими потерями: только треть первичной энергии становится
электрической. Так происходит потому, что прежде, чем стать электрической, химическая
энергия не раз меняет своё «лицо». Сначала тепловая энергия, выделяющаяся при горении,
превращается в кинетическую энергию пара. Затем энергия пара на роторе турбины
преобразуется в механическую энергию вращения. И, наконец, в обмотках генератора
механическая энергия становится электрической. На каждом этапе неизбежны потери.
В топливном элементе химическая энергия «горящего» топлива сразу трансформируется в
электрическую. Тут, правда, надо пояснить, почему слово «горение» поставлено в кавычки.
Топливный элемент, или электрохимический генератор, — это техническое устройство, где
протекает реакция окисления топлива, в ходе которой вырабатывается электроэнергия.
Топливом могут служить водород, спирт, аммиак и углеводороды (природный газ, нефть), а
окислителем (горение есть реакция окисления) — кислород, азотная кислота и др. Сегодня
чаше всего применяют водородно-кислородные топливные элементы.
Конструкция топливного элемента проста. Это сосуд с электролитом (водным раствором
кислоты или щёлочи), двумя пористыми электродами (анодом и катодом, как в аккумуляторной
батарее) и трубками для подачи топлива (на анод) и окислителя (на катод). На аноде молекулы
водорода распадаются на атомы, которые теряют свои электроны, становятся положительными
ионами и уходят в электролит. Потерявший ионы анод приобретает отрицательный заряд по
отношению к другому электроду, и свободные электроны движутся к последнему по внешней
цепи. Там они соединяются с атомами кислорода — образуются отрицательные ионы.
Последние проходят через электролит и соединяются с положительными ионами водорода. Так
возникает замкнутая цепь, по которой идёт электрический ток, и топливный элемент
становится электрическим генератором. Кроме электроэнергии в нём образуется ещё и
побочный продукт — дистиллированная вода.
Одиночный топливный элемент создаёт напряжение около 1,5 В. Чтобы получить более
высокое напряжение, элементы последовательно соединяют друг с другом в батареи.
Мощность топливных батарей пока несравнима с мощностью генераторов тепловых станций.
Поэтому их сейчас используют только для электроснабжения автономных потребителей, таких,
как глубоководные аппараты или околоземные космические станции. Время непрерывной
работы батареи зависит от запасов топлива, окислителя и износа (окисления) материалов
электродов и составляет в действующих установках 1000 ч.
Схема водородно-кислородного топливного элемента.
226
пара) или парогенераторы с атомными реакторами (здесь пар образуется за счёт энергии,
выделяющейся при делении ядер атомов).
Однако чем больше машин в цепочке, тем выше потери энергии. Поэтому перед учёными и
инженерами стоит важная задача: создать машины и технологические процессы, в которых
нежелательные потери энергии сведены к минимуму.
Конечные потребители полученной энергии — самые разнообразные транспортные и рабочие
машины, источники света, устройства управления, средства связи и обработки информации,
источники тепла — словом, практически вся известная нам техника.
КАК БЫЛА ИЗОБРЕТЕНА ПАРОВАЯ ТУРБИНА
История техники полна примеров, когда изобретатели из разных стран независимо друг от
друга работали над решением общей задачи. Яркий пример такого «международного
сотрудничества» — создание паровой турбины.
Первый важный шаг в разработке нового технического средства, потеснившего паровую
машину, сделал шведский инженер Карл Густав Патрик Лаваль (1845—1913). По
происхождению он был французом, но его предки ещё в XVI в. уехали из Франции в Швецию,
спасаясь от религиозных преследований. Благодаря острому уму и незаурядным способностям
Лаваль сразу после окончания в 1872 г. Упсальского университета блестяще защитил
докторскую диссертацию. Первые его изобретения — усовершенствования в химической и
горнорудной технологиях. За эти изобретения инженер получил несколько десятков патентов.
В 1878 г. Лаваль сконструировал молочный сепаратор (от лат. separator — «отделитель»).
Принцип работы устройства прост.
Емкость с молоком должна вращаться со скоростью более 100 об/'с. Центробежная сила будет
отбрасывать к стенкам ёмкости воду, более лёгкий жир соберётся в центре, в результате сливки
и обезжиренное (снятое) молоко разделятся. Но как получить нужную скорость? В поисках
ответа на этот вопрос учёный и изобрёл паровую турбину. В 1889 г. она была построена.
Паровая турбина Лаваля представляет собой колесо с лопатками. Струя пара, образующегося в
котле, вырывается из трубы (сопла), давит на лопасти и раскручивает колесо. Экспериментируя
с разными трубками для подачи пара, конструктор пришёл к выводу, что они должны иметь
форму конуса. Так появилось применяемое до настоящего времени сопло Лаваля (патент 1889
г.). Это важное открытие изобретатель сделал, скорее, интуитивно; понадобилось ещё
несколько десятков лет, чтобы теоретики доказали, что сопло именно такой формы даёт
наилучший эффект.
Паровая турбина Лаваля в разобранном виде.
227
Реактивная турбина
Лаваля.
Пар пол большим давлением
поступает в четыре трубы
переменно!о сечения — сопла
Лаваля. В расширяющейся части
сопла скорость струн сильно
возражает. Попадая w вогнутые
лопатки турбины, струм не просто
давит на них, а отражается.
Следующий шаг в разработке турбин сделал изобретатель из Англии Чарлз Алджернон
Парсонс (1854— 1931). Когда Лаваль уже работал над созданием турбины, Парсонс ещё учился
в Кембриджском университете. Он, как и положено представителю
аристократического рода (его отец, лорд Росс, был известным астрономом и общественным
деятелем), получил разностороннее образование. Заниматься турбинами начал в 1881 г., а уже
спустя три года ему выдали патент на собственную конструкцию: Парсонс соединил паровую
турбину с генератором электрической энергии. С помощью турбины стало возможно
вырабатывать электричество, и это сразу повысило интерес общества к паровым турбинам.
В результате 15-летних изысканий Парсонс создал наиболее совершенную по тем временам
реактивную многоступенчатую турбину. Он сделал несколько изобретений, повысивших
экономичность этого устройства (доработал конструкцию уплотнений, способы крепления
лопаток в колесе, систему регулирования числа оборотов).
Вскоре французский учёный Огюст Рато (1863—1930), обобщив уже имевшийся опыт, создал
комплексную теорию турбомашин. Он разработал оригинальную многоступенчатую турбину,
которая с успехом демонстрировалась на Всемирной выставке, проходившей в столице
Франции в 1900 г. Для каждой ступени турбины Рато рассчитал оптимальное падение дав-
Чарлз Парсонс.
228
ления, что обеспечило высокий общий коэффициент полезного действия машины.
С 1900 г. известная компания «Вестингауз» начала выпуск турбин новой системы
американского изобретателя Гленна Кертиса (1879—1954). В его машине скорость вращения
турбины была ниже, а энергия пара использовалась полнее. Поэтому турбины Кертиса
отличались меньшими размерами и более надёжной конструкцией.
Одна из главных областей применения паровых турбин — двигательные установки кораблей.
Первое судно с паротурбинным двигателем — «Турбиния», — построенное Парсонсом в 1894
г., развивало скорость до 32 узлов (около 59 км/ч). С 1900 г. турбины начали устанавливать на
миноносцах, а после 1906 г. все большие военные корабли оснащались турбинными
двигателями. В том же, 1906 г. на воду были спущены два крупных пассажирских
трансатлантических лайнера с турбинными установками — «Лузитания» и «Мавритания».
ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ: И СВЕТИТ, И ГРЕЕТ
Появились тепловые электростанции в конце XIX в. почти одновременно в России, США и
Германии, а вскоре и в других странах. Сначала для привода электрогенераторов использовали
паровые машины и дизели, но затем перешли на паровые турбины: они вырабатывают более
стабильный электрический ток. Первая в России тепловая электростанция с паровыми
турбинами вступила в строй в 1906 г. в Москве. Сегодня ни один более или менее крупный
город не обходится без собственных электростанций.
Тепловая электростанция — сложное и обширное хозяйство. Подчас она занимает территорию
в 70 га. Помимо главного корпуса, где размещены энергоблоки, здесь располагаются различные
вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические
распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и т. и.
«Движущая сила» тепловой электростанции — пар. Именно он вращает колесо турбины и
насаженный на её ось генератор, вырабатывающий
Котлотурбинный зал Северной ТЭЦ в Москве.
Энергоблок Костромской ГРЭС мощностью 1 200 000 кВт.
229
Простейшая одноступенчатая турбина. Схема.
Струя пара, проходя между лопатками, раскручивает диск турбины и выходит наружу.
электроэнергию. Получают пар в котельных агрегатах, в которых сжигается топливо. Из котла
пар направляют в пароперегреватель и доводят там
до температуры 650 °C при давлении 10 атм. Этот так называемый острый пар и поступает в
турбину. Она состоит из нескольких контуров; пар последовательно проходит через них,
постепенно остывая. Затем пар попадает в теплообменник, где нагревает воду. Её подают в
жилые дома и на предприятия.
Генераторы тепловых электростанций вырабатывают ток напряжением в десятки киловольт. На
трансформаторной подстанции оно повышается до сотен киловольт, и по высоковольтным
линиям электропередачи (ЛЭП) ток отправляется к потребителям. Мощность
теплоэлектростанций сегодня достигает сотен мегаватт (миллионов ватт). В нашей стране от
них поступает к потребителям наибольшая часть получаемой электроэнергии.
АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
В 1954 г. начала действовать первая в мире атомная электростанция (АЭС). Её построили в
Советском Союзе — в городе Обнинске Калужской области. Мощность АЭС составляла всего
5000 кВт, но столь малая величина не умаляла значения произошедшего — впервые была
получена электрическая энергия, источником которой служило ядро атома.
От обычной тепловой электростанции атомная отличается, прежде всего, видом топлива. АЭС
использует не уголь, нефть или газ, при сгорании которых энергия химических связей
превращается в тепло, а ядра тяжёлых элементов — урана и плутония. Но не любые ядра, а
только имеющие определённую массу — ядра изотопов (от греч. «и'сос» — «равный» и
«то'пос» — «место»). В атомных ядрах изотопов содержится одинаковое число протонов и
разное — нейтронов, из-за чего ядра разных изотопов одного и того же элемента имеют разную
массу. У урана, например, 15 изотопов; самый распространённый — уран-238, а в ядерных
реакциях участвует только уран-235. При делении ядер выделяется энергия — она и «работает»
в атомных электростанциях.
Реакция деления протекает следующим образом. Ядро урана самопроизвольно распадается на
несколько
АЭС Общий вид.
230
осколков; среди них есть частицы высокой энергии — нейтроны (в среднем на каждые 10
распадов приходится 25 нейтронов). Они попадают в ядра соседних атомов и разбивают их,
высвобождая нейтроны и огромное количество тепла. При делении 1 г урана выделяется
столько же тепла, сколько при сгорании 3 т каменного угля.
Управляемая реакция идёт в атомном реакторе. Главная его часть — активная зона. В неё
вводят тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) — трубки с изотопами урана или плутония — и
стержни из бора либо кадмия. Бор и кадмий поглощают нейтроны и тем самым снижают
скорость реакции. «Захват» нейтронов происходит очень быстро — примерно за
стомиллионную долю секунды. Если дать «прореагировать» всем нейтронам, произойдёт
атомный взрыв. Активную зону реактора выкладывают графитовыми кирпичами и омывают
водой: оба эти вещества замедляют нейтроны.
Ходом реакции управляют, поднимая и опуская стержни-поглотители. По мере «выгорания»
ядерного топлива ТВЭЛы извлекаются из реактора и заменяются на новые. Выполняют все
операции, конечно, с помощью роботов: потоки нейтронов и другие излучения смертельно
опасны.
Тепло, которое выделяется в результате ядерной реакции, нагревает омывающую реактор воду
до нескольких сот градусов (вода поступает под большим давлением, а потому не закипает).
Перегретая вода может сразу начать работать. В зоне пониженного давления она мгновенно
превращается в пар, который и крутит турбины. Недостаток такой схемы — её называют
одноконтурной — в том, что вода, прошедшая через реактор, становится радиоактивной и
делает радиоактивным оборудование.
Двухконтурные АЭС сложнее, но гораздо «чище». В них вода первого контура кипятит воду во
втором, и тот остаётся неактивированным.
Уран-238 тоже используют в атомных реакторах, но для получения не энергии, а горючего.
Этот изотоп хорошо поглощает быстрые нейтроны и превращается в другой элемент —
плутоний-239. Реакторы на быстрых нейтронах очень компактны: им не нужны ни
замедлители, ни поглотители — их роль играет уран-238. Называются они реакторами-
размножителями, или бридерами (от англ, breed — «размножать»). Воспроизведение ядерного
горючего позволяет в десятки раз полнее использовать уран, поэтому реакторы на быстрых
нейтронах считаются одним из перспективных направлений атомной энергетики.
Атомный реактор Московского инженерно-физического института.
РАБОТАЕТ ВОДА
Люди издавна задумывались над тем, как «запрячь» реки, заставить их работать. Уже в
древности — в Египте, Китае, Индии — водяные колёса поднимали на поля воду. Водяные
мельницы
для помола зерна появились задолго до ветряных — в государстве Урарту (на территории
нынешней Армении), но были известны ещё в XIII в. до н. э. Водяные колёса оставались
главным
231
Трёхфазный понижающий масляный трансформатор.
способом получения энергии в конце XVIII — середине XIX в. Они существовали до начала
XX столетия. Созданные во второй трети XIX в. гидротурбины, с гораздо более высоким КПД,
длительное время использовались для непосредственного привода станков и машин через
систему зубчатых, канатных и ременных передач. Сегодня гидротурбины применяют только
для приведения в действие генераторов на гидроэлектростанциях (ГЭС).
Первая промышленная гидроэлектростанция в России была введена в действие в 1896 г. Её
построили на реке Охте для энергоснабжения местного порохового завода. Тогда же в США
началась эксплуатация Ниагарской ГЭС постоянного тока.
Принцип работы гидроэлектростанций при всём разнообразии конструкций одинаков: вода под
напором из верхнего бьефа (водоёма перед плотиной) поступает в водоприёмник и по
водоводам направляется к турбинам — колёсам диаметром более Юме лопастями. Струя с
силой бьёт в лопасти, раскручивая вал машины, на котором закреплён генератор, начинающий
вырабатывать электроэнергию. По толстым проводникам — шинам она передаётся на
повышающий трансформатор, затем на распределительное устройство и под высоким
напряжением по линиям электропередачи идёт к потребителям — заводам, фабрикам, жилым
домам.
Гидрогенераторы обычно вырабатывают электроэнергию напряжением б—16 кВ. Их мощность
(а самые крупные находятся в нашей стране) может превышать 650 МВт.
Современная ГЭС представляет собой комплекс гидротехнических сооружений (для
концентрации потока воды и создания её напора), а также энергетического оборудования,
преобразующего энергию этого напора с помощью гидротурбин в механическую, а затем —
через гидрогенераторы — в электрическую. В машинном зале размещаются гидроагрегаты —
турбина и генератор; вспомогательное оборудование; устройства автоматического управления
и контроля.
232
ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется четыре раза. Такие колебания
особенно заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Древние греки объясняли
колебания уровня воды волей повелителя морей Посейдона. В XVIII в. английский физик Исаак
Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы воды в Мировом океане
приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив
сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты
неодинакова и составляет от 4 до 20 м.
Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн — перекрытый
плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены
турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море
сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень
воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединённые с
ними электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.
В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды
из моря в бассейн и обратно. ПЭС двустороннего действия способна вырабатывать
электроэнергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами в 1—2 ч четыре раза в сутки. Для
увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы — с двумя, тремя и
большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока.
Приливная электростанция может работать ритмично с обратимыми гидроагрегатами — они
действуют и в насосном, и в турбинном режимах, выполняют функции и электромотора, и
электрогенератора. Применение обратимых гидроагрегатов, объединение ПЭС в энергосистеме
с гидро-, тепловыми и атомными электростанциями, использование принципа аккумулирования
позволяют освободиться от лунного ритма приливов. Когда в ночное время нагрузка на
энергосистему снижается, двигатели обратимых гидроагрегатов приводят в действие насосы,
подающие воду в бассейн. В период пиковой нагрузки накопленная вода поступает в
обратимые гидроагрегаты, вырабатывающие электроэнергию.
Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пушена в 1966 г. во Франции в
устье реки Раис, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет
8,4 м. Открывая станцию, президент Франции Шарль де Голль назвал её выдающимся
сооружением века. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2,5 раза
превосходит расходы на возведение речной ГЭС такой же мощности, первый опыт
эксплуатации приливной электростанции оказался экономически оправданным. ПЭС на реке
Ране входит в энергосистему Франции и эффективно используется.
В 1968 г. на Баренцевом море, недалеко от Мурманска, вступила в строй опытно-
промышленная ПЭС проектной мощностью 800 кВт. Место её строительства — Кислая губа
представляет собой узкий залив шириной 150 м и длиной 450 м. Хотя мощность Кислогубской
ПЭС невелика, её сооружение имело важное значение для дальнейших научно-
исследовательских и проектно-конструкторских работ в области использования энергии
приливов.
Существуют проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская)
на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7—10 м. Планируется использовать также
огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской
губе, высота приливов достигает 12,9 м, а в Гижигинской губе — 12—14 м.
Работы в этой области ведутся и за рубежом. В 1985 г. пушена в эксплуатацию ПЭС в заливе
Фанди в Канаде мощностью 20 МВт (амплитуда приливов достигает здесь 19,6 м). В Китае
построены три приливные электростанции небольшой мощности. В Великобритании
разрабатывается проект ПЭС мощностью 1000 МВт в устье реки Северн, где средняя
амплитуда приливов составляет 16,3 м.
С точки зрения экологии ПЭС имеют бесспорное преимущество перед тепловыми
электростанциями, сжигающими нефть и каменный уголь. Благоприятные предпосылки для
более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью
применения недавно созданной геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать
ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство. Первые бесплотинные ПЭС намечено
соорудить в ближайшие годы в Южной Корее.
Кислогубская ПЭС в стадии монтажа. Россия.
233
Плотина Красноярской ГЭС.
Плотина Саяно-Шушенской ГЭС.
Центральный пост управления оборудуется пультом для оператора-диспетчера или
автооператором — устройством, автоматически определяющим оптимальное число
включённых агрегатов для обеспечения максимального КПД гидроэлектростанции. В здании
ГЭС или на открытых площадках располагаются повышающая трансформаторная подстанция и
распределительные устройства.
На равнинных реках при относительно небольшом напоре воды, когда высота её столба над
турбиной не превышает 30—40 м, сооружают так называемые русловые гидроэлектростанции.
На реке строят шлюзы или судоподъёмники, рыбопропускные или водозаборные сооружения
для орошения полей и водоснабжения. К русловым относятся, например, Волховская и
Волжская ГЭС.
Нередко расположить гидроэлектростанцию непосредственно в русле бывает сложно из-за
неудобной для строительства горной местности. Тогда электростанцию сооружают поблизости
— там, где вести работы удобнее, и отводят к ней реку или часть реки. Это деривационная
гидроэлектростанция. Крупнейшие ГЭС такого типа — Роберт-Мозес (США), Ингурская
(Грузия), Нечако-Кемано (Канада), Харспронгет (Швеция).
Сильный напор воды сдерживают плотиной, а ГЭС располагают за плотиной, как правило, у её
основания, со стороны, противоположной водохранилищу. Такая гидроэлектростанция
называется приплотинной; по этой схеме построены Красноярская и Братская ГЭС,
ДнепроГЭС.
Существуют и гидроаккумулирующие электростанции. Их строят там, где нагрузка в
энергетических системах в течение суток неравномерна. Когда потребление электроэнергии
снижается и она оказывается в избытке, агрегаты станции,
Генераторы Братской ГЭС.
234
способные работать как водяные насосы, перекачивают воду из водохранилища в верхний,
аккумулирующий бассейн. Если нагрузка в электросетях повышается до пиковой, идёт
обратный процесс — гидроагрегаты, которые приводит в действие вода, поступающая в
напорный водопровод из верхнего бассейна, вырабатывают электроэнергию. Мощность такой
станции довольно высока: например, у Корнуолльской ГЭС в США она достигает 1620 МВт.
Гидроэлектростанции имеют немало преимуществ перед тепловыми и атомными. ГЭС не
нуждаются в топливе и потому вырабатывают более дешёвую электроэнергию. Их
энергетические ресурсы огромны и к тому же непрерывно возобновляются.
Благодаря ГЭС полнее используются гидроресурсы рек — сооружаемые плотины и
водохранилища позволяют улучшить водоснабжение засушливых районов, удлиняют
судоходные участки, снижают ущерб от весенних паводков. Однако плотины ГЭС ухудшают
условия обитания водяной фауны; запруженные реки, замедлив течение, зацветают; уходят под
воду обширные участки пахотной земли. Гидроэнергетика должна развиваться, несомненно,
без ущерба для окружающей среды.
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА ГОЛЬФСТРИМЕ
Неужели можно перегородить океан плотиной, установить турбины и генераторы и получать от
них электрический ток? Фантастична эта идея только на первый взгляд. В привычном
представлении гидроэлектростанция обязательно должна иметь высокую плотину, и чем она
выше, тем сильнее напор водяного потока, тем больше мощность турбины. А если обойтись без
плотины, использовать океанское течение? Оказалось, такое возможно. Директор Лаборатории
энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в городе Бостоне (США) профессор
Александр Горлов создал особую турбину. Она не нуждается в сильном напоре и эффективно
работает, используя кинетическую энергию водяного потока — реки, океанского течения или
морского прилива. Проект первой в мире океанской электростанции уже разработан под
руководством А. Горлова. Она будет сооружена во Флоридском проливе, где берёт начало
Гольфстрим. Пассаты (ветры) непрерывно нагоняют в Мексиканский залив огромные массы
воды. В результате значительной разницы уровней залива и прилегающей части
Атлантического океана возникает гигантский водяной поток,
Океанская электростанция на Гольфстриме. Проект.
235
устремляющийся в сторону океана. На выходе из залива его мощность составляет 25 млн. м3 в
секунду, что в 20 раз превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара!
Непосредственно возведением уникального сооружения занимается американская строительная
фирма «Гольфстрим энерджи». По подсчётам специалистов, средства, вложенные в проект,
окупятся в течение пяти лет.
Что же будет представлять собой эта необычная электростанция? Металлическую платформу
из готовых секций с оборудованием для выработки электроэнергии погрузят на глубину и
закрепят с помощью якорей. Она не помешает свободному проходу пассажирских, грузовых и
военных судов с большой осадкой. А как быть с рыболовецким флотом? Ведь во время
промысла рыболовные сети могут причинить электростанции серьёзный ущерб, и при этом
пострадает само рыболовное снаряжение. Чтобы исключить возможные аварии, станцию
предполагается обозначить на поверхности океана буями со световой и радиоэлектронной
сигнализацией.
Оборудование одной секции состоит из 1 б турбин, жёстко соединённых торцами и образующих
вертикальную конструкцию длиной 13 м.
Электрогенератор в водонепроницаемой оболочке установлен на её верхнем конце. При
вращении турбин генератор вырабатывает ток мощностью 38 кВт. Для проектируемой станции
мощностью 140 МВт потребуется более 50 тыс. турбин и около 3700 электрогенераторов.
Сердце любой гидроэлектростанции — турбина. Именно она приводит в действие генератор,
вырабатывающий электрический ток. Оригинальная турбина, созданная Горловым, называется
геликоидной (от греч. «ге'ликс» — «спираль» и «э'йдос» — «вид»). Она имеет три спиральные
лопасти и под действием потока воды вращается в два-три раза быстрее скорости течения. В
отличие от многотонных металлических турбин, применяемых на речных
гидроэлектростанциях, размеры изготовленной из пластика турбины Горлова невелики
(диаметр 50 см, длина 84 см), масса её всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей
уменьшает трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков.
Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин.
Вырабатываемая электроэнергия может по кабелю передаваться на материк. Существует и
другой, весьма перспективный вариант её использования на месте: на базе океанской
электростанции организуют производство водорода электролизом океанской воды. Это
экологически чистое топливо, при сгорании которого образуется только вода, в перспективе
способно заменить бензин и другие нефтепродукты.
«Фабрика водорода» в океане представляет собой судно, стоящее на якоре рядом с океанской
электростанцией. Передаваемая по кабелю электроэнергия приводит в действие установленное
на судне технологическое оборудование для электролиза воды, сжижения и временного
хранения водорода до отправки продукции потребителям.
На самой станции не будет операторов: автоматическое управление обеспечит система
компьютеров. Пе-
Геликоидная турбина.
236
Энергоснабжение морских городов.
Энергетическое оборудование океанской электростанции и «фабрика водорода» в океане.
риодический наружный осмотр станции, а также необходимые ремонтные работы смогут
осуществлять водолазы.
Электростанция на Гольфстриме может стать «первой ласточкой» в освоении энергии
Мирового океана, имеющего много других мощных течений. Японские учёные, например,
говорят о большой эффективности подобных сооружений на тихоокеанском течении Куросио.
О его колоссальном энергетическом потенциале позволяют судить следующие цифры: у южной
оконечности острова Хонсю ширина течения составляет 170 км, глубина проникновения — до
700 м, а объём потока — почти 38 млн. м3 в секунду!
В перспективе широкое использование океанских электростанций позволит Японии обеспечить
электроэнергией так называемые морские города в Тихом океане. Долгосрочный проект
японских учёных предусматривает постепенное переселение значительной части жителей на
искусственные острова. Это поможет не только улучшить экологическую обстановку, но и
справиться с перенаселением страны. Согласно проекту, высвобождающуюся площадь
предполагается использовать под сельскохозяйственные угодья и национальные парки. Пока
программа находится на стадии разработки, ведутся консультации с Лабораторией Горлова.
Однако уже сейчас свою заинтересованность в проекте высказало правительство Тайваня.
Будущее энергетики, безусловно, связано со строительством океанских электростанций. Они
более экономичны, чем атомные; правда, уступают тепловым и речным. Зато в отношении
экологической безопасности океанские электростанции не имеют себе равных.
237
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался
над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.
Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы
свыше 1,5 тыс. лет назад (см. дополнительный очерк «Мельницы в Средние века»). В
дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но
и откачивали воду, сбивали масло, как, например, в Голландии. Первый ветроэлектрогенератор
был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных
установок.
Энергия ветра очень велика. Её запасы в мире, по оценке Всемирной метеорологической
организации, составляют 170 трлн. кВт*ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя
окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно
рассеяна в пространстве и он непредсказуем — часто меняет направление, вдруг затихает даже
в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки.
Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих под открытым
небом в любую погоду, стоят недёшево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС,
ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать гораздо большую площадь. К тому же
ветроэлектростанции не безвредны: они мешают полётам птиц и насекомых, шумят, отражают
радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приёму телепередач в близлежащих
населённых пунктах. Не всем понравилось бы жить в городе, где на каждой крыше грохочут
ветряки. Такой город будущего описал английский фантаст Герберт Уэллс в романе «Когда
спящий проснётся» (1899 г.).
Для получения энергии ветра применяют самые разные конструкции: многолопастные
«ромашки»; винты вроде самолётных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью
(тогда у неё есть груз-противовес); вертикальные роторы, напоминающие
Ветряная мельница.
Такие мельницы работали в сёлах ещё в 20-х гг. XX в.
Современная ветроэлектростанция.
Ветряная установка мощностью 600 кВт построена в Тверской области в конце XX в.
238
разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом»
вертолётного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой.
Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остальным
приходится разворачиваться по ветру. Встречаются и совсем оригинальные решения.
Например, по кольцу из рельсов бегает тележка с парусом, и её колёса приводят в действие
электрогенератор.
В Испании довольно долго работала установка, сама создававшая для себя ветер. Построили
очень высокую трубу, обширный круг земли в её основании покрыли полиэтиленовой плёнкой
на каркасных опорах. Под жарким испанским солнцем земля и воздух под плёнкой
нагревались, и в трубе возникала ровная постоянная тяга. Встроенная в трубу крыльчатка
вращала генератор. Тяга не прекращалась ни в пасмурные дни (если только облачность была не
слишком плотная), ни ночью: земля долго хранит тепло. Однако эксплуатация такой установки
обходилась довольно дорого: металлическая труба постепенно ржавела, а плёнка разрушалась.
Серьёзный урон ветростанции наносила и непогода... После очередного урагана ремонтировать
систему не стали.
Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветряные фермы».
Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На
одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить
слишком тесно, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому «ферма» занимает много
места. Такие «фермы» есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму»
разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер
устойчивее, чем на суше.
Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в систему включают
маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего
они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны;
выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические
(силой ветра вода поднимается на определённую высоту, а, падая вниз, вращает турбину).
Ставят даже электролизные аккумуляторы. Ветряк даёт электрический ток, разлагающий
Ветроэлектростанция на морском побережье.
239
воду на водород и кислород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в
топливном элементе (т. е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращается в
электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний
напряжения, связанных с капризами ветра.
Основоположник современной аэродинамики русский учёный Николай Егорович Жуковский
(1847—1921) рассчитал теоретический КПД ветродвигателя, оказавшийся довольно высоким —
около 60 %. Но у реальных конструкций он на 10—15 % ниже.
В мире сейчас работает более 30 тыс. ветроустановок разной мощности. Германия получает от
ветра 10 % своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер даёт 2500 МВт электроэнергии.
По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются,
цена «воздушного» электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт*ч
электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 г. она снизилась
в 1,5 раза. Правда, в настоящее время энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1 кВт*ч.
ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Около 4 % всех запасов воды на нашей планете сосредоточено под землёй — в толщах горных
пород. Воды, температура которых превышает 20 °C, называют термальными (от грен, «те'рме»
— «тепло», «жар»). Нагреваются подземные озёра и реки в результате радиоактивных
процессов и химических реакций, протекающих в недрах Земли. В районах вулканической
деятельности на глубине 500— 1000 м встречаются бассейны с температурой 150—250 °C; вода
в них находится под большим давлением и поэтому не кипит. В горных областях термальные
воды нередко выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90 °C.
Люди научились использовать глубинное тепло Земли в хозяйственных целях. В странах, где
термальные воды подходят близко к поверхности, сооружают геотермальные электростанции
(геоТЭС). Они преобразуют тепловую энергию подземных источников в электрическую. В
России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине
реки Паужетка, в районе вулканов Кошелева и Камбального. В 1980 г. её мощность составляла
уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травеле, работают 11 таких
станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (в Калифорнии, в
Долине Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии (в районе Уайракеи),
Мексике и Японии.
Геотермальные станции устроны относительно просто: здесь нет котельной, оборудования для
подачи топлива, золоулавливателей и многих других приспособлений, необходимых для
обычных тепловых электростанций. Поскольку топливо у геоТЭС бесплатное, то и
себестоимость выра-
Гейзер Сахарный в Долине гейзеров на Камчатке.
240
батываемой электроэнергии в несколько раз ниже.
Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции.
Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединённые с
электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того, как он попадёт в турбины)
очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар
поступает в турбины, а затем из воды, образовавшейся в результате конденсации, удаляют не
растворившиеся в ней газы.
Именно по смешанной схеме работает Паужетская электростанция. Пароводяная смесь,
содержащая тепло в количестве 840 кДж/кг, выводится через буровую скважину глубиной 350
м на поверхность и направляется в сепарационное устройство. Здесь пар при давлении 225 кПа
(свыше 2 атм) отделяется от воды и по трубам поступает в турбины; те вращаются и приводят в
действие электрогенераторы.
Отработавший в турбинах пар попадает в смешивающий конденсатор, где охлаждается и
превращается в воду. Выделившиеся при этом газы (азот и кислород) удаляют насосом. Горя-
чую воду (120 °C) используют для теплоснабжения населённых пунктов. Вода для охлаждения
пара подаётся самотёком по трубопроводу длиной 600 м из реки Паужетки.
В России, Болгарии, Венгрии, Грузии, Исландии, Новой Зеландии, США, Японии и других
странах термальными водами обогревают здания, теплицы, парники, плавательные бассейны. А
столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных
источников.
Паужетская геоТЭС. Россия.
СОЛНЦЕ, СВЁРНУТОЕ БУБЛИКОМ
Во время химической реакции изменяются электронные оболочки атомов. В результате
ядерной реакции иным становится строение атомного ядра — гораздо более прочного, чем
атом. Поэтому при распаде тяжёлых ядер (в реакции деления) или, наоборот, при слиянии
лёгких (в реакции синтеза), когда образуются ядра элементов средней массы, выделяется
огромное количество энергии.
Например, при делении одного атома урана — реакции, используемой для получения энергии в
современных атомных электростанциях, — выделяется около 1 МэВ энергии на каждый
нуклон. (Нуклонами называют протоны и нейтроны, являющиеся составными частями ядер
атомов.) В ходе реакции дейтерия D (тяжёлого водорода, атом которого содержит в ядре
нейтрон п) с протоном р синтезируется изотоп гелий-3, излучается у-частица и выделяется
примерно 5 МэВ энергии на один нуклон, т. е. в пять раз больше:
1D2 + р 2Не3 + у.
В природной воде один атом дейтерия приходится на 7 тыс. атомов водорода, но дейтерия,
содержащегося в стакане воды, достаточно, чтобы произвести столько же энергии, сколько
можно получить при сгорании бочки
241
бензина. В Мировом океане 4*10ь т дейтерия; его энергии хватит всем жителям Земли на 4 тыс.
лет.
Ещё больше энергии выделяется в реакциях сверхтяжёлого изотопа водорода — трития Т, в
ядре которого два нейтрона:
1Т3 + р 2Не4 + у + 19,7 МэВ;
1Т3 + ,D2 2Не4 + п + 17,6 МэВ.
Трития в природе нет, но в достаточных количествах его можно получать в атомных реакторах,
воздействуя потоком нейтронов на атомы лития:
n + 3Li7 2Не4 + Т.
Однако осуществить эту реакцию весьма непросто: она начнётся лишь
в том случае, если ядра атомов сблизятся настолько, что возникнут силы ядерного притяжения
(так называемого сильного взаимодействия). Это расстояние на пять порядков меньше
размеров атома, и, пока электроны остаются на своих орбитах, они не позволят ядрам
сблизиться. Да и сами ядра до начала сильного взаимодействия расталкиваются кулоновскими
силами.
Существует два принципиально различных подхода к решению этой проблемы, и всё ещё
неясно, какой из них окажется в конечном итоге более выгодным. Первый подход —
инерциальный термоядерный синтез. Несколько миллиграммов дейтерий-тритиевой смеси
заключают в капсулу диаметром 1—2 мм. На капсуле фокусируют импульсное излучение
нескольких десятков мощных лазеров. Капсула мгновенно испаряется, и если в излучение
удаётся вложить 2 МДж энергии за 5—10 наносекунд, то световое давление так сожмёт смесь,
что может пойти реакция термоядерного синтеза. При этом происходит взрыв, по мощности
эквивалентный взрыву 100 кг тротила. Выделившаяся энергия будет преобразовываться в более
удобную для использования форму — например, в электрическую. Экспериментальная
установка такого типа (NIF) строится в США и должна начать работать в 2010 г.
Другой подход называют магнитным термоядерным синтезом. Дейтерий-тритиевая смесь
ионизуется и затем разогревается до температур, сопоставимых с температурой в центре
Солнца. Ионизация означает переход смеси в четвёртое агрегатное состояние вещества —
плазму, в которой все электроны сорваны со своих орбит, а ядра остаются «голыми».
Через плазму пропускают электрический ток силой около 20 млн. ампер, чтобы нагреть
дейтерий-тритиевую смесь до 100 млн. градусов. Ясно, что столь высоких температур никакие
стенки не выдержат, поэтому смесь нужно изолировать в центре камеры. Удерживать плазму от
соприкосновения со стенками камеры магнитным полем предложил в 1949 г.
Инерциальный термоядерный синтез.
В установке «Искра-5» на капсуле с дейтерий-тритиевой смесью фокусируют
12 лазерных лучей. ВНИИЭФ. Саров (Арзамас-16).
*Кулоновские силы — силы взаимодействия двух заряженных частиц; описываются законом
Кулона.
242
А. Д. Сахаров, а немного позже американец Дж. Спитцер.
В однородном магнитном поле заряженные частицы движутся по окружностям не разлетаясь.
Трудность заключается в том, как создать однородное магнитное поле. Теоретически оно
возникает внутри бесконечного соленоида (от греч. «соле'н» — «трубка» и «э'йдос» — «вид»)
— цилиндра, на стенки которого намотана проволока с током. На практике же бесконечный
соленоид неосуществим, и приходится выбирать один из трёх вариантов.
1. Соленоид конечной длины закупоривают электрическими или магнитными «пробками» —
дополнительным полем, которое возвращает частицы внутрь камеры. Такого рода устройства
называются открытыми ловушками.
2. Соленоид сворачивают в так называемый тор (от лат. torus — «выпуклость») — бублик.
Концов у него, естественно, нет, но и магнитное поле уже неоднородно: оно сильнее у
внутренней стенки и слабее у внешней. Заряженные частицы начнут дрейфовать туда, где поле
слабее, и вылетать через внешнюю стенку. Чтобы этого не происходило, через плазму можно
пропустить постоянный ток, который создаст вихревое магнитное поле: закручивая улетающие
частицы, оно будет возвращать их к внутренней стенке. Магнитное поле, перпендикулярное
направлению поля в соленоиде (так называемое полоидальное), получают и при помощи
дополнительных электромагнитных катушек. Оно также возвращает приближающиеся к
внешней стенке частицы внутрь камеры. Сооружение с такой системой обмоток именуется
токомак (сокращение от «тороидальная камера и магнитная катушка»),
3. Можно позволить частицам двигаться естественным образом, а камере придать форму,
повторяющую их траекторию. Камера примет довольно причудливый вид, а магнитное поле
создадут внешние катушки гораздо более сложной конфигурации, чем в токамаке. Устройства
подобного рода именуют стеллараторами.
Пока трудно сказать, какой из вариантов приведёт к успеху. Сначала наибольшая удача
сопутствовала токамакам. На советском токамаке Т-3 в 1968 г. удалось разогреть плазму до
температуры 10 млн. градусов, а затем в 1997 г. на токамаке JET в Великобритании было
достигнуто совпадение вложенной и полученной энергии. Этого, правда, недостаточно для
самоподдержания процесса: до 80 % полученной энергии теряется. Чтобы реактор работал,
нужно производить энергии в пять раз больше, чем
« Токамак-15».
Этот исследовательский реактор построен в научном центре «Курчатовский институт».
Москва.
243
Торсатрон «Ураган-ЗМ».
Экспериментальный стелларатор, рассчитанный на удержание плазмы, нагретой до 10 млн.
градусов.
тратится на нагревание плазмы и создание магнитных полей.
В 1986 г. страны Европейского союза вместе с СССР, США и Японией решили совместными
усилиями разработать и построить к 2010 г. достаточно большой токамак, способ-
ный производить энергию не только для поддержания термоядерного синтеза в плазме, но и
для получения полезной электрической мощности. Этот реактор назвали ИТЭР (англ. ITER —
«международный термоядерный экспериментальный реактор»). К 1998 г. все проектные
расчёты были закончены, но США отказались далее участвовать в проекте. В конструкцию
реактора приходится вносить изменения, чтобы уменьшить его стоимость.
В настоящее время у токамаков появились серьёзные конкуренты. Однако строительство
стеллараторов и установок инерциального синтеза наталкивается на серьёзные технические
трудности. Во всяком случае, стало ясно: даже если термоядерную энергию и удастся
использовать для производства электричества, дешёвым оно не будет.
Тем не менее, у термоядерной энергии есть огромные преимущества перед иными источниками
энергии. Например, по сравнению с атомным реактором использование токамака
Конструкция стелларатора. Схема.
Вакуумная камера стелларатора (1) имеет винтовую
обмотку (2). создающую продольное магнитное поле.
Поперечное поле формирует система внешних обмоток f 3).
Их суммарное поле удерживает плазму в камере.
кл.мерл стелллрлтора.
Камерн имеет вес ьма причудливый вид. Она повторят форму
плз змеиного шнура, возник.иошего в магнитном поле внешних
катушек сложной конфигурации.
244
Устройство т<Hui мака.
Вокруг центрального
соленоида п/ токамака
расположена бланкет-зашита
(2) и камера с плазмой /
в форме тора <«бублика»).
Вся система находится
в вакууме и окружена
| ерметичной стенкой ЙЛ
Воздух откачивают через
трубопровод (5k
Охлаждающая система f'b)
не дает установке
перегреваться. На камеру
налеты катушки активного
управления (7) и
тороидального магнитного
поля (вК Полоидальмые
катушки (9) охватывают
токамак сверху и снизу.
В бланкете происходит
поглощение продуктов
(хкакиии и выделение энергии
в виде тепла.
не связано с проблемой захоронения отходов, так как в результате термоядерного синтеза
образуются не радиоактивные изотопы, а инертный гелий; компоненты термоядерного
«горючего» не могут быть использованы для производства оружия; в токамаке исключены
неконтролируемые процессы в активной зоне. К тому же термоядерный реактор, даже не
производящий энергию, а только потребляющий её, окажется полезной «при-
ставкой» к атомной электростанции. В результате термоядерного синтеза образуются
нейтроны, которые можно использовать, например, для производства из урана-238
энергетически более выгодных изотопов урана или плутония или для переработки
радиоактивных отходов.
И всё же, несмотря на всю привлекательность этого вида энергии, вопрос о её получении
остаётся открытым.
«ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА»
Один из самых необычных и, пожалуй, самых привлекательных сценариев энергетического
будущего человечества открывает проект «Водородная экономика». Его суть заключается в
замене ископаемого топлива водородом. Физический и химический смысл проекта ясен:
основная энергия в нефти, газе, каменном угле и дереве запасена в виде углеводородов —
соединении углерода с водородом. И не углерод, а именно водород даёт при сжигании топлива
наибольшее количество тепловой энергии, превращаемой затем в механическую и
электрическую.
Водорода на Земле огромное количество, причём основные его запасы сосредоточены не в
природных углеводородах, а в воде. Но если для
245
Дмитрий Иванович Менделеев.
получения энергии из нефти, газа, каменного угля и дерева их достаточно сжечь, то с водой так
поступить нельзя: слишком прочно связаны в ней водород и кислород. Современной науке
известны два основных способа разложения воды на составляющие её химические элементы:
пиролиз (от греч. «пир» — «огонь» и «ли'зис» — «разложение»), когда воду нагревают до очень
высокой температуры, и электролиз, когда через воду пропускают электрический ток.
Однако оба этих способа очень энергоёмки, а потому непригодны для получения больших
количеств водорода. Но представим себе, что удастся найти метод лёгкого разрушения молекул
воды. Тогда в технике произойдёт настоящий переворот. В реактивных двигателях, двигателях
внутреннего сгорания, турбинах, топках котельных установок перестанут сжигать сотни
миллионов тонн нефти, угля, природного газа и их производных. Прекратится выброс в
атмосферу вредных для жизни продуктов сгорания топлива: ведь выхлоп двигателя,
работающего на водороде, — чистая вода. Полезные ископаемые можно будет добывать в
гораздо меньших количествах, и использовать только как сырьё для химической
промышленности, производящей пластмассы, лекарства и другие необходимые людям вещи.
Как тут не вспомнить великого русского химика Д. И. Менделеева, который ещё в XIX в.
говорил о том, что сжигать нефть в топках — всё равно, что топить печи ассигнациями.
В наши дни проблему промышленного получения дешёвого водорода пытаются решить разные
специалисты. Химики ищут катализатор, в присутствии которого вода станет разлагаться при
меньших затратах энергии. Физики разрабатывают способы получения дешёвого
электричества, что сделает экономически выгодным электролиз воды. Не остались в стороне и
биологи. Они пытаются вывести бактерии, способные разлагать воду на кислород и водород с
помощью солнечного света. Учёными давно найдены микроорганизмы, выделяющие водород,
но в таком малом количестве, что о промышленном их применении говорить не приходится.
Если же производительность бактерий удастся значительно повысить, то у человечества
появится шанс пережить ещё одну энергетическую революцию и получить новый, практически
неисчерпаемый, к тому же экологически чистый источник энергии.
ЭНЕРГИЯ ИЗ КОСМОСА
Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает
атмосфера. Само собой напрашивается решение: разместить солнечные энергостанции в
космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит
создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии Солнца.
У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии' в другой
неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить
опасное перегревание земной атмосферы.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Как на самом деле будут выглядеть солнечные космические электростанции (СКЭС), сегодня
точно сказать нельзя. А к проектированию СКЭС конструкторы приступили ещё в конце 60-х
гг. XX в.
Путь энергии от приёмника электромагнитного излучения Солнца к розетке в квартире или
блоку питания станка может быть различным. В самых первых проектах предлагался такой:
солнечные батареи, вырабатывающие электричество сверхвы-
246
сокочастотный (СВЧ) передатчик на СКЭС —> приёмник на Земле —> распределительные
электрические подстанции. На практике это выглядело бы следующим образом:
многокилометровые плоскости солнечных батарей на прочном каркасе; решётчатые антенны
передатчиков; похожие на них (и тоже многокилометровые) приёмники энергии на
поверхности Земли... Вариант, как быстро выяснилось, далеко не идеальный.
Инженеры попытались вообще отказаться от использования солнечных батарей. Например,
предлагалось с помощью различных преобразователей (скажем, зеркал) на станции превращать
солнечный свет в тепло, кипятить рабочую жидкость и её паром вращать турбины с
электрогенераторами. Но и в таком варианте процесс получения энергии остаётся очень
долгим: солнечный свет через тепло и механическое движение превращается в электричество,
потом — снова в электромагнитные волны для передачи на Землю, а затем — опять в
электричество. Каждый этап ведёт к потерям энергии; приёмные антенны на Земле должны
занимать огромные площади. Но хуже всего то, что СВЧ-луч негативно влияет на ионосферу
Земли, пагубно сказывается на живых организмах. Поэтому пространство над антеннами
необходимо закрыть для полётов авиации. А как уберечь от гибели птиц?
Те же проблемы возникают и при передаче энергии по лазерному лучу, который к тому же
сложнее преобразовать снова в электрический ток. Полученную в космосе энергию более
целесообразно использовать в космосе же, не отправляя её на Землю. На производство тратится
около 90 % вырабатываемой на планете энергии. Основные её потребители — металлургия,
машиностроение, химическая промышленность. Они же, кстати, и главные загрязнители
окружающей среды. Обойтись без таких производств человечество пока не в состоянии. Но
ведь можно убрать их с Земли. Почему бы не использовать сырьё, добываемое на Луне или
астероидах, создав на спутниках и астероидах соответствующие промышленные базы? Задача,
безусловно, сложнейшая, и сооружение солнечных космических электростанций — только
первый шаг к её решению. С производством же электроэнергии для бытовых нужд справятся
ветряки, бесплотинные ГЭС и другие экологически чистые энергоустановки.
Любой вариант проекта солнечной космической электростанции предполагает, что это
колоссальное сооружение, причём не одно. Даже самая маленькая СКЭС должна весить
десятки тысяч тонн. И эту гигантскую массу необходимо будет запустить на удалённую от
Земли орбиту.
Так выглядел один из первых проектов аппарата для выполнения в космосе строительно-
монтажных работ.
Предварительно на агрегат устанавливаются катушки (1) с мета.\лмч<х кой лентой Ш
и кассеты с диагональными (3) и вертикальными (4) расчалками. Ленты с трех катушек
поступают на прокатные валки (5), где превращаются в уголки. Диагональные
и вертикальные расчалки привариваются к ним, после него готовый фра! мент
фермы (6) отрезается гильотинными пожнивами (7).
247
Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую — опорную — орбиту
необходимое количество блоков, узлов и панелей солнечных батарей. Чтобы уменьшить массу
огромных зеркал, концентрирующих солнечный свет, можно делать их из тончайшей
зеркальной плёнки, например, в виде надувных конструкций. Собранные фрагменты солнечной
космической электрической станции нужно доставить на высокую орбиту и состыковать там. А
долететь к «месту работы» секция солнечной электростанции сумеет своим ходом, стоит только
установить на ней электроракетные двигатели малой тяги.
НЕ ТОЛЬКО СОЛНЦЕ
Солнце не единственный космический источник энергии, которым могут воспользоваться
земляне. Не исключено, что на других небесных телах есть энергоносители, по своей
эффективности во много раз превосходящие имеющиеся на нашей планете. В поверхностных
слоях лунного грунта, например, найдены запасы гелия-3, который на Земле отсутствует.
Предполагается, что получить термоядерную энергию из этого изотопа проще, чем из других.
Между тем считанные килограммы гелия-3 удовлетворят годовую потребность в энергии всего
человечества.
ВЕЧНЫЙ СОБЛАЗН ВЕЧНОГО ДВИЖЕНИЯ
В начале 70-х гг. XIX в. в маленьком посёлке Модвилл американского штата Огайо некий
предприимчивый человек решил построить лесопилку. Событие так и осталось бы
незамеченным, не вознамерься изобретатель оснастить её двигателем собственной
конструкции. Причём механизм должен был работать самостоятельно (без использования
энергии пара или воды), непрерывно и неограниченно долго.
Абсолютно уверенный в осуществимости этой идеи, американец не удосужился даже
изготовить модель своего детища, а сразу же принялся за строительство. На мощные опоры
высотой около 4,5 м он водрузил огромную бочку, вмещавшую сто вёдер воды, и вместе с
семьёй наполнил её вручную. Предполагалось, что вода из бочки польётся по трубе в
небольшой бочонок, стоящий на земле, а по пути будет вращать водяное колесо. Система
ремней и рычагов приведёт в движение насос и пилу; насос станет перекачивать воду из
бочонка наверх, а пила — превращать брёвна в доски.
Закупив достаточно леса, изобретатель нанял рабочих и объявил, что пускает свою лесопилку в
ход. Посмотреть на диковинную машину пришли сотни людей. Кран открыли, колесо
повернулось, и... под хохот собравшихся вода из переполнившегося бочонка потекла на землю.
Попытка построить постоянно действующий источник даровой энергии провалилась. Хозяин
лесопилки в затее разочаровался, продал всё, на что нашлись покупатели, и занялся более
реальным делом.
История, произошедшая в американском посёлке, характерна и поучительна. Сконструировать
вечный двигатель — машину, которая, если её однажды привести в движение, будет работать
сама по себе, не требуя источников энергии и никогда не останавливаясь, мечтали не одно
столетие. Пример всегда перед глазами: Солнце, Луна и планеты непрерывно перемещаются по
небосводу, реки безостановочно текут в море, а приливы всегда сменяются отливами. Такое
вечное движение называлось по-латыни «perpetuum mobile naturae» — «природное вечное
движение». Оно как будто неопровержимо свидетельствовало о том, что можно осуществить и
«искусственное вечное движение» — perpetuum mobile artiticae»
248
ВОСЕМЬ
С ПОЛОВИНОЙ ВЕКОВ
БЕСПЛОДНЫХ ПОИСКОВ
Трудно сказать, кто и когда впервые разработал проект вечного двигателя. Считается, что
самое раннее упоминание о нём содержится в трактате индийского математика и астронома
Бха'скары Ача'рьи (1114— 1185), написанном около 1150 г. В Европе первый известный чертёж
вечного двигателя оставил выдающийся французский инженер и архитектор Виллар де
Оннекур в своей «Книге рисунков» (1235—1240 гг.). Не прошло и 40 лет, как другой
французский учёный, Пьер де Марикур, сочинил трактат о магнитных явлениях, где предлагал
получать вечное движение при помощи системы постоянных магнитов. Эти проекты так и
остались на бумаге, а первый вечный двигатель построил в середине XVII в. Эдуард Сомерсет
маркиз Уорчестерский (1601 — 1667), придворный английского короля Карла I.
В сочинении Сомерсета, человека необыкновенно изобретательного, с богатой фантазией,
чертежи «perpetuum mobile» находились под номером 56. До нашего времени они не дошли, и
сейчас известно только, что машина имела вид колеса диаметром более 4 м, а по его
окружности размещалось 14 грузов по 25 кг каждый. Некое устройство сдвигало грузы с одной
стороны колеса на 0,3 м дальше от оси, чем с другой. Вечный двигатель запустили в
лондонском Тауэре. По отзывам современников (в частности, герцога Гамильтона и самого
короля), испытание прошло успешно, вызвав восторг присутствующих. И всё же маркиз свой
двигатель почему-то забросил и больше к нему не возвращался...
Идея маркиза Уорчестерского — колесо, имеющее постоянный перевес с одной стороны и
потому непрерывно крутящееся под действием силы тяжести, — породила массу проектов и
конструкций. Все они, однако, надежд не оправдывали и работать отказывались. Но заманчивая
Чертеж вечного лвигатечв
и> > Книги рнсунвоа» В. м Оннекурв.
Колесо должно было непрерывно
«цмщлтьс я под действием избыточного
вег д откидных грузов: слевд их нд один
Гмимв* нем < прднд Похожую
конструкцию неодиокрдпю и безуспешно
повгорели потом десятки И МЮрСТДГеАГН
Проект «сухой» водяной мельницы. XVII в.
Вместо текучей, «живой» речной волы механизм должен был работать за счёт воды
неподвижной, «мёртвой». По мысли изобретателя, вода, поднятая архимедовым винтом из
нижней ёмкости в верхнюю, станет стекать по трубе, вращая турбину, которая приведёт в
движение жернова и винт.
249
цель — получить работу из ничего и даром — подстёгивала изобретателей.
Со временем вечные двигатели становились всё сложнее. Пытались заставить работать в них
воду и ртуть, которые переливались внутри колеса из одной ёмкости в другую, или тяжёлые
шары, катавшиеся по желобам. Жидкости поднимали при помощи насоса. Выливаясь, они
должны были вращать турбину, приводящую в движение тот же насос. Вместо насоса
пробовали использовать капиллярные силы и полупроницаемые мембраны, которые разделяли
жидкости, имеющие разную плотность. Возвращались и к идеям де Марикура: создавали
разнообразные конструкции с постоянными магнитами. Когда же в конце XIX в. появились
электрические машины постоянного тока, их пытались соединять так, чтобы электромотор
вращал генератор, его питающий... Почти каждый изобретатель надеялся получить от своей
конструкции избыток энергии и использовать его для полезной работы.
Несмотря на все ухищрения. pcrpctuum mobile anificae» упорно не желал воплощаться в
реальность. И были люди, которые ясно понимали всю бесперспективность идеи.
Вечный двигатель. Виньетка из книги С. Стевина «Начала статики». 1586 г.
Замкнутая цепь из тяжёлых роликов, непрерывно катящихся по наклонным плоскостям,
должна была вечно вращать зубчатое колесо. Но ещё в 1586 г. Симон Стевин доказал, что
цепь на наклонной плоскости всегда будет оставаться в равновесии. Этот вывод он считал
настолько важным, что окружил свой чертёж виньеткой с надписью: «Чудо — не чудо».
«ИСКАТЕЛИ ВЕЧНОГО ДВИЖЕНИЯ, СКОЛЬКО ПУСТЕЙШИХ ЗАМЫСЛОВ ВЫ
ПУСТИЛИ В МИР!»
Эти слова принадлежат великому Леонардо да Винчи. Он был первым, кто доказал, что любая
система грузов, как бы они ни располагались на рычаге или колесе, всегда быстро приходит в
равновесие. Записи великого учёного, к сожалению, очень неразборчивы, и прочитать их
удалось только в конце XVIII в. Спустя сто лет после Леонардо, ничего не зная о его работе,
англичанин Джон Уилкинс (епископ Честерский) провёл свои исследования и пришёл к тому
же выводу.
Однако существовал ещё один распространённый тип механических вечных двигателей,
который нельзя было исследовать методом да Винчи и Уилкинса. В конструкции этих
двигателей вечное движение «обеспечивалось» тяжёлой цепью или ремнём, переброшенным
одной, более длинной, стороной через систему блоков. Нидерландский инженер, механик и
математик Симон Стевин (1548— 1620) доказал, что и такая механическая система не способна
совершать вечное движение. Общая теория, показывающая, что «perpetuum mobile artificae»
любого типа существовать не может, появилась много лет спустя.
ЗАКОН СУРОВ, НО ОН ЗАКОН
Речь идёт о законе сохранения энергии — одном из основных законов природы. Он абсолютно
универсален; справедлив и в масштабах Вселенной, и в мире элементарных частиц: энергия не
возникает и не исчезает бесследно, а только переходит из одной формы в другую. В
механических устройствах потенциальная энергия их частей (например, поднятых грузов или
запаса воды) превращается
250
«Вечный водопровод».
Давление воды
в большом баке должно
было постоянно
выжимать воду
по трубе в верхнюю
ёмкость. Автор проекта
не понимал, что
гидростатический
парадокс в том
и состоит, что уровень
воды в трубе всегда
остаётся таким же,
как в баке.
в кинетическую энергию вращения колёс, качения шаров, течения жидкости. Эти энергии
равны, никакой работы при их преобразовании не совершается. И машина, не имеющая
внешнего источника энергии, в идеальном случае способна лишь бесконечно долго
поддерживать собственное движение. Но даже такой совершенно бесполезный для практики
вариант вечного двигателя построить нельзя. Любое реальное движение сопровождается
трением, которое превращает механическую энергию в тепловую. Детали механизма
нагреваются, тепло безвозвратно рассеивается в пространстве, и машина, израсходовав
первоначальный запас энергии, останавливается.
То же можно сказать и о любых других силах — упругости пружин, магнитного
взаимодействия, капиллярности, — способных работать в двигателе. Если устройство совершит
полный цикл движения и придёт в первоначальное состояние под действием таких сил, их
работа окажется равна нулю. Ни одно устройство, какой бы принцип ни лежал в его основе, не
может работать без источника внешней энергии. А значит, вечный двигатель создать нельзя.
Одним из первых это положение доказал французский математик Филипп де Лагир, который в
1678 г. направил соответствующий мемуар в Парижскую академию наук. Почти сто лет спустя
Академия официально постановила, что «не будет рассматривать никакой машины, дающей
вечное движение». Тем не менее, поток фантастических предложений не прекратился; не иссяк
он и до сих пор. И в конце XX в. находятся люди, конструирующие вечные двигатели. На
изобретателей не действуют ни доводы рассудка, ни теоретические доказательства, ни даже
абсолютная неработоспособность созданных ими устройств. Более того, в последней четверти
XIX столетия появилась новая соблазнительная идея — получать энергию из практически
неисчерпаемого источника, по-прежнему не давая ничего взамен.
Гонщик
своим весом
сжимает поршень
пол седлом, маем)
ит цилиндра вращает
турбинку, которая
гонит жидкость обратно
в цилиндр и посредством
ременной передачи 1«рашас*т
kiAHee колесо. Автор считал,
что велосипеду не нужен
тормол: чтобы остановиться,
достаточно слетка привстать.
КАК ВЫЧЕРПАТЬ ОКЕАН ЭНЕРГИИ
Мы окружены океаном энергии, которая рассеяна в воздухе и морской воде. Воздух в тропиках
прогревается до 40—50 °C. Температура воды морей и океанов даже зимой и на самой большой
глубине никогда не опускается
251
YcipOfcl'IBO
ЛЛЯ «НИОМЛТМЧСГМШ <»
ПОАМВОАД Ч«КОВ.
tfO ОСНОВОЙ был ртутный
барометр — чаша с ртутыи
и погруженная в неё трубка.
Чек» ниже атмосферное
давление*. тем меньше ртути
остаётся в трубке. гем
тяжелее становится чаша.
Изменение её веса через
систему тубчагых колес
поднимало гири часов.
до нулевой отметки. Если бы всё их тепло удалось собрать и пустить в работу, электростанции
оказались бы ненужными: вода и воздух, непрерывно подогреваемые Солнцем, вечно снабжали
бы человечество энергией. Устройство, работающее за счёт тепла, равномерно рассеянного в
природе, стали называть вечным двигателем второго рода (а тот, о котором речь шла выше, —
соответственно вечным двигателем первого рода).
Первую конструкцию подобного типа — «нуль-мотор* создали в Америке в 1880 г. Он
представлял собой нечто вроде паровой машины, работающей на жидком аммиаке. При
нормальной температуре аммиак в ёмкости закипает при давлении 10 атм. Его пар поступает в
цилиндр машины с поршнем; там он расширяется, совершая работу, охлаждается, частично
сжижается и перекачивается обратно в котёл. Так, по мнению изобретателя, за счёт тепла
атмосферного воздуха можно непрерывно получать механическую работу. Двигатель был
построен, потом усовершенствован, но... не работал.
Позднее появилось множество других «машин атмосферного тепла», относящихся к классу
«монотермических», т.е. функционирующих при одной температуре, устройств. Закона
сохранения энергии они не нарушали — сколько тепла машина «выкачивала» из атмосферы,
столько она и должна была превратить в работу. И всё-таки ни одна из них так и не стала
действовать.
ТЕРМОДИНАМИКА — НАУКА О ДВУХ НАЧАЛАХ
Работа тепловых машин подчиняется законам термодинамики, которые по традиции называют
началами. Закон сохранения энергии для тепловых систем именуется первым началом
термодинамики. А вторым её началом называется принцип, утверждающий, что все процессы,
связанные с теплообменом, расширением газов и выделением тепла, самопроизвольно про-
исходят только в одном направлении. Газ течёт из области с высоким давлением туда, где
давление ниже; нагретое тело отдаёт тепло холодному; электрический ток идёт от большего
потенциала к меньшему. Во время этих переходов может производиться полезная работа.
Чтобы создать разность давлений, температур или потенциалов, нужно сжимать газ, нагревать
воду, разделять электрические заряды. И здесь имеется своего рода асимметрия: работу в тепло
можно превратить полностью, а тепло в работу — только частично. Какая-то доля его
неизбежно уходит от двигателя к приёмнику тепла, к холодному телу. Повинно в этом не
только трение, преобразующее энергию в тепло. Второе начало термодинамики доказывает, что
тепло переходит в работу целиком, только если холодное тело имеет температуру абсолютного
нуля (-273,16 °C). Но этой температуры достигнуть невозможно в принципе, и любой реальный
тепловой процесс неизбежно приводит к рассеянию энергии. Поэтому вечный двигатель
второго рода поведёт себя совершенно так же, как и двигатель первого рода: исчерпав запас
внутренней энергии, он остановится.
«Концентрировать» и заставлять работать рассеянную энергию столь же бессмысленно, как
собирать разлитую воду, заливать в бак и крутить её потоком турбину — проще делать это
вручную.
Но не вся природная энергия находится в рассеянном состоянии. В атмосфере возникают
перепады давления, поверхность океана нагревается, а его придонные слои остаются
холодными. Там же, где есть разница температур или давлений, имеется возможность получить
энергию и превратить её в работу.
ВЕЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ БЕЗ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Двигатели, которые работают за счёт разности энергий, возникающей во времени и
пространстве, появились
252
Схема работы устройства лая ползавоха часов.
Чашка П » со ртутью (2) гмтлмчисна на тросе (3).
перекинутом через блок (4).
а баромсприческая трубка (5) прикреплена
к корпусу часов. Котла атмосферное давление
палает. ртуть переливается из трубки в чашку,
и она опускается, поворачивая блок. Через
систему зубчатых колёс блок враныс! вал (61,
который пиднимлст гирю /7), Когда
атмосферное давление растёт, ртуть входит в
Трубку, чашка поднимается, поворачивая блок
в другом направлении. Вал с час (твой гирей
при этом остаётся неподвижным: сто
«запирает • храповой механизм (в).
давно. Часть из них действует по очень простому и вполне ясному принципу. Но есть и такие, которые
можно принять за вечный двигатель второго рода: разобраться, почему они работают, совсем непросто.
Считается, что первое подобное устройство изготовил голландец Корнелиус Дреббель (1572—1634),
талантливый инженер и физик В 1598 г. он запатентовал, а спустя девять лет продемонстрировал
английскому королю Якову I «вечные» часы, которые не требовали подзавода: их гири поднимало
постоянно меняющееся атмосферное давление.
В начале 60-х гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно
пьющая птичка» или «птичка Хоттабыча» (видимо, потому, что старик Хоттабыч умел творить разные
чудеса). Тонкая стеклянная колбочка с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую ёмкость.
Свободным концом колбочка почти касается её дна. В нижнюю часть игрушки налито немного
жидкости, а верхняя, пустая, обклеена снаружи тонким слоем ваты. Декоративный клюв, подставка в
виде лапок и хвостик из пёрышка довершают облик забавной птички. Перед игрушкой ставят стаканчик
с водой и наклоняют её, заставляя «попить». И тут происходит нечто удивительное: не дожидаясь
повторного приглашения, птичка начинает два-три раза в минуту наклоняться и окунать головку в
стаканчик Раз за разом, непрерывно, днём и ночью кланяется птичка, пока в стаканчике не кончится
вода. Механизм такого явления понятен: жидкость в нижней ёмкости испаряется под влиянием
комнатного тепла, давление растёт и вытесняет жидкость в трубочку.
•lllMNlui Xoi ГЛОШЧЛ».
IU ?ту птичку июЬрситсли
вечного лвиraicля опикко
рола 1ю ллагали немалые
Мечами ън
совре менны ж
швейцарских часов
«Атмос»
с авюматичеч кмм
полка волом.
В металлическом
ммлямлре (1)г
наполненном
легкоисплряюшеио»
жидкостью,
находитея
moi аллмчсс кая
гармошка Z2J
с пружиной (3)
внутри. Когда
температура лаже
не значит р лык •
меняется, давление
п.цюв жидкости
ри тег или Н.1Л.МТ.
и । армомжа
( ЖИМ1М’ТСЯ или
расширяется. I ё
движение через
систему рычажков
и шечтерСти ж 141
ынолит пружину.
оГмч починая (юлгг
чем суточный ход
часов.
253
Верхняя часть игрушки перевешивает, она наклоняется, и пар уходит в головку птички.
Давление выравнивается, жидкость стекает в нижнюю ёмкость. Теперь уже она перевешивает и
возвращает птичку в первоначальное положение. Через некоторое время процесс повторяется.
На первый взгляд здесь нарушается второе начало термодинамики: перепад температур
отсутствует, «птичка Хоттабыча» лишь отбирает тепло из воздуха, т. е. работает за счёт
«монотермического источника». Но это только на первый взгляд. Птичка не зря окунает
головку в стаканчик вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик
Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и «живёт» птичка.
Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы),
птичка, в полном согласии со вторым началом термодинамики, двигаться перестанет, и даже
Хоттабыч ей не поможет.
Много необоснованных надежд породили и несложные бытовые устройства — кондиционеры.
Некоторые их модели умеют не только охлаждать помещение, но и нагревать его, отбирая
тепло у холодного уличного воздуха. Исследования показывают, что на каждый киловатт
электрической мощности, подведённой к такому устройству, в комнате выделяется 2,5 кВт
тепла — гораздо больше, чем от простого нагревателя. Но это не означает, что кондиционер
нарушает второе начало термодинамики. Просто он работает как «тепловой насос», подобно
обычному холодильнику, который тоже «выкачивает» тепло из морозильной камеры в кухню.
И хотя электроэнергию «тепловой насос» использует гораздо эффективнее, чем калорифер, не
меньше половины её всё-таки теряется.
Мощность таких «псевдовечных двигателей» очень низка: слишком уж малы разности
температур и давлений, при которых они работают. Поэтому конкурировать с традиционными
источниками энергии — электростанциями — они не могут и мировых энергетических проблем
не решат. Зато остроумные механизмы, которые без всяких батареек способны вечно заводить
часы, уже существуют. Пытаться же построить «истинный» вечный двигатель любого рода и
получить даровую энергию, сколь бы заманчивым это ни казалось, никакого смысла не имеет.
Законы природы обойти нельзя.
И всё-таки усилия многочисленных создателей вечных двигателей не пропали даром. Пытаясь
сконструировать невозможное, они нашли немало любопытных технических решений,
придумали механизмы и устройства, которые до сих пор применяются в машиностроении. В
бесплодных поисках вечного движения родились основы инженерной науки, подобно тому как
из безуспешных попыток алхимиков отыскать «философский камень» в конце концов, возникла
современная химия.
*Когда влажность воздуха достигает точки росы, вода начинает выпадать в виде капель.
254
ОТ ЗАМЫСЛА ДО МАШИНЫ
КАК СОЗДАЕТСЯ ТЕХНИКА
Жизнь современного человека трудно представить без разнообразных технических устройств
— электрических, механических, гидравлических. Звонит будильник — мы просыпаемся,
поворачиваем в ванной кран — течёт вода, в многоэтажном здании поднимаемся на лифте. Все
эти сложные машины и механизмы привычны для человека конца XX в., поэтому мало кто
задумывается над тем, как их создают. Попробуем вместе пройти путь от замысла до машины.
Для её создания нужна идея. Но идея рождается не просто так, а чаще всего в ответ на
возникшую в обществе потребность. Например, появился спрос на новые виды топлива и масел
— стала развиваться нефтеперерабатывающая отрасль. Понадобились новые сорта сталей —
изменилось оборудование в металлургии. А поскольку обрабатывать сталь этих сортов надо
тоже по-новому, появились более совершенные станки.
Иногда изобретатель опережает своё время. В его творении пока не нуждаются. Лишь спустя
годы, десятилетия, даже века замысел будет востребован. Порой о нём уже никто не помнит —
и машину изобретают заново. Например, идею подводной лодки предложил Е. П. Никонов (см.
статью «Подводные лодки»), а появилась такая лодка лишь в первой половине XIX в., и не в
России.
Если государству, фирме или частному лицу понадобится какое-то техническое устройство
(назовём его условно — машина), сначала составляют техническое задание, т. е. излагают
требования к новой машине. Это техническое задание заказчик предлагает конструкторским
бюро.
Конструкторское бюро изучает требования и составляет ответ — техническое предложение.
Оно содержит несколько вариантов решения задачи, экономическое и техническое обоснование
каждого варианта, сравнительную оценку предложенных к разработке и уже существующих
машин — как отечественного, так и зарубежного производства. В процессе этой работы
требования технического задания нередко уточняются.
* Электростартёр — устройство для запуска автомобильного мотора из кабины — появился в
1912 г. потому, что женщины не хотели крутить заводную рукоятку. Первоначально
электростартёр устанавливался только по специальному «дамскому» заказу, поскольку
мужчины считали наличие стартёра признаком слабости.
255
Поисковый эскиз интерьера перспективного микроавтобуса.
Дизайнер представил решение основных элементов салона автомобиля: стилистическую схему
панели приборов, целостную боковину, сиденья с подголовниками. Одновременно предложена
и цветовая схема обивки. Часто для эскизов применяют тонированную бумагу (или картон) —
рисунок на ней выглядит более убедительно.
Поисковый эскиз микроавтобуса.
На подобном эскизе дизайнер представляет концептуальное видение формы перспективной
модели. Иногда на некоторых элементах акцентируется внимание. В данном случае это
«бровки» над колёсными нишами, глубокая подштамповка на боковине, тонированные стёкла.
ЯЗЫК ЧЕРТЕЖА
На земле не много людей, которые одинаково хорошо владеют несколькими языками,
например французским, японским, английским и немецким. Но есть язык, доступный всем, кто
разбирается в технике. Это язык чертежа. Благодаря ему рабочие и инженеры из разных стран
легко понимают друг друга. Например, российские самолёты и другую технику производят за
границей. Россия и Франция делают новую модель учебно-тренировочного самолёта.
Возможно, что появится даже евросамолёт: в его конструировании и производстве примут
участие специалисты из многих государств Европы. Без общего технического языка этот
грандиозный проект не осуществить.
Поэтому в 1946 г. была создана специальная Международная организация по стандартизации
(ISO), разрабатывающая технические стандарты. Эти стандарты — своеобразные законы,
которые обязаны соблюдать инженеры и конструкторы стран, вступивших в ISO. Чертёж,
выполненный по техническим стандартам, будет понятен любому специалисту независимо от
национальности.
Чтобы выточить, скажем, гладкий полый цилиндр, нужно знать его длину, наружный и
внутренний диаметры, допустимую точность соблюдения размеров (допуск) при изготовлении,
чистоту (шероховатость) поверхности и т. д. На всё это существуют нормы, единые для стран,
входящих в ISO. Разработанная «Система чертёжного хозяйства» включает в себя условные
обозначения видимых и невидимых линий; правила нанесения их на чертежи, простановки
размеров, внесения изменений и др.
Например, значок 0 показывает, что размер относится к окружности; жирными
линиями ( ) обозначают видимые, а штриховыми (-----) — невидимые поверхности.
Штрих-пунктирные линии (—•—•) — это оси симметрии.
Так называемые стандартные узлы (подшипники, электро- и гидроаппаратуру, различные
механизмы, приспособления, электронные приборы), которые применяются во многих
изделиях, обычно не чертят, а обозначают символами.
256
Если условно разрезать деталь, станут видны металл и пустоты отверстий. Плоскость сечения
на металлической детали заштриховывается тонкими линиями под углом 45°. Своя штриховка
есть для дерева, пластмассы и других материалов.
Обозначают и шероховатость, и даже методы её получения поверхности:
— поверхность получена без снятия слоя металла (штамповкой, ковкой или литьём);
— поверхность получена со снятием слоя металла (обработкой на металлорежущих станках);
— метод получения поверхности не указан (он может быть выбран по усмотрению рабочего
или технолога).
В технических институтах, колледжах и ПТУ техническое черчение — первая дисциплина,
которую начинают изучать.
ДЕТАЛЬ И ЕЁ ЧЕРТЁЖ
Чтобы изготовить деталь (А), делают её чертёж (Б). На него наносят не только необходимые
размеры, но и пояснения, нужные для работы.
На чертеже представлены главный вид детали и вид слева. Аля более сложных изделий чертёж
выполняют в трёх проекциях.
Алина (1) и диаметр (2) элементов даются в миллиметрах. Рядом с цифрой указывается
обозначение допуска. Размер может быть, например, на 0,25 мм меньше (3) или на 0,1 мм
больше (4).
Чистота обработки детали определяется высотой шероховатостей на её поверхности. Высота
измеряется в микронах (микрометрах) и задаётся значком (5). Значок (6) относится к
поверхностям, чистота которых не указана.
На конусных элементах проставлена величина угла (7) наклона поверхности к центральной оси
(8), которая обозначена штрих-пунктирной линией.
Деталь имеет сквозное отверстие в центре. На виде слева оно выглядит как окружность. На
главном виде этот элемент обозначен штриховой линией (9).
В правой части отверстия нарезана стандартная метрическая резьба (10),
обозначенная буквой М, рядом с которой проставлен диаметр. Для большей наглядности на
детали сделан разрез (11). На разрезе резьбу показывают тонкой сплошной линией (12), на
сплошной детали — штриховой (13), на виде слева — незамкнутой окружностью (14).
После обработки разными инструментами получаются поверхности с разной шероховатостью.
Поэтому часто одну деталь последовательно отделывают несколькими инструментами (В),
например, после сверла — протяжкой или развёрткой.
R
257
Эскиз панели приборов.
Эта часть автомобиля, как правило, рассматривается отдельно, но с учётом уже
выбранного направления дизайна салона, чтобы сохранить общий стиль. Дело в том, что на
панели много элементов, которые должны быть расположены в соответствии с
определёнными условиями и требованиями. Обычно делают 10— 20 вариантов подобных
эскизов.
Особое внимание на этапе технического предложения уделяют исследованию возможных
рынков сбыта будущей машины. В современных условиях, когда предложение новых видов
продукции превышает спрос
на неё, изготовитель должен ясно представлять себе, чем его продукция привлечёт
потенциального потребителя. Нужно знать, на кого рассчитан товар: по возрасту — на
молодёжь, людей средних лет или пожилых; по доходам — на небогатых, среднего достатка
или обеспеченных. Необходимо учитывать даже национальность и пол покупателей.
Безусловно, важно и то, как предположительно долго машина будет находиться в эксплуатации
и пользоваться спросом. Всё это и определяет, стоит ли вкладывать деньги в её производство.
Заказчик, рассмотрев технические предложения разных конструкторских бюро, выбирает одно
из них. При этом, как правило, он обращает внимание не только на технические характеристики
будущей машины, но и на возможные затраты.
Иногда окончательный выбор заказчик делает на следующей стадии проектирования,
называемой эскизным проектом. По этому проекту можно составить общее представление о
принципе работы и об устройстве машины; в нём дана её принципиальная схема. Для особенно
крупных изделий (например, турбин гидроэлектростанций или химических реакторов
диаметром в несколько метров) обязательно оговариваются условия и особенности
транспортировки. При этом учитывают габариты железнодорожного полотна, мостов и
туннелей.
Если для машины разрабатывают принципиально новые узлы, рассчитать которые не
представляется возможным, то изготовляют их макеты для испытаний.
Особое значение на этапе эскизного проекта имеет проверка всех предложенных вариантов
машины на соответствие требованиям безопасности и сохранения чистоты окружающей среды.
Ни одна машина, даже если у неё нет аналогов, не создаётся заново. Из одной машины в
другую без изменений переходит до 80 % всех деталей и узлов (их называют стандартными).
Это различного рода подшипники, реле, выключатели, разъёмы и т. д. Хорошим конструктором
считается тот,
Уникальный фрезерно-копировальный станок, изготовленный
автомобильного завода. Завод тяжёлого машиностроения. Ульяновск.
258
для Волжского
кто может создать новую машину из максимального количества стандартных узлов. Например,
построенный в 1943 г. советский тяжёлый танк ИС имел в двигательной установке 70 деталей,
общих с деталями уже выпускавшегося танка КВ, 20 — с деталями Т-34 и лишь менее 30
новых; в башне танка 260 узлов были общими с узлами танков прежних моделей и только 15
новых.
Применение стандартных деталей не только ускоряет и удешевляет создание машины, но и
повышает её надёжность: раз детали успешно работали прежде, значит, вероятность их
поломки мала, да и запасные части найти проще. Кроме того, для производства таких деталей
уже подобрана технология, созданы станки, приспособления, инструменты.
На следующей стадии проектирования разрабатывают технический проект: проверяют наличие
патентов, инженерные расчёты; завершают испытания макетов; оценивают основные
технические характеристики (мощность, производительность, расход топлива или
электроэнергии, коэффициент полезного действия).
Особое внимание уделяют технологической подготовке. Производство к моменту получения
чертежей должно быть полностью подготовлено — укомплектован парк станков, изготовлены
специальные приспособления, режущие и измерительные инструменты и т. д. Это длительный
процесс. Для сложной машины, вроде самолёта или автомобиля, он может занять примерно
столько же времени, сколько конструирование и работа над чертежами.
И вот технический проект принят заказчиком. Наступает заключительный этап
конструкторских работ — подготовка рабочей документации, чертежей, по которым машину
будут изготовлять. Для сложных изделий наряду с чертежами создаются так называемые плазы.
В экспериментальном или модельном цехе завода строят макет машины в натуральную
величину — мастер-модель. Делают её с очень высокой точностью из хорошо высушенного
твёрдого дерева — как правило, бука — и покрывают лаком. Так мастер-модель может
храниться годами. Она служит эталоном, с которого снимают размеры при изготовлении
штампов, пресс-форм и калибров для их проверки.
Некоторые автомобильные компании мастер-модели уже не делают, а строят математическую
модель поверхности деталей кузова на компьютере. Форма кузова записана в виде десятков
миллионов чисел, а программа позволяет в считанные минуты получить сечение любого
элемента.
Кроме мастер-модели автомобиля делают и деревянные болванки элементов кузова. Острые
грани болванок обшивают стальными уголками заподлицо с деревом. По болванкам
Вертикальный дизайнерский плаз.
Помимо горизонтальных конструкторских плазов существуют и такие. На них
дизайнеры и стилисты в цвете изображают объект в натуральную величину.
На расстоянии нескольких метров подобный рисунок воспринимается
как настоявший автомобиль. Кроме того, навешивая другие нарисованные элементы,
можно легко изменять его внешний вид и проверять предложения стилистов.
*Патент (от лат. patens — «открытый») — документ, удостоверяющий государственное
признание технического решения изобретением, полезной моделью, промышленным образцом
и закрепляющий за лицом, которому он выдан, исключительные права на использование
указанного объекта.
**Плаз (от фр. place — «место») — площадка для разбивки в натуральную величину чертежа
самолёта, автомобиля или корабля, по которому изготовляют шаблоны (от нем. Schablone —
«образец», «модель») для раскроя и выгиба отдельных элементов обшивки и набора корпуса
машины из фанеры или пластмассы.
259
деревянными молотками (киянками) вручную выколачивают все детали кузова опытного
образца будущего автомобиля и проверяют, как они стыкуются между собой.
Наконец всё готово к выпуску машины, и завод начинает работать. Прежде всего, делают
опытную партию новых машин (2—3 самолёта, 10—15 автомобилей). В этот период проходит
проверку работа конструкторов и производства. Бывает, что в машине какие-то детали не
собираются в узлы; тогда анализируют причины «нестыковки» и, если необходимо, в чертежи
вносят исправления. Собранную машину испытывают по заранее разработанной и
согласованной с заказчиком программе.
Крупные агрегаты, вроде турбин или генераторов для ГЭС и ТЭС, монтируют на заводе и
запускают, чтобы проверить, не возникнет ли вибрация (от лат. vibro — «колеблюсь»),
способная в считанные минуты разрушить турбину.
Несколько иначе испытывают автомобили. Поскольку машины эксплуатируются в различных
климатических условиях — на морозном севере и жарком юге, во влажных тропиках и в
пустынях, — их проверяют в аэроклиматических установках, которые есть на всех автозаводах.
В них можно создать любые условия — от лютого мороза до обжигающей жары, сухой или
влажной. Посылают автомобили и в испытательный пробег, чтобы посмотреть, как они поведут
себя в разных условиях — в горах, на равнине и т. п. И лишь после всесторонних испытаний
начинается серийное изготовление модели. На Волжском автозаводе в пробег ежегодно
отправляют 20—30 машин (при годовом выпуске более 700 тыс.), чтобы проверить, не
ухудшается ли качество продукции по мере «старения» производства.
Ну, а если у конструктора вдруг возникла новая идея, как улучшить качество машины? Можно
ли вносить изменения в конструкцию или технологию изготовления?
Ни в коем случае! После начала серийного производства изменения
ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ
Первые средства измерения были примитивными и находились «под рукой» или «под ногой».
Так возникли: карат (200 мг) — единица массы, применяемая в ювелирном деле и
соответствующая массе семечка рожкового дерева; фут (0,3048 м) — длина ступни; локоть
(38—46 см) — длина предплечья и др. Единицы измерения земельной площади нередко
связывались с производительностью труда: например, «морген» (от нем. Morgen — «утро») —
площадь, вспаханная за утро.
Шли века, развивалась торговля. Сначала — обмен, затем — продажа. При продаже
приходилось взвешивать, измерять и оценивать точность измерений. Люди начали
предпринимать дальние поездки. Появились мили, вёрсты и километры — нужно было как-то
сопоставлять эти единицы.
Так возникла наука об измерениях физических величин, о методах и средствах достижения их
единства, впоследствии получившая название метрологии (от греч. «ме'трон» — «мера» и
«ло'гос» — «учение»),
В наши дни рабочий, получив чертёж детали, чтобы сделать её на станке, производит
необходимые измерения. Одни размеры на чертеже указаны с точностью до миллиметра или
десятых его долей, поэтому достаточно линейки или штангенциркуля; другие — до сотых или
тысячных долей миллиметра, и здесь требуется более точный измерительный инструмент —
микрометр. Линейка, штангенциркуль и микрометр называются рабочими средствами
измерений; ими пользуются в цехе.
Инструменты имеют свою точность измерения и свою погрешность. При работе они
изнашиваются, и время от времени нужно проверять — не утеряна ли предусмотренная
точность. Каждый измерительный инструмент по «персональному» графику периодически
отправляют в центральную заводскую измерительную лабораторию на поверку. И в цех он
возвращается, только если его точность находится в пределах допустимой; неточным
инструментом больше не пользуются.
Средства измерения, предназначенные для контроля рабочих средств, называются
образцовыми. Их тоже необходимо, хотя и реже, поверять. Для этого существуют городские,
областные и межобластные цент-
*Штамп (от итал. stampa — «печать») — инструмент для изготовления деталей штамповкой.
Рабочая поверхность штампа воспроизводит форму поверхности изделия.
**Пресс-форма — устройство (обычно из двух полу форм) для изготовления деталей сложной
конфигурации.
***Калибр (фр. calibre) — здесь измерительный инструмент для контроля размеров, формы и
взаимного расположения частей изделия.
260
Современное метрологическое оборудование. Гравиметр ГАБЛ.
Для поверки средств измерения используется сложная электронная и лазерная техника.
Прибор для измерения силы тяжести с точностью до 10~9 g, созданный в Новосибирске,
получил всемирное признание.
ры метрологии и стандартизации. Эти центры подчиняются независимому органу —
Государственному комитету Российской Федерации по стандартизации и метрологии
(Госстандарту России).
Аля воспроизведения с наивысшей достижимой в настоящее время точностью и хранения
единиц физических величин служат эталоны. Развивается техника и её возможности —
меняется и точность эталона.
Современные эталоны — сложные и дорогие установки. Например, эталон времени —
квантовый водородный генератор — занимает несколько подземных этажей. Его суточная
погрешность не превышает 0,002 мкс (микросекунды). Это значит, что за 700 тыс. лет
непрерывной работы эталонные часы накопят ошибку не более 1 с.
Эталон метра, первоначально воспроизводившийся платиноиридиевой линейкой с точностью
до 3,7 мкм (микрометра; 1 мкм = 0,001 мм), в настоящее время представляет собой расстояние,
которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 с.
261
недопустимы, все предложения по совершенствованию модели идут в так называемый задел.
Их используют в дальнейшем при модернизации машины. А модернизацию конструкторы
начинают сразу же после того, как модель запустят в массовое производство. Поскольку
совершенству нет предела, то и модернизация — процесс непрерывный.
ЧТО ТАКОЕ КАЧЕСТВО
Какое изделие называют качественным? Говоря, например, об автомобиле, можно перечислить
чуть ли не десяток характеристик: расход топлива, скорость, безопасность, комфорт и т. д.
Кому-то нужна машина, мгновенно набирающая скорость, хотя по плохим дорогам на ней не
проехать; другой предпочтет, прежде всего, надёжную машину, но такую, на которой и по
городу ехать не стыдно, и бездорожье не страшно.
Качество — это набор свойств и характеристик техники, которые удовлетворяют заданные или
предполагаемые потребности. Из определения следует, что качество — понятие, во-первых,
многогранное, а во-вторых, динамичное: со временем требования к изделию меняются.
Сегодня, например, мы с усмешкой смотрим на телевизоры «Темп» и «Рубин», ещё недавно
считавшиеся чудом техники.
Как оценить удобство в пользовании товаром, соответствие его моде, наконец, вкус пищевых
продуктов? В этих случаях качество определяют либо специалисты-эксперты (в пищевой
промышленности — дегустаторы), либо покупатели, отвечающие на анкету.
ГРАНИ КАЧЕСТВА
Важнейший показатель качества промышленной продукции — надёжность. В самом деле,
кому нужна машина, пусть даже самая современная, если она то и дело ломается, а
ремонтировать её долго и дорого. Под надёжностью в технике понимают способность изделия
сохранять рабочие характеристики в течение заданного при проектировании времени и в
заданных условиях. Определение «заданный» очень важно, поскольку нельзя требовать, чтобы
машина работала в условиях, для которых она не предназначена. Нельзя ожидать хорошей
работы от магнитофона, которым забивали гвозди.
А какая надёжность вообще нужна? Казалось бы, стопроцентная. Но делать механизмы
безотказными невозможно, да и не нужно, — это слишком дорого. Многие технические
изделия выгоднее изготовить менее надёжными, но зато приспособленными к быстрому и
простому ремонту.
Качество изделия зависит и от того, насколько удобно им пользоваться. Какой формы сделать
кресло водителя, чтобы он не уставал? Какими должны быть контрольные приборы, чтобы их
показания читались безошибочно? В какой цвет красить помещение, какую температуру в нём
поддерживать? Всеми этими вопросами занимается эргономика — наука о взаимодействии
человека и машины.
Ещё одно необходимое свойство для качественного, технически сложного изделия — его
устойчивость против неграмотного использования. Чтобы нельзя было, скажем, стереть
компьютерную программу, уничтожить многомесячный труд десятков людей, просто по
ошибке нажав не ту кнопку. (В английском языке даже есть специальный термин — foolproof, в
буквальном переводе — «защита от дурака».)
СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ
Если, купив холодильник, магнитофон или телевизор, вы обнаружите, что приобретение вышло
из строя, не стоит с обидой говорить: «Как же так, ведь я специально просил продавца показать
сертификат качества». Увы! Нет сертификата качества. Есть сертификат соответствия,
который, по закону Российской Федерации, подтверждает лишь то, что продукция
соответствует установленным требованиям.
Сертифицируются только нормы, связанные с безопасностью для жизни (у автомобиля —
«пассивная безопасность», тормоза), для окружающей среды (шум и вредные выбросы) и др.
Все остальные показатели качества (расход топлива, комфортабельность, ресурс до ремонта,
среднее время между отказами техники и пр.) сертификации не подлежат. Так что автомобиль
может быть экологически чистым и безопасным, но ненадёжным. И при этом он получит
сертификат соответствия.
Сертификат соответствия холодильника гарантирует, что вас не ударит электричеством, но не
даёт никаких гарантий на его бесперебойную работу даже до конца гарантийного срока. Штамп
ОТК (отдела технического контроля) в техническом паспорте свидетельствует об одном: во
время заводской проверки агрегат был исправен.
Получение сертификата соответствия — дорогое «удовольствие». Например, стоимость
сертификационных испытаний самолёта Як-40 в Великобритании составила более 3 млн.
долларов, а сама процедура длилась пять лет! Но без сертификата Россия не имела бы права ни
торговать этими самолётами, ни даже летать на них в Англию. Продукция, прошедшая
испытания в независимой и международно признанной лаборатории, признаётся во всех
государствах. Такие лаборатории есть и в нашей стране.
262
ДИЗАЙН
В современной культуре слово «дизайн» (от англ, design — «замысел», «проект», «чертёж»,
«рисунок») служит международным термином, который обозначает весь спектр деятельности
по созданию нового изделия или даже программы, например рекламной кампании. В России
были попытки заменить понятие «дизайн» на «художественное конструирование». Однако этот
термин не прижился, так как не соответствует сути данной деятельности.
Предшественниками современных специалистов по дизайну можно назвать ремесленников.
Они изготовляли предметы повседневного спроса, орудия труда, оружие. Каждый стремился
сделать свой товар привлекательным для покупателя, был и конструктором, и технологом, и
художником в одном лице.
С возникновением массового производства в конце XIX — начале XX в. промышленная
продукция утратила многие положительные качества ремесленных изделий. Она стала
безликой, некрасивой, не всегда функциональной. Крупные фирмы, чтобы улучшить товар,
начали привлекать к проектированию не только грамотных инженеров, но и людей творческих,
художественно одарённых. Одной из первых на этот путь в начале XX в. встала немецкая
электротехническая компания AEG. Её продукция выгодно отличалась от изделий конкурентов
благодаря таланту дизайнера Питера Беренса.
Сформировался же дизайн как новый вид человеческой деятельности в 30-х гг. XX в., в эпоху
глубокого экономического кризиса в Европе и Америке. Одним из его основателей считают
Раймонда Лоуи, морского офицера в отставке. Оказавшись в США, он был поражён обилием
товаров и одновременно их внешней убогостью. Художник и эстет в душе, Лоуи стал
предлагать свои услуги предпринимателям, хозяевам магазинов, изготовителям рекламы. Начав
с оформления витрин и упаковки
сигарет, он очень скоро приобрёл не только богатство, но и широкую известность.
Разработанная Лоуи упаковка сигарет «Лаки Страйк» более полувека выпускается без
изменений.
Лоуи понял, что покупателю нужен не просто дешёвый и добротный товар, а изделие, удобное
в использовании, обладающее эстетической привлекательностью. Он впервые попытался
связать воедино пользу, удобство и красоту. Когда речь идёт о простых вещах, добиться этого
несложно. Флакон для продуктов бытовой химии, например, не должен выскальзывать из
мокрых рук; его желательно оснастить распылителем направленного действия или дозатором.
Информативное графическое оформление, хорошо читаемые надписи, безукоризненное
художественное качество — вот требования, которым должен отвечать товар. Ведь
грязноватый, невыразительный цвет, расплывчатая надпись вряд ли вызовут доверие к
изделию.
Управление технически сложными изделиями — транспортными машинами, различными
приборами, станками — требует особых навыков. Именно такие товары должны быть особенно
«дружественны» человеку.
Что это значит? Все органы управления нужно разместить так, чтобы при минимальных
затратах усилий ими было удобно пользоваться. Кнопки, тумблеры, рычаги должны находиться
в зоне досягаемости, чётко различаться между собой и соответствовать психофизиологическим
возможностям человека.
Автомобиль «Студебеккер Аванти» 1961 г. США.
Одна из последних разработок американского дизайнера Р. Лоуи. Для начала 60-х гг. дизайн
этого автомобиля выглядел совсем непривычно, даже авангардно, но время доказало правоту
Лоуи.
263
СТАЙЛИНГ
Дизайн, художественное конструирование, техническая эстетика — всё это категории, так или
иначе относящиеся к созданию любого предмета.
Но есть ещё одно понятие, которое всё чаще встречается в последнее время, — стайлинг.
Приблизительный перевод этого английского слова — «создание стиля», а специалиста по
стайлингу можно назвать стилистом.
Попробуем разобраться, в чём же состоит разница между дизайном и стайлингом.
Дизайн больше тяготеет к общему выражению идеи автора. В предмет, будь то мыльница или
автомобиль, как правило, закладываются оригинальные технические решения, выгодно
отличающие его от изделий-конкурентов. Но, как это часто бывает, некоторые идеи диктуются
естественным развитием техники, и одинаковые решения одновременно предлагаются сразу не-
сколькими дизайнерами. И тогда к работе подключается специалист по стайлингу,
предлагающий разнообразные декоративные элементы, цветовые решения. Именно так удаётся
одинаковым объектам придать совершенно самостоятельные образы.
Форма автомобиля, например, рождается в совместной работе дизайнера, компоновщика,
конструктора и технолога. Дизайнер высказывает идеи по созданию формы на основе
компоновки, а затем в тесном контакте с конструктором и технологом приводит свой проект в
соответствие с возможностями предприятия. А стилист в это время думает над тем, какую
форму получат дверные ручки, сколько просечек сделать на облицовке радиатора или где будет
размещён молдинг (декоративная планка на кузове). Ведь крохотный молдинг, расположенный
на нужной высоте и с единственно верным наклоном, может иметь решающее значение при
восприятии автомобиля в целом.
Вмешательство стилиста должно не затрагивать форму уже сложившейся конструкции, а лишь
усиливать эмоциональное воздействие на покупателя. Примерами могут служить американские
и японские автомобили 70—80-х гг., когда ежегодно выпускались новые модели. Их форма
оставалась прежней, изменялись в основном только легкосъёмные декоративные элементы и
панели — облицовка радиатора, колпаки на колёсах, бамперы и молдинги. Но на дорогах
появлялись совершенно другие автомобили. Работы настоящего дизайнера над ними не было
— здесь трудились стилисты.
Предложения специалиста по стайлингу порой в состоянии спасти почти загубленный проект и
создать настоящий шедевр. Стилист — это, прежде всего тонкий вкус, и сегодня практически в
каждой серьёзной автомобильной фирме есть люди, обученные этой профессии.
Предложенная стилистом иная окраска автомобиля.
На фотографии изображён макет того же автомобиля, что и на стр. 266. Он отличается
лишь более широкими просечками на облицовке радиатора и окраской «негатив» (т. е. тёмное
стало светлым, а светлое — тёмным). Автомобиль от таких вмешательств только выиграл
— стал более гармоничным и красивым.
Макет грузового автомобиля с кабиной над двигателем. Масштаб 1:1.
Здесь стилист предложил асимметричную верхнюю декоративную накладку, на которой
закреплены стеклоочистители, и резиновые «клыки» на бампере, предохраняющие автомобиль
от царапин и вмятин при ударах на маленьких скоростях. Внешний вид кабины стал более
оригинальным и привлекательным.
264
Второе важное требование — эстетическая привлекательность. Машина, станок, прибор (в том
числе утюг, кофеварка, велосипед и т. д.) должны быть пропорциональными, иметь форму и
цвет, сообразные функциональному назначению.
Совершенство формы предопределяет рациональность технического решения, логику
конструкции, технологичность — только на этой основе дизайнер может создать подлинно
гармоничную форму.
Таким образом, в дизайне нет места понятиям «нравится» или «не нравится». Не украшение
готовой конструкции, не «прилизывание» издержек технологии, не окрашивание изделия в
«весёленький» цвет составляют суть дизайна. Только тщательное изучение конструкции
изделия и технологии его производства, свойств основных материалов позволяет дизайнеру
вносить аргументированные предложения по внешнему виду и разрабатывать конкретное
композиционное решение. К работе над новым изделием дизайнер приступает одновременно с
конструкторами, технологами и другими специалистами (а иногда и раньше). Он выступает в
роли дирижёра в этом сложном оркестре тех, кто создаёт изделие.
О том, как работает дизайнер, расскажем на примере самого сложного объекта
индустриального дизайна — легкового автомобиля.
Первый этап — предпроектное исследование. Оно заключается в сборе информации о
подобных моделях, их качествах и достоинствах, применяемых материалах, положении на
рынке и т. д. На основе полученной информации формируется перечень (пакет) качеств,
которыми должна обладать новая машина. Это некий словесный портрет будущего изделия.
Второй этап — эскизный проект. Пользуясь предварительной информацией, дизайнер
занимается поиском образа автомобиля. Делает множество эскизов, прорисовывает варианты в
различных ракурсах. Параллельно инженеры — компоновщики и конструкторы выполняют
компоновку, размещают в соответствии с нормами эргономики и безопасности двигатель,
трансмиссию и другие узлы автомобиля. Это позволяет определить основные пропорции и
размеры машины. Дизайнер помогает найти компромисс между техническими и
потребительскими требованиями, защищая в первую очередь интересы будущих покупателей.
На стадии эскизного проектирования изготовляют макеты (обычно пластилиновые) в масштабе
1:5 или 1:4 с различными вариантами формы. Нередко такие макеты делаются в
демонстрационном исполнении, т. е. имитируются окраска, стёкла, фары, декоративные
элементы и т. п.
Современный дизайн велосипеда фирмы «Опель». 1999 г. ФРГ.
Демонстрационный макет грузового автомобиля вагонной компоновки. Масштаб 1:5. Это
заключительная фаза в поиске формы автомобиля. Как правило, макет окрашивается,
имитируются стёкла, фары, колёса, с тем чтобы можно было более объективно оценить
окончательно принятое решение.
265
Поисковый макет кабины грузового автомобиля в работе. Масштаб 1:5.
На макете дизайнер уже в материале (в данном случае в техническом пластилине) уточняет
свои идеи, ранее выраженные в эскизах. Ценность и необходимость изготовления макета в
том, что от двух измерений на стадии эскиза дизайнер переходит к трём, и оценить
предложения можно с разных углов обзора. Как правило, на этом этапе приходится вносить
много изменений.
Макет кабины грузового автомобиля. Масштаб 1:1.
Такой макет необходим и дизайнерам, и стилистам, и конструкторам, и технологам.
Длительное время он служит своего рода эталоном формы изделия, пока не будут
изготовлены мастер-модель и рабочие чертежи. Одновременно уточняют форму и
соответствие деталей существующим технологиям. Макет делают, как правило, из
технического пластилина на деревянном каркасе. Колёса, конечно, настоящие.
Опытный образец грузового автомобиля.
В экспериментальном цехе строится, как правило, несколько экземпляров нового
автомобиля. Эти машины должны на деле доказать свои преимущества
по отношению к предыдущим моделям — в «металле» многое выглядит иначе.
Кроме того, в опытных образцах сразу проявляются недостатки конструкции
и технологические промахи, которые необходимо устранить до начала серийного
выпуска модели.
На основе анализа эскизов и масштабных макетов выбирается вариант для технического
дизайн-проекта.
Третий этап — технический дизайн-проект. Выполняется макет в масштабе 1:1 из пластилина,
гипса, полимерных материалов на металлическом или деревянном каркасе. Его поверхности
обрабатывают высококвалифицированные специалисты-макетчики вручную или на станках с
числовым программным управлением.
На стадии технического дизайн-проекта выбирают окончательную форму и варианты деталей
отделки. Одновременно идёт проработка конструкции деталей корпуса, уточняются их размеры
и т. д. При этом могут вноситься некоторые изменения и в проектируемую форму. Ведется
подготовка к изготовлению опытного образца.
Следующая стадия — рабочий проект. На этом этапе согласовывают все изменения, уточняют
материалы, из которых будет изготовлена модель, и делают демонстрационный макет. Все его
элементы и детали выполня-
266
ют в точном соответствии с дизайнерским замыслом. Макет является своего рода эталоном, по
которому будет вестись рабочее проектирование конструкции, организация производства и т. д.
Но на этом этапе работа дизайнера над новой моделью не заканчивается. Ему предстоит
осуществлять «надзор» за технической документацией и созданием опытных образцов для
испытаний, а также вносить изменения в модель по результатам испытаний. Только когда
новые автомобили поступят в продажу, дизайнер может сказать себе: работа закончена! А о
том, насколько она была успешной, судить покупателю.
Всё, о чём рассказано выше, относится к проектированию любого изделия. Конечно, есть
некоторые отличия, связанные со спецификой того или иного объекта, но принцип системного
подхода и поэтапного проектирования остаётся в дизайнерском творчестве неизменным.
МАШИНЫ ДЕЛАЮТ МАШИНЫ
Вы задумывались над тем, как из металла изготовляют такие разные вещи, как, например,
сковороды и корпуса автомобилей, механизмы для часов и корабельные винты? Процесс этот
длительный и сложный. Сначала на машиностроительных заводах из слитков и проката (см.
статью «Добыча природных веществ и превращение их в материалы») делают заготовки.
Получают их двумя способами — литьём и ковкой. Литьё подходит для производства
заготовок, или отливок, любых размеров — и маленьких, и больших. Слитки плавят в печах,
затем металл заливают в специальные формы (для каждой детали свои). Выходит отливка, по
форме близкая к будущему изделию. С помощью точного литья научились изготовлять детали,
не требующие дополнительной обработки.
Крупные заготовки, скажем для корабельного гребного вала длиной в несколько метров,
выковывают. В далёком прошлом кузнец работал молотом. Кусок предварительно нагретого на
огне, а потому мягкого металла он клал на железную наковальню и ударами молота придавал
ему нужную форму — гвоздя, подковы, тележной оси. Сейчас на заводах стоят огромные
механические и гидравлические молоты и прессы, а плоскую наковальню заменили оправки и
штампы.
Применяют и холодную штамповку, т. е. металл перед обработкой не нагревают. Так делают
крышу и днище автомобиля, колпаки на колёса, части крыльев самолёта и многие другие
тонкостенные детали.
С помощью ковки и литья получить точные размеры и нужное качество поверхности изделия
не удаётся. В отливке могут оказаться инородные вкрапления и пустоты — раковины. А
кованая деталь неизбежно покрыта окалиной.
Поэтому заготовки на следующем этапе производства поступают в механические цеха, где их
обрабатывают
Кузница механического завода «Товарищества братьев Нобель».
* Окалина — продукт окисления, образующийся при высокой температуре на поверхности
стали и других сплавов при взаимодействии с кислородом.
267
Кривошипный горячештамповочный пресс мощностью 12 500 тс.
на станках — снимают лишний металл, шлифуют.
Детали требуются самые разнообразные: круглые и прямоугольные, плоские и
цилиндрические, с отверстиями и канавками; в одном случае поверхность нужна шероховатая,
в другом — гладкая, блестящая, как зеркало. Значит, и делать их необходимо на разных
станках.
На токарных станках изготовляют детали в виде цилиндра и конуса, с винтовой резьбой
снаружи и внутри, кольцевыми канавками и т. и. Заготовка вращается, а резец, двигаясь вдоль
или поперёк её оси, снимает слой металла. Для многотонных деталей существуют карусельные
станки. Заготовка диаметром до 25 м устанавливается на вращающийся стол, а резцы
перемещаются вертикально и горизонтально, обрабатывая несколько поверхностей
одновременно.
Чтобы повысить скорость обработки, придумали поворотное устройство — револьверную (от
англ, revolve — «вращаться») головку. В ней закрепляют инструменты, которые
ВТОРАЯ ЖИЗНЬ МАШИН И ИХ ДЕТАЛЕЙ
С тех пор как человек стал делать нужные вещи, ему пришлось научиться их ремонтировать. В
самом деле, неразумно выбрасывать топор только потому, что сломалось топорище, или
избавляться от повозки, у которой отлетело колесо. Сегодня есть много методов
восстановления изношенных изделий (механизмов, машин и т. л.). Тем не менее, ежегодно
списывают десятки тысяч станков, тракторов, автомобилей, хотя у них лишь 15—20 % деталей
вышли из строя окончательно, 40—45 % — пригодны для дальнейшей эксплуатации, а
остальным можно дать «вторую жизнь».
Около 60 % деталей восстанавливают методом наплавки. Сначала поверхностный слой
расплавляют электрической дугой, газовым пламенем или лазерным лучом, затем
его покрывают жидким металлом. Если деталь сильно изношена, её устанавливают в литейную
форму, сделанную по размерам годной детали, и в зазор заливают металл. Так обновляют,
например, зубья экскаваторов.
При газотермическом напылении материал в виде порошка или проволоки подают в
электрическую дугу, расплавляют и переносят на восстанавливаемую поверхность. В качестве
покрытия используют алюминий, медь, сталь, различные эмали и пластмассы. Таким образом
восстанавливают детали, которые испытывают только небольшие нагрузки, поскольку
напылённый металл сцепляется с поверхностью хуже, чем наплавленный. Однако напыление
— хороший способ зашиты металла от коррозии (от лат. corrosio — «разъедание»).
Чтобы обновить детали с небольшим износом, применяют гальванические покрытия (см.
статью «Гальванотехника»), Когда нужно «залатать» лишь часть поверхности, металл просто
перераспределяют. Например, сдавив (осадив) шестерню, можно уменьшить её толщину на
доли миллиметра. Это не повлияет на работоспособность детали, зато увеличит размер зубьев.
Чтобы получить точные размеры восстановленных поверхностей, их обычно дополнительно
обрабатывают.
Существует и ещё один способ продлить срок службы изделия: использовать его по иному
назначению. Так, во время войны «отлетавшие» свой срок авиационные двигатели
устанавливали на танки, где требования к двигателю менее строгие. Сейчас выработавшие
лётный ресурс реактивные двигатели «сдувают» со взлётных полос тающий в среде горячих
газов снег и лёд.
268
можно менять, не останавливая станок. Станки с этим приспособлением называют токарно-
револьверными.
На сверлильных станках сверлят и обрабатывают отверстия, нарезают внутреннюю резьбу и т.
д. На горизонтально-расточных выполняют не только сверлильные, но и токарные и
фрезерные работы. Это особенно важно, когда необходимо с высокой точностью обработать
несколько поверхностей без перестановки детали.
С точностью до тысячных долей миллиметра просверливают отверстия на координатно-
расточных станках. Эти чуткие машины стоят в отдельных помещениях: изменение
температуры хотя бы на один градус может привести к потере точности в несколько тысячных
долей миллиметра.
Когда необходимо выпустить много однотипных деталей, например болтов, гаек или
шестерёнок, для на-
резания резьбы используют специальные станки -резъбо- и зубонарезны 'е.
Поверхности деталей сложной формы обрабатывают на фрезерных
Токарно-карусельный станок, обрабатывающий детали диаметром до 8 м.
269
станках инструментами с множеством режущих зубьев — фреза'ми (фр. fraise). Существует
много типов фрез. Дисковыми прорезают канавки или отрезают металл; большие поверхности
обрабатывают торцевыми фрезами. Если ось инструмента располагается перпендикулярно
столу, на котором крепится заготовка, станки называют вертикально-фрезерными, если
параллельно — горизонтально-фрезерными. Крупные детали делают на продольно-фрезерных
станках одновременно четырьмя фрезами.
Чтобы получить поверхность высокой чистоты, т. е. гладкую, применяют шлифовальные
станки. Детали на них обрабатывают абразивными кругами, и поверхность становится гладкой,
почти зеркальной.
На долбёжных станках инструментом, который движется вверх-вниз (он называется долбяк),
получают канавки в отверстиях.
Строгальные станки последовательно снимают резцом слои металла. При этом перемещается
либо стол с деталью, либо резец с верхней частью станка.
На протяжных станках обрабатывают наружные поверхности деталей и отверстия (круглые,
треугольные, многоугольные) в них. При обработке внутренних поверхностей сквозь заранее
высверленное отверстие пропускают специальный режущий инструмент — протяжку. При
обработке наружной поверхности он проходит сверху. Протяжка имеет много зубьев (от 30 до
120); каждый последующий зуб чуть длиннее предыдущего и срезает «свой» слой металла.
Для обработки металла используют не только механический способ (точение, сверление,
растачивание, шлифование и т. д. ), но и принципиально новые методы — электрофизические и
электрохимические. На специальных станках получают детали очень сложной формы из самых
твёрдых материалов без резания. Принцип их работы основан на сложных тепловых,
физических и химических процессах.
Существуют также станки, а вернее, целые обрабатывающие центры, которые умеют делать
несколько операций: точить, сверлить и фрезеровать. Производительность их очень высока.
Обрабатывающим центром управляет компьютер.
Но есть и другой путь повышения скорости обработки. Вместо одного универсального станка
собирают цепочку специализированных станков. Каждый делает только одну операцию, а
деталь передаётся от станка к станку ленточным или роторным конвейером (см. статью
«Роторно-конвейерные линии академика Кошкина»),
Оба эти подхода имеют свои достоинства и недостатки.
Принцип движения АГ ШЛИ И (H>|Mt MTMB<1K»tBCf<l MMClpVMCHIJ.
Г. Точение. 2. Сверление*, С Фреэсрсмыние. 4. Поперечное строгание. 5. Продолы***
• цинннж*. 6. 11р«нягнниние. 7. Круглое наружное* шлиф(*ыни<'. 8. Внутреннее
шлифование. ч. Пмммм* шлифование.
*Абрази'вные (от лат. abrasio — «соскабливание») материалы — вещества повышенной
твёрдости. Естественные абразивы — кремень, наждак, алмаз и др.; искусственные —
электрокорунд, боразон, эльбор и др.
270
РОТОРНО-КОНВЕЙЕРНЫЕ ЛИНИИ АКАДЕМИКА КОШКИНА
Ремесленник Средневековья делал всю свою продукцию сам, от начала до конца. Заказов было
немного, и работали не спеша. Когда же потребовалось расширить производство, рабочий
процесс разбили на ряд операций, поручив их выполнение разным мастерам. А чтобы избежать
ненужных пауз, изделия стали подавать к рабочим местам, оборудованным нужными
приспособлениями. Так возник конвейер (англ, conveyer, от convey — «перевозить»),
В нашей стране первое конвейерное производство наладил Пётр I, создавая российский флот.
На верфях петербургского Адмиралтейства строящиеся галеры последовательно «проезжали»
мимо бригад плотников, и каждая ставила свои детали. Готовые суда одно за другим
спускались на воды Невы.
Создателем конвейера в современном его виде считают американского инженера и
предпринимателя, «автомобильного короля» Генри Форда (1863—1947). На его автомобильных
заводах впервые все технологические операции, начиная с отливки первых деталей и кончая
сборкой готовых машин, выполнялись на конвейере. Операции были упрощены до предела:
каждый рабочий делал два-три, а то и одно движение (например, закручивал гайку).
Со временем стало очевидно, что этот путь наращивания производства ведёт в тупик. Во-
первых, превращать людей в детали машины нельзя. А во-вторых, возможности человека
ограничены, и в первую очередь тем, что двигаться очень быстро он не может.
Технический прогресс люди чаще всего отождествляют со скоростью, причём не только
перемещения. Не менее важно, насколько быстро изготовляется продукция. Число сделанных в
час деталей — это «скорость» станка, или его производительность. Чем выше
производительность одного станка, тем больше цех, завод, фабрика выпустят нужных вещей —
утюгов, машин, самолётов и т. д. Работа предприятия зависит ещё от одной «скорости». Деталь
обрабатывают на разных станках — каждый выполняет свою операцию (точит, режет, шлифует
и т. д. ). Чтобы деталь добралась до очередного пункта, нужно время.
Казалось бы, увеличить производительность завода просто: требуется лишь сократить время
обработки и транспортировки. Однако станок может работать быстрее до определённого
предела: инструменты при большой скорости нагреваются из-за трения и потому ломаются. А
ускорять
Конвейер на автомобильном заводе Г. Форда.
Так выглядел конвейер в начале XX в. Рабочие стояли вдоль транспортёра с деталями и
выполняли по одной-две операции.
Автомобиль сходит с конвейера.
Последняя операция на конвейере завода Г. Форда в Детройте. На шасси с двигателем сверху
опускают кузов.
271
Прининп работы автоматической роторно-конвейерной линии.
Заготовку подхваты ко ин и жимы (If транспортного ротора (Ji и передают
«•е на инструментальным ротор (3>. Он производит только одну <ич*ранию и передает
заготовку дальше. Оты гак и движется по линии М? между ик трумен тллытыми
роторами, постепенно прев|мшаясъ в деталь.
6
Схема прессования на роторной линии.
Заютолка (I) поступает п пресс. смонтированный на роторе (для наглядности его
поверхность развернута в плоскость). Нижняя часть (2) инструмента 1поджладка)
неподвижна, а верхняя (3f (пуансон) движется вдоль копира М). В пату копира скользят
ползуны (51, заставляя пуансон опускатьс я, прессуя заготовку, и подниматься,
освобождая готовую деталь (6). После окончания процесса пуансон окалывается
в исходном положении и готов принять новую заготовку. Аналогичным образом
роторные инструменты производят и друтие операции.
процесс транспортировки внутри цеха нерационально — расстояния ведь небольшие.
Может быть, выход заключается в объединении обработки и транспортировки? Весь
технологический процесс следует разбить на элементарные операции, каждую из которых
будет выполнять один инструмент. Технически осуществить это нетрудно. Например, нужно
расположить деталь на постоянно движущемся конвейере, а инструмент на подвеске пусть
какое-то время (необходимое для совершения операции) её «сопровождает», а затем
возвращается назад.
Скорость обработки, безусловно, возрастёт, но обратное движение инструмента окажется
непроизводительной тратой времени. Если заставить инструмент непрерывно двигаться по
замкнутой траектории, предпочтительнее по кольцу, а деталь — огибать это кольцо, потерь
времени не будет.
Эту идею предложил молодой инженер Л.Н. Кошкин (1912—1992).
Решать Кошкину пришлось конкретную и крайне насущную задачу, нужны были патроны.
Много, очень много патронов.
Весь процесс изготовления патрона — отливка и обточка пули, вытяжка стакана гильзы из
листовой заготовки, установка капсюля, заполнение порохом, окончательная сборка — был
разбит на ряд элементарных операций, каждую из которых выполнял один инструмент за одно
движение. И для каждой такой операции — штамповки, обточки, сверления, сборки,
наполнения ёмкости — предназначался отдельный механизм, выполненный в виде ротора. За
время полного его оборота операция заканчивалась, и деталь подхватывал другой ротор —
транспортный, связанный с рабочим. Он подавал деталь на следующий ротор для другой
операции. Двигаясь по такой роторной линии, заготовка постепенно превращалась в готовое
изделие.
Роторная линия имеет огромную производительность, но обладает существенными
недостатками. Число производимых операций ограничено; их последовательность и время вы-
272
полнения каждой операции жёстко заданы. Перенастраивать роторные линии на другую работу
практически невозможно. Поэтому их используют для непрерывного производства однотипных
изделий — электрических ламп, патронов, авторучек, одноразовых шприцев.
Гораздо более гибкими оказались роторно-конвейерные линии. Детали на них передвигаются
конвейером, огибающим рабочие роторы. Технологический процесс определяется
тем, какие роторы и в какой последовательности проходит деталь. Изменяя путь конвейера,
можно в широких пределах менять способы и последовательность её обработки.
В научно-производственном объединении «Ротор» были проведены специальные изыскания,
которые показали, что роторно-конвейерные линии способны обеспечить выпуск около 30 %
всех наименований узлов, деталей, изделий, производимых промышленностью.
ПАТЕНТНОЕ ПРАВО
ПРОМЫШЛЕННАЯ СОБСТВЕННОСТЬ
Вы построили или купили дом и живёте в нём. Он — ваш. Друзья подарили перочинный ножик
— он тоже стал вашим имуществом. А если вы придумали песню, сочинили стихотворение,
разработали программу для компьютера или создали электронную базу данных? Вы
придумали, значит, они ваши! Только называется такая собственность по-другому —
интеллектуальная (отлат. intellectualis — «умственный»).
Особый вид интеллектуального труда — техническое творчество. Это изобретение новых
механизмов, машин, материалов, способов их изготовления и т. д. Собственность на новые
технические решения называется промышленной. Как и всякая другая, она находится под
защитой закона.
Промышленную собственность можно оформить как изобретение, полезную модель,
промышленный образец, товарный знак.
Новое техническое решение признаётся изобретением в том случае, если автор предлагает не
просто некоторое изменение или полезное, но несущественное усовершенствование уже
известного технического устройства, а нечто значительно от него отличающееся. Решение,
воплощённое
rtcrjuHTitiaui MoairtT cccr
a iu«a notrtTtail a otifutiI
АВТОРСКОЕ СВМНЫЬСТВО
<uV?
Ifc <Х*Г— ломтю—А. пршстеымиыI Припиши СССР.
Г|1дярсти—| «я—гтгт СССР ш» деын каойртмн* и cnvpwra*
мам Tin—< mopcxo* сжмтсжгпи м ввоЛргт—аг
Ли»|> (аагоры): Чажаа№| зищаип ЙЮМЛ
/Ыиаж Грегори Алоюоивч
Хрокуакш Анаэдвж! Ввомьееп
Авторское свидетельство на изобретение.
273
в металле, дереве или другом материале, называют полезной моделью. Будущее изделие,
например стиральная машина, должно не только хорошо работать, но и иметь привлекательный
внешний вид, быть удобным в использовании. Поэтому конструктор и художник вместе
работают над промышленным образцом (определяют внешнюю форму, цветовое решение,
расположение органов управления и т. д.), который пойдёт в производство.
На изделиях и в технической документации часто размещают особые товарные знаки, по
которым можно узнать фирму (или лицо), выпустившую товар или оказывающую технические
услуги. Эти обозначения могут быть признаны промышленной собственностью заявителя.
После их регистрации никто уже не имеет права применять те же обозначения.
Ставить товарные знаки на изделие не обязанность, а право изготовителя. Им весьма охотно
пользуются фирмы, продукция которых завоевала или может завоевать популярность.
ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО
Если автор технической идеи хочет защитить свою интеллектуальную собственность, он
должен подать заявку в патентное ведомство. Такие ведомства существуют во многих странах
мира, и каждое действует по своим законам и правилам. В 1973 г. представители ряда стран
заключили в Мюнхене Европейскую патентную конвенцию. Теперь можно, подав одну заявку в
Европейское патентное ве-
ИЗ ИСТОРИИ ПАТЕНТНОГО ПРАВА
В 1236 г. английский король Генрих III особой грамотой закрепил за Бонафусусом де Санкта-
Колумбом монопольное (от греч. «мо'нос» — «один», «единственный» и «поле'о» — «продаю»)
право на изготовление одежды разных цветов. Так была дана первая в истории промышленная
привилегия (лат. privilegium, от privus — «особый» и lex — «закон») — преимущество в
производстве продукции определённого вида.
Первая промышленная привилегия в России была дана купцам Тавлеву, Волоскову и Дедову.
Они основали фабрику для производства красок по собственной технологии. Произошло это в
1748 г. Но закон о привилегиях появился значительно позже — в 1812 г. А уже в конце 1813 г.
американский изобретатель Роберт Фултон получил в России монопольное право «на
устроение и употребление изобретённого им водоходного судна, вводимого в движение
паром». До 1917 г. российское правительство выдало патенты на 36 тыс. изобретений, из них
около 80 % — иностранцам.
demos
IfMM И АОГОП4П
фирмы «Демос». Товарный на орсмраммный
Россия. Г|рол\м| фирмы IMS. ВсАМкООрИТаННЯ.
КАК УТЁНОК ДОНАЛЬД СТАЛ ИЗОБРЕТАТЕЛЕМ
В 1964 г. в гавани города Эль-Кувейт, столицы Кувейта, затонуло судно. Его решили поднять,
закачав в корпус воздух. Предварительно нужно было заварить все, даже самые мелкие
отверстия. Работа могла занять около полугода — срок совершенно недопустимый, потому что
затонувший груз мог загрязнить воду в акватории порта.
Положение спас датский инженер Карл Кройлер. Он предложил заполнить корпус шариками из
пенопласта, которые на 98 % состоят из воздушных пор. Шарики закупорили все трещины
и дырки, и герметизировать пришлось только крупные пробоины. В результате спасательные
работы заняли только полтора месяца.
Воодушевлённый успехом, Кройлер решил запатентовать своё изобретение. Но здесь его ждала
неудача: эксперты обнаружили, что аналогичный способ подъёма затонувших судов уже был
описан. Автором изобретения оказался... герой мультфильмов Уолта Диснея Утёнок Дональд. В
одном из мультиков он вместе с племянниками поднимал свою яхточку, заполняя её шариками
для пинг-понга. А раз способ известен широкой публике, патентованию он уже не подлежит...
274
домство, получить патент, который будет действителен сразу в нескольких странах —
участницах конвенции. В России национальная система охраны прав изобретателей действует
по Патентному закону Российской Федерации, принятому в 1992 г.
Дата регистрации заявки на промышленную собственность определяет приоритет (от лат.
prioritat — «первый», «старший»), В истории техники есть много примеров того, что
незначительное опоздание стоило изобретателю авторства. До сих пор специалисты
доказывают, что радиосвязь первым изобрёл русский учёный А. С. Попов, а не итальянский
радиотехник Г. Маркони. Попов первым продемонстрировал радиопередатчик, но Маркони
опередил его в регистрации идеи, и поэтому в глазах всего мира именно он — первый.
Прежде чем удостоверить приоритет и выдать патент, эксперты должны
БЕСПОЛЕЗНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В Японии создано Общество бесполезных изобретений. Названо оно так не случайно: его
члены придумывают бесполезные, но технически вполне осуществимые веши. Патентовать и
продавать изобретение не разрешается, но необходимо изготовить его действующий образец. В
Общество принимают не только граждан Японии, но и иностранцев. Уже издано три книги, в
которых перечислены и кратко описаны подобные «новинки». Вот несколько примеров.
Портативная «зебра» для пешеходов, желающих переходить улицу не там, где положено, а там,
где удобно. Это полосатый коврик шириной около метра, сделанный из лёгкой полимерной
плёнки. Его сворачивают в рулон и носят под мышкой, а при необходимости раскатывают на
проезжей части и спокойно пересекают дорогу. Впрочем, «инструкция» не рекомендует
использовать «зебру» на перегруженных магистралях, где машины идут сплошным потоком.
Фонарик, работающий на солнечной батарее. Он отлично светит в солнечный день, не
нуждаясь в батарейках или аккумуляторах.
Компактный вентилятор для охлаждения горячей пиши. Устройство крепится на японской
палочке для еды, но может подойти и для европейских ложек и вилок.
Особая, координатная, рубашка. Она незаменима в тех случаях, когда чешется спина, но толком
объяснить,
где именно, трудно. Вам поможет координатная сетка, вроде той, что рисуют в игре «Морской
бой». Её только нужно нанести на спинку рубашки, а в нагрудном кармане носить карточку с
такой же сеткой. Теперь вы можете просто указать: «Почеши мне, пожалуйста, F4».
Шапка для сна в вагоне метрополитена. Спереди на ней написано: «Разбудите меня,
пожалуйста, перед...». Чтобы яркий свет не мешал спать, её опускают на глаза, а в прозрачное
окошко вставляют карточку с названием станции. Это изобретение удобно не только для
самого спящего, но и для тех, кому не удалось сесть: пройдясь по вагону, можно выбрать
пассажира, которого нужно разбудить, и занять его место.
Судя по заявкам, члены Общества бесполезных изобретений чрезвычайно озабочены
вопросами экономии; так, ими была предложена несгораемая сигарета и непромокаемый
бумажный мешочек для чайной заварки.
275
проверить, отвечает ли заявка требованиям патентоспособности. Таких требований три:
новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость. Эксперты признают
новым только такое техническое решение, сведений о котором нет ни в одном источнике
информации. Это
СКОЛЬКО СТОИТ «НОУ-ХАУ»
Секреты производства существуют, наверное, столько же веков, сколько и само производство.
В Европе долгие годы пытались разгадать тайну фарфора, изобретённого китайскими
мастерами ещё в IV в. Раскрыли её лишь в XVIII в. — сначала в Германии (Саксония), затем в
России. Другой пример. В древности на Востоке владели искусством изготовления булата —
особо твёрдой и упругой стали. Способ её получения хранился в тайне, а в Средние века был
утерян. Вновь научились делать булат в XIX в., и заслуга в этом принадлежит русскому
металлургу П. П. Аносову. И знаменитое венецианское рубиновое стекло тоже пришлось
изобретать второй раз.
В XIX—XX вв. «прятали» технологии бездымного пороха, оптического стекла, а, начиная с 40-
х гг. XX в. разведки многих стран мира охотились за секретами атомной бомбы.
Так в чём же заключается секрет фарфора? Для его производства важно знать не только состав
фарфоровой массы (пластичная огнеупорная белая глина, или каолин, кварц, полевой шпат), но
и многое другое: как поддерживать высокую температуру в печи, как обжигать тонкостенные
вазы и чаши, чтобы они не покоробились, и т. и. Ещё сложнее изготовить оптическое стекло
для биноклей и подзорных труб, телескопов и артиллерийских прицелов. Здесь недостаточно
знать состав стекольной массы, технологические режимы её варки и способы шлифовки линз
— необходимо уметь точно рассчитать параметры оптических устройств.
В современном промышленном производстве великое множество таких «подробностей».
Некоторые из них на первый взгляд незначительны, но все вместе они определяют успех (или
неуспех) процесса изготовления сложней-
Лицензия, выданная Научно-производственному объединению «Молния».
шей продукции. Нарушение технологии может привести к непоправимым последствиям.
Избежать их можно при наличии опыта. Но при выпуске новой продукции как раз его-то и не
хватает. Не зная всех тонкостей организации работ, очень трудно быстро наладить
производство. Поэтому промышленники покупают не только патент на право производства
технического устройства (или даже полезную модель), но и опыт, знание того, как именно
нужно его делать. Для таких знаний придуман особый термин — «ноу-хау» (от англ, know how
— «знать как»).
Тот, кто владеет «ноу-хау», имеет право хранить его в тайне или разрешать пользоваться им на
определённых условиях. Условия могут быть разные, но чаше всего это денежное
вознаграждение. Разрешение на использование изобретения или иного технического
достижения называется лицензией (от лат. licentia — «свобода», «право»). Продажа лицензий
Китайский фарфор.
— одна из самых выгодных и прибыльных коммерческих операций: ведь доход получают, не
делая капитальных вложений, без которых не обойтись при промышленном производстве.
276
требование очень жёсткое. Изобретательский уровень оценивают для того, чтобы удостоверить
новаторский характер решения. По этому признаку различают усовершенствования и
изобретения. Промышленная применимость изобретения или полезной модели означает
возможность использовать её в промышленности, сельском хозяйстве или в других областях
деятельности.
ЧТО ТАКОЕ ПАТЕНТ
Если проверка патентоспособности заявки прошла успешно, её автору выдают патент. Патент
(от поздне-лат. patens — «свидетельство», «грамота») — документ, удостоверяющий
государственное признание технического решения изобретением, полезной моделью,
промышленным образцом и закрепляющий за лицом, которому он выдан, исключительные
права на использование указанного объекта.
Обладатель патента имеет право выпускать своё изобретение. Однако организация
производства и продажи новой техники требует больших финансовых затрат. Мало кому из
изобретателей это под силу. Автору иногда выгоднее продать свой патент или уступить на
время часть прав другому лицу или фирме за вознаграждение.
Патенты выдаются не навсегда, а на определённый срок. Например, в России право на
изобретение действует двадцать лет со дня подачи заявки. Промышленный образец охраняется
российским законом десять лет, после чего автор может продлить
Патент на изобретение планёра
Отто Лилиенталя.
этот срок ещё на пять лет. В некоторых странах такие документы действуют пять или десять
лет. Делается это для того, чтобы патентообладатели не тормозили развитие техники. Есть
примеры, когда крупные фирмы скупали патенты и долгие годы не начинали выпуск новой
продукции, получая возможность продавать устаревшие, но хорошо освоенные в производстве
товары.
277
ИНФОРМАЦИЯ И СВЯЗЬ
ПОЧТА, ТЕЛЕГРАФ, ТЕЛЕФОН...
Средства связи всегда играли важную роль в жизни общества. Одними из первых стали
применять сигнальные огни и дымы. Днём на фоне облаков хорошо заметен дым, даже если
само-
го костра не видно, а ночью — пламя, особенно если оно зажжено на возвышенном месте.
Сначала таким способом передавали только заранее оговорённые сигналы, скажем «враг
приближается». Потом, особым образом располагая несколько дымов или огней, научились
посылать целые сообщения.
В Средние века появилась флажная сигнализация, которую использовали, например, во флоте.
Форма, цвет и рисунок флажков имели конкретное значение. Один флажок мог означать
предложение («Судно ведёт водолазные работы» или «Требую лоцмана»), и он же, в сочетании
с другими, являлся буквой в слове.
В Голландии, где было множество ветряных мельниц, несложные сообщения передавали,
останавливая крылья мельниц в определённых положениях. Этот способ получил развитие в
оптическом телеграфе. Между городами возводили башни, которые находились друг от друга
на расстоянии прямой видимости. На каждой башне имелась пара огромных суставчатых
278
крыльев с семафорами. Телеграфист принимал сообщение и тут же передавал его дальше,
передвигая крылья рычагами. Первый оптический телеграф построили в 1794 г. во Франции,
между Парижем и Лиллем. Самая длинная линия — 1200 км — действовала в середине XIX в.
между Петербургом и Варшавой. Сигнал по линии проходил из конца в конец за 15 мин.
В конце XX столетия широко распространена электросвязь — передача информации
посредством электрических сигналов или электромагнитных волн. Сигналы идут по каналам
связи — проводам (кабелям) либо без проводов.
Все способы электросвязи — телефон, телеграф, телефакс, Интернет, радио и телевидение
схожи по структуре. В начале канала стоит устройство, которое преобразует информацию
(звук, изображение, текст, команды) в электрические сигналы. Затем эти сигналы переводятся в
форму, пригодную для передачи на большие расстояния, усиливаются до нужной мощности и
«отправляются» в кабельную сеть или излучаются в пространство.
По дороге сигналы сильно ослабевают, поэтому предусмотрены промежуточные усилители. Их
нередко встраивают в кабели (в том числе в волоконно-оптические) и ставят на ретрансляторы
(от лат. ге — приставка, указывающая на повторное действие, и translator — «переносчик»),
передающие сигналы по наземным линиям связи или через спутник.
На другом конце линии сигналы попадают в приёмник с усилителем, далее их переводят в
форму, удобную
Телеграфный аппарат Шиллинга. 1832 г. Политехнический музей. Москва.
279
Телеграфный аппарат Морзе. 1914 г. Политехнический музей. Москва.
для обработки и хранения, и, наконец, они снова превращаются в звук, изображение, текст,
команды.
Возможности и особенности линий связи в значительной степени определяются тем, какие
именно сигналы — электрические или электромагнитные — по ним передаются.
Первые телеграфные и телефонные аппараты созданы по одному и тому же принципу. Ключ (в
первом случае) или мембрана микрофона (во втором) замыкает электрическую цепь, и
электромагнит преобразует проходящий по цепи импульс тока (электрический сигнал) в
движение пишущего устройства или мембраны телефона. Разница состоит в том, что импульсы,
которые использовали на телеграфе, имели частоту, позволявшую передавать только код Морзе
(сочетание коротких и длинных сигналов), а при телефонной связи сигналы шли со звуковой
частотой. У такого способа передачи информации есть существенные недостатки: с
увеличением длины кабеля сигнал быстро затухает, его легко забить помехами или
перехватить.
Со временем телеграфную и телефонную связь научились осуществлять с помощью радиоволн
— колебаний электромагнитного поля высокой частоты. Важные характеристики радиоволн —
частота колебаний и длина волны (последнюю можно определить, разделив скорость
распространения радиоволн, равную 300 000 км/с,
на частоту). Так называемые длинные (ДВ, 1 — 10 км) и средние (СВ, 100— 1000 м) волны
способны огибать Землю и поэтому могут распространяться на значительные расстояния.
Короткие (КВ, 10—100 м) волны, многократно отражаясь от верхних слоев атмосферы и от
поверхности нашей планеты, могут «обойти» её вокруг. А вот ультракороткие (УКВ, 1 —10 м),
дециметровые (10—100 см) и сантиметровые (1 — 10 см) волны распространяются фактически
по прямой, а значит, в пределах видимости. Для увеличения дальности связи на этих волнах
антенны приходится поднимать на большую высоту — чтобы с каждой были видны две
соседние. Это дорого и неудобно. Сейчас активно используют спутники связи: установленные
на них ретрансляторы обеспечивают надёжную связь на всём пространстве Земли.
Чтобы отправить сообщение, радиоволну модулируют полезным сигналом, т. е. сигналом,
содержащим передаваемую информацию. Сложнее всего передать речь или музыку. Обычно
используют два вида модуляции. При амплитудной модуляции (AM) на электромагнитную
волну накладывают сигнал от микрофона, и амплитуда начинает меняться, повторяя форму
звукового колебания, а частота остаётся неизменной. При час-
шшшшш
VTOffljMfilieli™
Принцип амплитудной и частотной модуляции.
7 — полезный сигнал;
2 — несущий сигнал;
3 — амплитудная модуляция несущего сигнала полезным сигналом (AM);
4 — частотная модуляция несущего сигнала полезным сигналом (FM).
*Модуляция (от лат. modulatio — «мерность», «размеренность») колебаний — изменение
амплитуды, частоты, фазы или других характеристик, медленное по сравнению с периодом
этих колебаний.
280
тошной модуляции (ЧМ, или FM) звуковой сигнал меняет только частоту радиоволны — она
«плавает» в небольших пределах прямо пропорционально уровню полезного сигнала.
Оба вида модуляции называют аналоговыми (от греч. «аналог'ия» — «соответствие»,
«сходство»): изменение характеристик несущей электромагнитной волны происходит
непрерывно, в соответствии с формой звукового сигнала. Работающие таким образом линии
связи называются также аналоговыми.
Сначала модуляцию применяли только в радиосвязи и лишь затем в телефонной и телеграфной.
Использование несущего сигнала высокой частоты позволяет передавать по одному кабелю
десятки и сотни сообщений одновременно, разделяя их в приёмном устройстве при помощи
электронных фильтров, настроенных на «свои» частоты.
В 40-х гг. XX в. пропускная способность высокочастотных каналов казалась громадной, но в
90-х гг. объём передаваемых сведений увеличился настолько, что аналоговые системы с ним
уже не справляются. В связи с этим перешли на принципиально иной способ передачи
информации — цифровой. Аналоговый, звуковой например, сигнал превращает в цифровой
система дискретизации (от лат. diskretus — «прерывистый»): она с определённой частотой
замеряет величину сигнала и сравнивает её со стандартным («опорным») значением.
Полученные числа переводятся в двоичный код и передаются в виде комбинации импульсов
(единиц) и пробелов (нулей). Помимо полезного сигнала в сообщение записывают и служебные
данные, например частоту дискретизации. Чем больше эта частота, тем выше качество
передачи; одновременно резко возрастает объём информации.
На пороге III тысячелетия не утратила своего значения и обычная почта. Скорость доставки
почтовой корреспонденции — писем, посылок и телеграмм — достаточно высока. В самую
отдалённую точку планеты письмо идёт не больше месяца. Перед погрузкой в самолёт, поезд
или на судно почту нужно рассортировать — разложить по адресам. Сократить время
сортировки помогает цифровой индекс со стандартизованным написанием знаков, доступный
машинному чтению. По приведённому образцу следует обвести пунктирные линии на
конверте. Нарисованные цифры «прочтёт» фотоэлемент.
ПОЧЕМУ МОБИЛЬНЫЙ ТЕЛЕФОН НАЗЫВАЕТСЯ СОТОВЫМ?
В радиотелефонах используют ультракороткие волны, которые распространяются
прямолинейно, почти как свет. Чтобы такой телефон работал хорошо, удаляться от абонента на
очень большое расстояние нельзя. И здесь помогает сеть ретрансляторов. Если они размешены
оптимально, зоны их работы образуют правильные шестиугольники, похожие на соты.
Микрокомпьютер в телефоне отслеживает положение относительно ретрансляторов и
переключается с одного на другой незаметно для пользователя.
ЧЕМ ЛЮДИ ПИШУТ
Прообразом современного карандаша считаются заострённые с обоих концов прутики, которые
обжигались без доступа воздуха в глиняном сосуде. В XII—XVI вв. во многих странах писали
уже стержнем (штифтом) из свинца (а чаще из его сплава с оловом) в металлической или
кожаной оправе. С тех пор в немецком языке слово «Bleistift» (Blei — «свинец» и Stift —
«штифт») означает «карандаш». След от свинцового карандаша был не очень ярок и легко
удалялся хлебным мякишем. Более чёткую, нестирающуюся линию оставлял при письме
серебряный стержень, однако доступен он был только богатым людям.
*Русское слово «карандаш» происходит от тюркского «кара» — «чёрный» и «таш» («даш») —
«камень».
281
В Италии в XV в. стали использовать глинистый сланец (горная порода чёрного цвета),
месторождение которого было найдено в Пьемонте. Однако «исписали» его очень быстро. Во
Франции чёрного камня не оказалось, и местные мастера изобрели смесь белой глины с сажей.
Получился так называемый парижский карандаш. Он вышел намного чернее итальянского и
меньше царапал бумагу.
В XVI в. в Англии были обнаружены залежи мягкого чёрного минерала — графита (от греч.
«гра'фо» — «пишу»). Первоначально находку оценили только крестьяне: они метили графитом
овец. Затем графитовые палочки, обмотанные бечевой, стали продавать в Лондоне. Писать ими
оказалось не очень удобно: с оболочкой они не скреплялись, а потому были очень хрупкими.
По специальному королевскому указу, дабы месторождение не истощилось, добывать графит
разрешалось только шесть недель в году, а за вывоз его из Англии полагалась смертная казнь.
Эксплуатацию месторождения удалось «растянуть» на двести лет.
Современный карандаш появился благодаря изобретению чеха Йозефа Гартмута. Он догадался
смешать молотый графит с глиной (твёрдость стержня зависит от их соотношения).
Тот же «рецепт», независимо от Гартмута, придумал в 1790 г. французский химик Никола Жак
Конте. Именно он предложил помещать графитовый стержень в деревянную оболочку.
Прообразом другого орудия письма — пера считают стержни-клинышки, применявшиеся в
Шумере для выдавливания знаков на сырой глине, и заострённые палочки — сти'лосы. Ими
писали на восковых дощечках в Древней Греции и Риме. Один конец стилоса делали острым,
другой, округлый, служил для заглаживания букв. В Египте использовали перо-калам из
тростника. Здесь же появился самый древний рецепт чернил — смесь сажи и масла.
После изобретения чернил по папирусу, пергаменту и бумаге забегали, поскрипывая,
заточенные гусиные, лебединые и вороньи перья. Их очищали в раскалённом песке, обрезали и
затачивали. Однако эти орудия были недолговечны, к тому же из одного гусиного крыла
удавалось получить только три-четыре пера, пригодных для письма. Тогда с целью экономии
перья начали разрезать на части и вставлять каждую в деревянную ручку.
Первое металлическое перо появилось в Германии. В 1748 г. слуга ахенского бургомистра
Янсена, желая избавить своего хозяина от необходимости постоянно затачивать перо,
изготовил его из стали. Первоначально перо не имело прорези, а потому было негибким и
сильно брызгало.
В 1792 г. англичанин Джеймс Перри догадался сделать продольную прорезь в острие пера.
Качество письма улучшилось, а долговечность самого инструмента возросла, что
способствовало его повсеместному распространению. В 1835 г. в одной только Англии было
произведено около 200 млн. стальных перьев.
В настоящее время перья для авторучек изготовляют двух видов — из нержавеющей стали и из
сплава золота с серебром (золотые). На кончик золотого пера наплавляется прочный сплав
осмия с иридием, что делает его практически «вечным».
В 1938 г. венгерский журналист Ласло Биро изобрёл шариковую руч-
Дорожный набор для письма. Конец XIX в.
Письменный прибор. Начало XVII — XVIII вв.
Музей М. В. Ломоносова. Санкт-Петербург.
282
ку. Он залил в тонкую трубку с шариком на конце типографскую краску, которая смазывала
шарик и оставляла быстро высыхающий след на бумаге. Одними из первых, кого снабдили
такими ручками, были штурманы бомбардировочной авиации Великобритании и США,
которым приходилось выполнять сложные навигационные расчёты в полёте. Традиционные
перьевые ручки для этого не подходили: при перепадах давления из них вытекали чернила.
Массовое применение шариковых ручек началось сразу после Второй мировой войны.
Одновременно с шариковой ручкой появился фломастер (англ, flow-master) — инструмент для
письма с пористым стержнем, пропитанным специальным красителем. Новое — это хорошо
забытое старое. Среди вещей, найденных в гробнице Тутанхамона, оказался и прообраз
фломастера. Правда, выглядел он несколько иначе, чем в конце XX столетия: в медную ручку
была вставлена свинцовая трубочка, внутри которой находилась заполнявшаяся чернилами
тростинка. По её волокнам чернила просачивались к заострённому концу ручки.
У шариковых ручек есть серьёзный недостаток — в них образуются воз-
душные пробки. Одним из удачных решений стала замена пасты на обыкновенные чернила.
Так появился инкограф (от англ, ink — «чернила» и греч. «гра'фо»), гибрид шариковой ручки,
авторучки и фломастера: его капиллярно-пористый стержень подаёт чернила на миниатюрный
фарфоровый шарик. В гелевых (от лат. gelatinum — «желатин») ручках используют другой
наполнитель (нечто среднее между пастой и чернилами), шарик крутится в них намного легче,
и рука при письме утомляется меньше.
Карандаши, ручки, перья.
КАК СЕГОДНЯ ПЕЧАТАЮТ КНИГИ
Считается, что книгопечатание появилось в VI в. н. э. на Востоке — в Китае или Японии.
Зеркальное изображение целой страницы текста вырезали на куске дерева, слоновой кости или
вылепляли из глины — так получалась рельефная печатная форма. Оставалось только покрыть
её выступающие части тушью и плотно прижать к листу бумаги.
Около 1045 г. китаец Пи Чень, член императорского суда, придумал разборный шрифт. Через
четыре столетия такой же шрифт ещё раз изобрели в Европе: в 1444 г. Иоганн Гуттенберг отлил
первые литеры из сплава
свинца с сурьмой и приспособил ручной пресс для изготовления печатных оттисков. В качестве
краски использовалась густая смесь сажи и растительного масла.
Первые печатные формы содержали рельефное изображение текста и рисунков; при этом
печатающие элементы находились на одном уровне и выше пробельных. Способ получения
оттисков с помощью таких форм называется высокой печатью. Перстни-печатки,
Старинная печатная форма, вырезанная из цельного куска дерева. Китай.
283
Старинная книга в деревянном переплёте, содержащая таблицу умножения от 1*1 до
10 000*10 000. 1583 г. Германия.
которыми когда-то делали оттиски на глине или смоле, запечатывая письма, можно считать
древними формами высокой печати.
Изготовить печатные формы для высокой печати сравнительно легко, так же как достаточно
просто получить с них оттиски: нужно нанести ровный тонкий слой краски на печатающие
элементы и надавить ими на бумагу. Именно этим способом печатали книги во всех
типографиях начиная с Гуттенберга, а кое-где печатают и сегодня. Для типографов удобно и то,
что для высокой печати пригодна краска практически любого химического состава: и на
жировой основе, и на основе водных и спиртовых растворителей.
Печатный пресс из типографии И. Л. Сытина в Москве.
Позднее изобрели иную разновидность высокого способа — флексографическую (от лат. flexus
— «изогнутый» и греч. «гра'фо» — «пишу») печать. В ней применяются резиновые (или
полимерные) печатные формы. С их помощью добиваются хороших оттисков не только на
бумаге, но и на целлофане, гофрокартоне, алюминиевой фольге и других материалах.
Требования к качеству печати быстро росли. Возникла потребность в воспроизведении на
бумаге полуто-
CxrtM fWMJIHWW формы Л1Я НИЛЖИЙ IMTSJTM.
Сжемл про* i
новых изображений всей цветовой гаммы — с мягкими переходами от белого до максимально
насыщенного чёрного. Решение было найдено с изобретением глубокой печати. Здесь
печатающие элементы делают не выше, а ниже пробельных, причём глубина их различна. Чем
темнее должен быть тот или иной участок оттиска, тем глубже соответствующий ему элемент
печатной формы, толще слой заполняющей его краски и тем больше её перейдёт с формы на
оттиск.
284
Печатная форма для глубокой печати полностью закрывается краской, т. е. краска заполняет
печатающие элементы и покрывает пробельные. Перед получением оттиска краску с
пробельных элементов удаляют. Для этого используется специальный ракельный нож из
упругой стальной ленты. Для глубокой печати применяют более жидкую краску на основе
быстро испаряющихся растворителей, благодаря чему она сразу закрепляется на бумаге.
Сегодня большую часть продукции, производимой способом глубокой печати, получают на
ротационных печатных машинах. Первую такую машину разработал в 1904 г. немецкий
инженер Э. Мертенсон. Из-за дороговизны и длительности изготовления формных цилиндров
глубокая печать в последние годы уступает место плоской офсетной печати, более дешёвой и
перспективной.
При офсетном способе печати пробельные и печатающие элементы лежат практически в
одной плоскости, но их поверхностям придают разные физико-химические свойства.
Печатающие элементы здесь гидрофобные (от греч. «хи'дор» — «вода» и «фо'бос» — «страх»,
«боязнь»), они хорошо удерживают краску, но отталкивают влагу. Пробельные же элементы —
гидрофильные (от греч. «хи'дор» и «филе'о» — «люблю»), т. е. хорошо смачиваются водой, а
краску отталкивают. Краска с печатной формы на бумагу переносится не непосредственно, а
через промежуточный офсетный {англ, offset) цилиндр, покрытый эластичным резинотканевым
полотном. Если вырезать в листе картона узор или надпись, плотно прижать полученный
трафарет к бумаге или куску ткани и пройтись по нему смоченным в краске тампоном, то
получится очень чёткое изображение с ровными краями. Этот принцип используется в
трафаретном способе печати. Здесь печатная форма представляет собой сетку. Сквозь ячейки
печатающих элементов густая краска продавливается на запечатываемую поверхность
Сжема процесса офсетной печати.
линотип
Создание машин для быстрого размножения печатной продукции не решило проблему
механизации книгопечатания. Нужны были машины, способные исключить из типографского
процесса утомительный ручной труд наборщиков, составлявших слова и строки из отдельных
свинцовых литер — букв и знаков. В начале XIX в. появились первые подобные технические
устройства; они извлекали из магазина-хранилища готовые литеры и собирали из них строки.
Однако настоящий технический переворот в наборном деле произошёл только в 1886 г., когда в
типографиях начала работать изобретённая двумя годами раньше американцем О.
Мергенталером наборная строкоотливная машина — линотип (от лат. linea — «линия» и греч.
«ти'пос» — «отпечаток»),
В линотипе соединены три сложных устройства: наборное, литейное и разборочное. Наборщик
нажимает на клавиши, а машина формирует строку из матриц — формочек для букв или
знаков. Собранная строка автоматически передаётся в отливной аппарат, где полости матриц
под давлением заполняет жидкий типографский сплав (из свинца, олова и сурьмы),
поступающий из котла с терморегулятором. Строка охлаждается и быстро застывает.
Получается металлическая пластина с выпуклыми словами на торце. Её отправляют на
приёмочный столик, где набирается страница, а матрицы попадают в разборочный аппарат, и
он рассыпает их по магазинам-хранилищам.
При ручном труде скорость работы наборщика составляла примерно 1800 знаков в час: каждую
литеру из ящиков наборной кассы ему приходилось брать пальцами. С помощью линотипа
работа пошла в десять раз быстрее. Новая машина скоро стала очень популярной в
типографиях; её усовершенствованием занимались многие талантливые учёные и инженеры.
Сегодня сложные типографские машины разных типов стали заменять электронными
средствами набора, компьютерами и лазерными принтерами.
*В ротационной (от лат. rotatio — «круговращение») печатной машине все главные детали
имеют цилиндрическую форму. Это упрощает конструкцию аппарата и позволяет значительно
увеличить скорость печатания.
285
РИЗОГРАФ — МАЛЕНЬКАЯ ТИПОГРАФИЯ
В начале 90-х гг. XX в. японская фирма RISO «Кагаку» впервые поставила в Россию партию
аппаратов для цифровой трафаретной печати. С тех пор эти машины так и называют —
ризографы, а сам метод — ризографией.
До появления ризографов существовало всего две возможности размножить печатную
продукцию. Для маленьких тиражей наиболее выгодно использовать принтер или ксерокс, для
больших — типографию. А что делать, если тираж составляет тысячу экземпляров? Среднему
принтеру такой объём не под силу, для типографии — слишком мал. Зато ризограф справляется
с задачей всего за 8 мин. Все технологические процессы идут автоматически, без участия
оператора. Контрольный оттиск готов через 17 с после начала работы; далее весь тираж
печатается со скоростью 60—130 копий в минуту.
Принцип работы ризографа состоит в следующем. Лист, предназначенный для размножения,
сканируется и в цифровом виде передаётся в блок изготовления печатной формы, материалом
для которой служит специальная мастер-плёнка. Миниатюрный нагреватель — термоголовка
прожигает в ней мельчайшие отверстия,
образующие буквы текста или рисунок. Получается трафарет, сквозь который на бумагу
попадает краска, печатающая изображение. Многоцветную печать осуществляют
последовательно, разными красками с нескольких трафаретов.
Ризограф нередко подключают непосредственно к компьютеру как высокопроизводительный
принтер.
Компактная настольная модель ризографа.
Листовая офсетная пятикрасочная машина «Рапида-104».
создавая рельефное изображение текста или рисунка. Трафаретный способ широко
применяется для выборочного покрытия изображения лаком.
Не так давно полиграфические машины годились только для многократного воспроизведения
одного и того же изображения. После изобретения цифровой печати положение изменилось.
Цифровая печатная машина работает под управлением ЭВМ и по принципу действия
аналогична лазерному принтеру. С помощью ЭВМ можно быстро вносить изменения в
печатную форму после каждого оборота формного цилиндра и получать на выходе в той или
иной степени отличающиеся экземпляры оттисков. Цифровой способ используется главным
образом для печатания небольших тиражей (даже одного экземпляра) или в целях оперативной
полиграфии.
В настоящее время наиболее распространён офсетный способ печати. Он отличается широкими
возможностями художественного оформления издания, сравнительной дешевизной
286
изготовления печатных форм, довольно высокой скоростью печати и рядом других
положительных качеств. Именно офсетным способом изготовлена энциклопедия, которую вы
держите в руках. Давайте проследим её путь по издательству.
УЧАСТОК ДОПЕЧАТНОЙ ПОДГОТОВКИ
В современных издательствах написанные авторами тексты набираются и редактируются на
компьютере. Иллюстрации вводятся в него с помощью электронного устройства — сканера.
После этого осуществляют компьютерную вёрстку: страницу будущей книги отображают на
экране монитора, размещают на ней тексты, схемы, рисунки, фотографии — чтобы всё
получилось красиво и по правилам. Персональный компьютер, оснащённый программой
вёрстки и вспомогательной аппаратурой — сканером, принтером и т. д., называется настольной
издательской системой.
ЦВЕТОДЕЛЕНИЕ
Многоцветные картинки на экране телевизора создаются сложением трёх цветов: красного,
зелёного и синего. Белый цвет — сумма всех трёх цветов. Результатом смешения зелёного и си-
него является голубой, синего и красного — пурпурный, красного и зелёного — жёлтый...
Таким способом получают желаемый цвет. Более того, для любого цвета может быть найден
дополнительный, вместе с которым он даст белый цвет. Этот способ воспроизведения цветных
изображений называется аддитивным (от лат. aditivus — «прибавляемый»),
В цветной печати применяют другой способ смешения цветов — субтрактивный (от лат.
subtraho — «удалять», «отнимать»). Цвет смеси здесь зависит от того, какая часть спектра
падающего света поглощена входящими в состав красками. Поглощённые цвета как бы
вычитаются из падающего света, а остальные — отражаются, и мы их видим. Например, если
длины волн поглощённого света соответствуют синему цвету, мы видим жёлтый; если
красному — сине-зелёный и т. д. Воспринимаемый нами цвет изображения оказывается
дополнительным к поглощённому. Например, голубая краска поглощает излучение красного
цвета, а излучения зелёного и жёлтого цветов отражает или пропускает. Поэтому голубой цвет
является дополнительным к красному, пурпурный — к зелёному, а жёлтый — к синему. Эти
три цвета составляют полиграфическую триаду.
В идеале при наложении трёх цветов полиграфической триады друг на друга в равных
пропорциях должен получиться чёрный цвет. Но краски никогда не бывают безупречно
чистыми: в них есть примеси, отчего и смешение их даёт не чёрный,
Смешение цветов при аддитивном (1) и субтрактивном (2) методах.
287
КСЕРОКОПИРОВАНИЕ
Работа копировальных аппаратов, чаше всего именуемых просто «ксерокс» (по названию
известной фирмы «Рэнк ксерокс»), основана на использовании двух явлений: взаимодействии
электростатических зарядов и фотоэффекте.
Как происходит процесс ксерокопирования? На барабан или гибкую ленту с фотопроводящим
покрытием (обычно на основе селена) генератор высокого напряжения наносит равномерный
электростатический заряд— «темновой фон». Помещённый на стекло ксерокса оригинал
освещается яркой лампой, и оптическая система проецирует отражённое излучение на
поверхность фотобарабана, вращающегося синхронно с движением лампы вдоль оригинала.
Перемещая зеркала и объектив, можно увеличить или уменьшить размер копии. От светлых
участков оригинала свет отражается почти полностью, а от затемнённых — слабее.
Соответственно изменяется и распределение зарядов на поверхности барабана. Участок, на
который попадает свет, разряжается: чем больше света, тем сильнее. В результате на барабане
образуется копия изображения — своего рода невидимый глазу электростатический негатив.
Частички красящего порошка — тонера получают электрический заряд, противоположный
заряду барабана. Благодаря этому тонер остаётся только на заряженных участках барабана и не
прилипает там, где заряда нет. Таким образом скрытое изображение становится видимым. У
чистого бумажного листа электростатическое притяжение больше, чем у поверхности барабана,
поскольку бумага должна «перетянуть» частицы тонера на себя.
Затем изображение закрепляется. Из различных способов закрепления — термомеханического,
механического (вдавливание), интенсивного излучения и других — наиболее распространён
термомеханический. Лист с изображением пропускают между валиками, один из которых
нагрет. Тонер расплавляется и вдавливается в поры бумаги. После этого лист выходит из
аппарата, а с поверхности фотобарабана удаляются остатки тонера и заряд. Ксерокс готов к
следующему циклу печати.
Многие ксерокопировальные аппараты имеют дополнительные устройства. Автоматически
могут подаваться листы бумаги, регулироваться яркость, устраняться искажения на краях
листов (при копировании с раскрытой книги, например), а двусторонние копии — соединяться
в брошюры.
Копировальный аппарат «Ксерокс-5616».
а тёмно-коричневый цвет. Для устранения этого недостатка к триаде пришлось добавить ещё
одну краску — чёрную.
Чтобы напечатать цветную картинку, её оптическое изображение сначала делят на четыре
других — в соответствии с этими цветами. Иначе говоря, из одного оригинала получают
четыре цветных изображения. Накладывая их точно друг на друга, можно воспроизвести
оригинал. На практике цветоделение осуществляется так.
Сначала картинку-оригинал фотографируют через светофильтры — синий, зелёный и красный.
Негативы,
которые возникают в лучах зон спектра, выделенных фильтрами, называют цветоделёнными.
При съёмке через синий светофильтр получают цветоделённый негатив для жёлтой краски,
через зелёный светофильтр — для пурпурной, через красный — для голубой. Например, при
фотографировании через красный светофильтр почернения на негативе соответствуют
красному цвету, а почернения на позитиве — синему и зелёному цветам, составляющим в
сумме голубой. Поэтому цветоделённое позитивное изображение, полученное
фотографированием через красный свето-
288
фильтр с целью изготовления форм для печати голубой краской, называют фотоформой для
голубой краски.
Аналогично позитив, полученный после фотографирования через зелёный светофильтр,
является фотоформой для пурпурной краски, поглощающей зелёное и отражающей синее и
красное излучения, а позитив, полученный после фотографирования через синий светофильтр,
— для жёлтой, поглощающей синее и отражающей красное и зелёное излучения. Полученные
таким способом позитивы — а все они чёрно-прозрачные — маркируют по цветам буквами С
(cyan — голубой), М (magenta — пурпурный), Y (yellow — жёлтый), К (key color — чёрный).
После этого плёнки передают в монтажное отделение.
Современная электронная техника позволяет изготовлять фотоформы высокого качества без
фотографирования и фильтров, непосредственно на компьютере. Полученные в нём по
специальной программе цветоделённые изображения передают на лазерный принтер и
печатают на полимерных плёнках.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕЧАТНЫХ ФОРМ
В монтажном отделении плёнки, изготовленные на этапе цветоделения, раскладывают по
порядку и приклеивают на большие прозрачные листы астралона. Полученный монтажный
лист кладут на лист металла, покрытый светочувствительным слоем, и помещают в
копировальную раму. Сильный поток света засвечивает светочувствительный слой в местах,
свободных от изображения. После обработки печатающие элементы формы становятся
гидрофобными, а пробельные — гидрофильными. Если на такую форму нанести краску, то
печатающие элементы покроются этой краской, а пробельные останутся чистыми, несмотря на
то, что они не углублены, как на формах высокой печати.
Для каждой краски готовят особую форму, которую устанавливают в отдельном отсеке
печатной машины — листовой, если оттиски наносятся на листы бумаги, или ролевой, если
печатают на бумажной ленте с рулона. И в той и в другой машине бумага проходит
последовательно через все отсеки с красками. С цилиндра, на котором закреплена форма,
краска переносится на офсетный цилиндр, а с него — на бумагу. Из машины выходит уже
разноцветный лист.
БРОШЮРОВОЧНЫЙ И ПЕРЕПЛЁТНЫЙ ПРОЦЕССЫ
Отпечатанные листы ролевые печатные машины обычно и фальцуют — подбирают по порядку
и соединяют в тетради. После листовых печатных машин оттиски поступают на фальцевальные
машины. Существует два основных вида таких машин — ножевые и кассетные. В ножевых
машинах по линии сгиба печатного листа ударяет специальный нож и через прорезь в столе
толкает его во вращающиеся фальцующие валики. Они вытягивают лист, складывая по месту
сгиба. В кассетных фальцевальных машинах лист, двигаясь с помощью вращающихся
Схема ножевой (А) и кассетной (Б) фальцевальных машин.
7 — печатный лист;
2 — нож;
3 — упор;
4 — стол;
5 — фальцевальные валики;
б — подающий резиновый валик;
7 — кассета;
8 — подающие ролики.
289
Ниткошвейный автомат с самонакладом «Колбус АН». Модель 385.
Поточная линия «Колбус-40» для обработки шитых книжных блоков.
валиков транспортного стола, входит в кассету и, дойдя до упора, начинает складываться
пополам. Его захватывают валики и в сфальцованном виде выводят из кассеты. Далее лист
передаётся в следующую кассету для образования нового сгиба и т. д. Широко применяются и
комбинированные кассетно-ножевые машины.
На следующем этапе листоподборочная машина формирует книжный блок, складывая тетради
друг на друга так, чтобы страницы издания следовали по порядку.
Вслед за этим сброшюрованный блок скрепляют, сшивая проволокой,
нитками или термонитями на различных машинах, после чего корешок комплекта заклеивают и
окантовывают по всей длине марлей, нетканым материалом или бумагой. Существует также
бесшвейный способ скрепления книжных блоков и брошюр — только с помощью клея.
И, наконец, скреплённый книжный блок вставляют в переплётную крышку (обложку).
Применяют различные виды переплётных крышек из разных материалов. Этот заключительный
этап осуществляется на поточных линиях или, для единичных экземпляров, вручную.
КОМПЬЮТЕРЫ
На рубеже XX—XXI вв. для большинства людей слово «компьютер» означает персональный
компьютер — настольный или переносной. И это естественно. Десятки миллионов компьютеров,
работающих сейчас по всему миру, — именно персональные, или, как их ещё называют,
микрокомпьютеры. Более мощные (и, несомненно, более дорогие) именуются, в порядке
возрастания мощности, рабочими станциями, мини-компьютерами, мейнфреймами и, наконец,
суперкомпьютерами. Но классификация эта условна. Она имеет смысл только в отношении
техники, выпущенной в одно время, да и то не всегда: старшие модели персональных
компьютеров часто мощнее младших моделей рабочих станций и т. д.
290
И если на вашем самом недорогом персональном компьютере без проблем работает
операционная система Windows 95, то можете быть уверены: у вас в распоряжении больше
ресурсов, чем было лет десять назад у неплохого вычислительного центра, гордившегося своим
мейнфреймом.
КАК ВЫГЛЯДИТ ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР
Когда говорят «компьютер», обычно имеют в виду сразу три устройства — системный блок,
монитор и клавиатуру. Плюс, может быть, маленькую мышь. Это настольный персональный
компьютер. У переносного аппаратура целиком находится в одном корпусе. Только вместо
мышки там трекбол или другое указательное устройство. В системном блоке размещены и мозг
компьютера (процессор), и память, и сердце (блок питания). Всё остальное называется
периферией и предназначено для связи компьютера с внешним миром — с пользователями,
другими компьютерами и устройствами.
Но эти видимые, осязаемые, весомые предметы составляют только часть компьютера — так
называемое железо, аппаратное обеспечение, или хард (искажённое, но общеупотребительное от
англ, hardware). А есть ещё и другая часть — невидимая, неосязаемая и невесомая: программное
обеспечение (ПО), или софт (англ, software). Ни один компьютер не способен работать без
программ. Именно двуединая, программно-аппаратная сущность компьютеров и делает их столь
многообразно полезными, многоликими.
Одинаковые компьютеры с различным программным обеспечением по сути разные компьютеры.
Почти на любой современный домашний компьютер нетрудно установить программы, которые
сделают его файл-сервером, т. е. компьютерным хранилищем информации, центром целой сети
компьютеров-клиентов. И тогда верный помощник и незаменимый партнёр в играх превратится в
нечто, возможно, и нужное в каком-нибудь офисе, но странное и абсолютно бесполезное дома.
Компьютер настольном (А) и переносном (ноутСЬк; О исполнении.
1 — СИСТЕМНЫЙ бЛОК: 2 — монитор НД ОСНОКС ЭАРКТроННО-АуЧС’ОоЛ ТруТЖМ (А) И HJ ОСИООС жидкокристаллического днеПАРЯ (Б)',
3 - клавиштура: 4 — указательное устройство: мышь (А/ и тач-панезь гбЪ 5 — дисковод для (ибких дисков: 6 — дисковод CD-ROM.
f
Одинаковые компьютеры с различным программным обеспечением — это в сущности,
разные компьютеры.
291
Системный блок персоиалыюго компьютера. Вил спереди (А) и стали (Б).
I — кнопка включения питания; 2 — крышка. скрывающая жестким диск; 3 — дисковод для гибки* лис к ив; 4 — диске
5 — выходное отверстие вентилятора блока питания; 6 — разъёмы для подключения внешних устройств (периферии).
I
Плоды не созреют, если почва неподходящая или скудная. Но почва (аппаратное
обеспечение) сама по себе бесполезна, если на ней не произрастает именно то, чем мы
собираемся пользоваться, — программы.
САМЫЙ ПРОСТОИ, САМЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ...
Машина фон Неймана — схема универсального компьютера, предложенная выдающимся
американским математиком Джоном фон Нейманом в 1946 г. По этой схеме действует любой
компьютер. Как, впрочем, и каждый универсальный преобразователь информации, не
обязательно электронный. Процессор, выполняя ту или иную программу, расположенную в
памяти, управляет вводом в память и выводом из неё данных. Попавшие в память данные
процессор обрабатывает.
Вот два простейших случая. Если вы работаете с текстовым редактором, то, нажав на клавиатуре
(устройстве ввода) клавишу «пробел», увидите на экране монитора (устройстве вывода), что
курсор сдвинулся вправо. Если же вы нажали на «пробел», играя в DOOM, то, например,
откроется тайник — при условии, что он «перед вами» и вы это «заслужили».
292
Спорить о том, что «главнее» — процессор, выполняющий программу, или программа,
управляющая работой процессора, можно так же долго, как и о том, что появилось раньше —
яйцо или курица.
Самый простой компьютер — машина Тьюринга, придуманная английским математиком Аланом
М. Тьюрингом в 1936— 1937 гг. Как и машина фон Неймана, это теоретическая модель. Но если
машина фон Неймана позволяет уяснить, как устроен компьютер, то машина Тьюринга — как
работают цифровые компьютеры. Почти все современные ЭВМ — прямые, хотя и сильно
изменившиеся потомки машины Тьюринга.
Ввод, вывод и память в машине Тьюринга представляют собой ленту, разделённую на
квадратики, или ячейки. Каждая ячейка содержит некий символ или пуста. Процессор машины
Тьюринга способен за один раз (такт) рассмотреть только одну из ячеек. В зависимости от того,
что за символ помещён в данной ячейке, процессор может стереть этот символ, записать в ячейке
другой символ, перемотать ленту вперёд-назад на некоторое число ячеек, закончить работу,
выполнить комбинацию перечисленных действий.
Например, символ «+», помещённый в одну из ячеек, может означать такой набор инструкций
(команд) процессору: «Передвинься на ячейку вправо, там будет число, прочти и запомни его.
Передвинься ещё на ячейку вправо, там тоже будет число, прочти его и прибавь к первому числу,
полученную сумму запомни. Сотри второе число, на его место запиши результат сложения.
Передвинься ещё на ячейку вправо и прочти в ней следующую команду». Символами чисел
могут быть в данном случае сами числа.
Или другая команда — обозначенная символом «=»: «В двух ячейках справа лежит по числу.
Сравни их значения. Если числа равны между собой, то запиши в третью ячейку единицу, а если
нет — то нуль». На самом деле и в этом случае инструкции процессору следовало бы излагать
так же подробно, как и в первом. Но нам, к счастью, нет надобности точно воспроизводить все
слишком мелкие детали инструкции, которую должен получать любой процессор, чтобы его
можно было построить не только мысленно, но и на практике.
Тьюринг строго математически доказал: придуманное им примитивное устройство способно
решать весьма сложные арифметические и логические задачи даже при очень небольшом числе
символов, используемых для обозначения команд и обрабатываемых данных. Но ленты с
записанными на них командами и данными легко менять, а потому компьютер (и в виде машины
Тьюринга) может справиться с любыми задачами обработки информации, если только... Если
только нам удастся изложить способ решения этих задач на языке символов, понятных машине.
В общем, ясно: полезность конкретной машины Тьюринга прямо
Машина Тьюринга.
Разностная машина Бэббиджа. 1821—1833 гг.
Один из прототипов арифметико-логического устройства современного компьютера.
*Чем теоретическая модель отличается от мечты? Хорошая теоретическая модель обязательно
подсказывает, как можно осуществить то, что она описывает. Иначе говоря, теоретическая
модель — это правильное начало воплощения трудноосуществимой мечты.
293
зависит от того, насколько богат набор символов, которые способен распознавать её процессор.
И конечно, от того, как быстро процессор распознаёт и обрабатывает символы на ленте,
записывает их, переходит от ячейки к ячейке (двигает ленту). А то и жизни может не хватить,
чтобы дождаться решения какой-нибудь большой задачи.
Нетрудно догадаться, что процессор довольно сложное устройство. Как минимум, он должен
уметь: 1) читать, писать и стирать символы, переходить от ячейки к ячейке; 2) оперировать с
символами (сравнивать, преобразовывать), для чего ему, в частности, необходимо место для их
временного хранения-запоминания.
Действительно, стандартная схема всякого процессора включает в себя устройство управления
(УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) с собственной памятью (называемой
регистрами, внутренним кэшем и т. д.). Внимательный читатель, вероятно, отметил, что
процессор, являющийся лишь частью (хотя и самой важной) компьютера, представляет собой
машину фон Неймана.
Сейчас, когда компьютеры стали привычной деталью нашего обихода,
трудно представить себе, как потрясло изобретение Тьюринга его современников. Машина
может решать арифметические и логические задачи, которые и большинству-то людей не по
зубам! И мало кто из нас осознаёт, сколь огромно число элементарных операций, которые
проделывает компьютер, когда мы, одним движением пальца нажимая на клавиш мыши или
клавиатуры, «перелистываем» электронную книгу с картинками.
ЧТО ВНУТРИ РЕАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. «ЖЕЛЕЗО»
Многочисленные элементы (устройства) компьютера, размещаемые в его системном блоке,
можно подразделить всего на пять основных групп. Это центральный процессор, память, шина,
блок электропитания и многочисленные аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи
(АЦ,П и ЦАП).
Процессор напрямую соединён с элементами быстрой (оперативной) памяти. Её ещё называют
оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) или памятью произвольного
*Кэш, или кэш-память (от англ, cash — «наличность»), — встроенная в микросхему внутренняя
сверхбыстрая память; в ней хранятся наиболее часто используемые данные.
294
Долговременная память
суперкомпьютера CRA Y Y-MP8E.
Это отдельное помещение, в котором находятся сотни магнитных дисков. В нужный момент они
автоматически подаются в устройство чтения/записи.
НЕ ТО КАРТЫ, НЕ ТО ПЛАТЫ
С терминологией в компьютерном мире просто беда. Например, контроллеры ещё называют
адаптерами, их размешают на так называемых картах (или платах расширения), которые, в
свою очередь, часто именуются и адаптерами, и контроллерами.
Так и во многих других случаях: одни и те же вещи называют по-разному, а разные —
одинаково. Всем ясно, что это плохо, но, пока успевают договориться о том, как правильно
называть какое-нибудь устройство, оно устаревает, и им перестают пользоваться. Бурное
развитие вычислительной техники продолжается. А потому просто помните о
терминологическом разнобое и не сердитесь, если кто-то употребляет ваши любимые слова по-
своему.
Графический контроллер персонального компьютера.
доступа (RAM; от англ. Random Access Memory) При отключении электропитания компьютера
она очищается, и все данные, находящиеся в ней, теряются.
В долговременной памяти данные сохраняются и после выключения компьютера. Чаще всего она
больше по объёму, чем ОЗУ, хотя и не такая быстрая. Это жёсткие и гибкие диски, CD-ROM,
магнитная лента и т. д. По шине данные передаются между устройствами системного блока.
АЦП и ПАП преобразуют информацию из аналоговой формы (непрерывно изменяющихся
значений электрического напряжения) в цифровую, компьютерную (в наборы чисел, обычно
двоичных), и обратно. АЦП и ЦАП называют контроллерами (контроллер жёсткого диска,
графический контроллер, контроллеры портов и т. д.). Любой контроллер содержит
микропроцессор, а значит, является компьютером, но только не универсальным, в каком сам
установлен, а специализированным.
В микросхемах BIOS «запаяны» программы, которые выполняются при включении компьютера и
как бы оживляют его, превращая множество соединённых проводками деталей в единое целое —
в готовый к работе универсальный преобразователь информации.
Внешние, периферийные устройства, или просто периферия (клавиатура, мышь, монитор,
принтер, сканер и т. д.), подсоединяются к компьютеру через порты.
КАК УСТРОЕНА КОМПЬЮТЕРНАЯ ПАМЯТЬ
Память компьютеров, вне зависимости от того, как она физически устроена, можно представлять
себе в виде ленты с ячейками, как в машине Тьюринга. Только это очень длинная лента — даже в
настольных компьютерах таких ячеек сейчас от 4 до 32 млн. Все ячейки памяти последовательно
пронумерованы, начиная с нуля. Номер ячейки принято называть её адресом,
*CD-ROM - сокращение от англ. Compact Disk («компакт-диск», «лазерный диск») и Read Only
Memoiy («память только для чтения»), т. е. дословно «память только для чтения на лазерных
дисках».
**BIOS (от англ. Base Input-Output System — «базовая система ввода-вывода») - набор программ
операционной системы, которые обычно хранятся в микросхемах постоянной памяти, или ROM
(от англ. Read Only Memoiy — «память только для чтения»),
*** Персональный компьютер обычно оснащён так называемыми портами для подключения
самых разнообразных устройств. Порты бывают двух типов. К последовательным (сот-портам)
можно подключить мышь, джойстик, модем и другие, сравнительно медленные устройства, а к
параллельным — принтеры, внешние накопители на жёстких магнитных дисках и т. д.
295
ПРИНТЕРЫ
Для распечатки — вывода на бумагу, картон, плёнку или на другой материал результатов работы
компьютера используют автоматические печатающие устройства — принтеры (от англ, print —
«печать», «шрифт»). Они бывают разных видов.
Ударно-матричные принтеры печатают с помощью головки с набором иголок. По команде
компьютера иголки быстро собираются в группы, соответствующие очертаниям букв, и,
выдвигаясь из головки, отбивают через красящую ленту нужное сочетание точек. При этом
головка и лента перемещаются по ширине листа, формируя на нём строку. По длине лист
смешается с помощью механического устройства.
Движениями иголок, головки и листа управляет электронная схема принтера в соответствии с
командами, поступающими из компьютера. Число иголок в головке может быть различным — 9,
18 (две группы по 9) и 24. Качество печати 24-иголочных принтеров лучше: с их помощью,
например, можно получить достаточно чёткий чёрно-белый рисунок.
Ударно-матричные принтеры имеют немало достоинств. Картридж с красящей лентой дёшев, его
просто заменить. На таком аппарате можно получать копии: на обратной стороне специальной
многослойной бумаги при ударе краситель выделяет буквы, которые отпечатываются на
следующем листе. Однако у этих принтеров есть и недостатки: работают они медленно и шумно,
качество печати невысокое. Чтобы увеличить скорость, используют линейно-матричные
принтеры: они отбивают точки сразу на всей строке.
Работа лазерных принтеров напоминает процесс ксерокопирования. Разница только в том, что
вместо лампы используется тонкий лазерный луч, который попадает на поверхность
фотобарабана через зеркальную призму. По мере вращения призмы луч перемешается вдоль
барабана, и формируется строка; когда поворачивается сам барабан, происходит смена строк. В
результате на поверхности барабана образуются группы электростатических зарядов,
соответствующие заданному изображению. Далее тонер подзаряжается и подаётся на барабан, а
изображение переносится на лист бумаги или плёнку и закрепляется в электронагревательном
устройстве — «печке». Именно поэтому вышедшие из лазерного принтера листы тёплые, а вовсе
не из-за того, что их «прогревали лазером», как ошибочно полагают некоторые.
Лазерный принтер гарантирует высокое качество печати, работает он быстро и почти бесшумно.
Правда, стоимость сменного картриджа, включающего в себя ёмкость с тонером и сам
фотобарабан, довольно высока. Наибольшее распространение получили принтеры, печатающие
до 12—16 страниц в минуту, а также более скоростные (20—24 страницы).
Используя тонеры разных цветов, можно получить изображения, похожие на фотографии.
Однако скорость цветной печати ниже, а цена одной копии — выше.
В светодиодном принтере есть линейка из большого числа импульсных светодиодов —
электрических устройств, излучающих свет. Светодиоды располагаются вдоль поверхности
фотобарабана по одному на каждую точку. Сочетание сигналов светодиодов на строке и
формирует изображение. Это позволяет уменьшить количество движущихся частей и оптических
устройств в конструкции принтера. Качество печати таких принтеров высокое, изображение по
краям листа не искажается.
В корпусе струйного принтера есть крохотные пульверизаторы. Пьезо- (от греч. «пье'зо» —
«давлю», «сжимаю») или термоэлектрическая головка принтера под действием электрического
импульса заставляет красящее вещество (чернила) выплёскиваться (или испаряться) из
пульверизатора и оседать на бумаге в виде мелких точек. Картридж может двигаться с головкой
вдоль листа или оставаться неподвижным (в этом случае чернила подаются к движущейся
головке по гибким шлангам). Если используется только чёрный (монохромный) картридж,
изображение будет чёрно-белым; набор цветных картриджей позволяет получать качественное
цветное изображение.
Плакаты, большие «фотокартины», чертежи, архитектурные планы делают на специальных
широкоформатных принтерах — плоттерах. Они тоже бывают цветными и монохромными,
печатают на различном материале — обычной и глянцевой бумаге, ватмане, картоне, кальке,
плёнке и т. д.
Струйные принтеры дешевле лазерных. Кроме того, по мнению экологов, они «чище», поскольку
работают практически бесшумно и выделяют меньше озона — сильного окислителя, вредного
для здоровья. Габариты струйного принтера невелики, поэтому его можно легко переносить с
одного места на другое. Однако и у струйного принтера есть недостатки: меньшая, по сравнению
с лазерным, скорость печати и «чернильницу» приходится часто менять.
В термопринтерах печатные знаки формируются с помощью нагревательных элементов прямо
на термочувствительной бумаге. В термопереводных между термоголовкой и носителем
(бумагой, липкой лентой, плёнкой) пропускается красящая лента нужного цвета.
Лазерный принтер «персонального» типа HP Laser Jet 6L.
Формат бумаги — А4, В5 и меньше; скорость печати — 6 страниц в минуту; разрешение — 600
точек на дюйм; печать — на отдельных листах бумаги, конвертах, почтовых карточках,
наклейках, прозрачной плёнке.
296
Модуль памяти персонального компьютера.
а размер, от которого зависит, насколько большие числа могут в неё поместиться, — размерам
машинного слова.
Размер машинного слова — очень важная характеристика компьютера. Помните про символы
машины Тьюринга, которые обозначают и команды процессору, и данные? В компьютере все они
— числа. Отсюда, в частности, следует, что от размера машинного слова зависит максимальный
размер памяти. Предположим, например, что размер машинного слова таков, что в него можно
уместить любое число от 0 до 255. Понятно, что нам не удастся записать в это слово адрес
произвольной ячейки, если ячеек больше 256. А коли ячейка не пронумерована, не имеет адреса,
то для процессора её просто нет.
Неужели нам придётся каждое вводимое в память число сначала разбивать на «кусочки»,
помещающиеся в ячейку, а потом, при чтении, собирать его из этих «кусочков»? Для
обеспечения быстродействия нужно, чтобы число было записано и прочитано за одно обращение
к памяти. Другими словами, любое число должно целиком умещаться в одной ячейке. Например,
в мощных компьютерах длина машинного слова составляет 64 разряда (8 байт) и более. Длина
машинного слова памяти нынешних персональных компьютеров — 32 разряда.
КАК ПРОЦЕССОР РАБОТАЕТ С ПАМЯТЬЮ
Итак, всё, что хранится в памяти компьютера, представлено в форме чисел. И процессор всякий
раз, когда читает содержимое очередной ячейки памяти, должен заранее «знать», что именно там
находится — команда, адрес или данные (и какие именно). Иначе он не сможет правильно
воспользоваться числом, прочитанным в ячейке.
Это, с одной стороны, большое неудобство: сбившись со счёта, компьютер перестанет правильно
работать — будет принимать команды за данные, а адреса ячеек за команды. И тогда ничего не
останется, как заставить его начать всё заново, т. е. выключить компьютер и включить
(перезагрузить). При включении запускаются процедуры инициализации. Это специальные
программы нулевого уровня, «зашитые» в «железо» компьютера, в его постоянную память —
BIOS. Их назначение, образно говоря, состоит в том, чтобы заново объяснить компьютеру, что он
такое, как и что он должен делать, где и что у него находится.
С другой стороны, если данные в памяти компьютера — числа, то и работать с ними можно как с
числами, т. е. с тем, что поддаётся обработке и преобразованию. Иными словами, компьютер
способен изменять сам себя (помните про программно-аппаратную сущность компьютера?). Ведь
что такое программа? Набор ячеек в памяти, в которых лежат (записанные в форме чисел)
команды процессору и данные. Ну и почему нельзя поменять значения чисел в этих ячейках?
Можно поменять. Но это будет означать изменение команд и последовательности их исполнения,
изменение данных, к которым команды применяются. Словом, изменится программа, т. е. некая
часть (возможно, очень важная) компьютера.
Всякий раз, когда процессор читает содержимое очередной ячейки памяти, он должен
заранее «знать», что именно там находится.
Заполняющая ячейку памяти последовательность из 32 нулей и единиц может быть и набором
из четырёх символов, и целым, и действительным числом. Например, каждая следующая
тройка (два числа и слово из четырёх букв) кодируется в памяти компьютера совершенно
одинаково:
695740506,
5,510206*10'~14, Z(x):
1701998445,
7,155426*10", more:
1634558317,
2,736812*1O20, mama
297
ПОЧЕМУ ЧИСЛА В КОМПЬЮТЕРЕ ДВОИЧНЫЕ?
Все знают или слышали, что числа хранятся в компьютере в двоичной форме. Ещё употребляется
термин «бинарные числа». Кто-то полагает, что двоичные числа совсем особенные числа,
принципиально отличные от десятеричных, которые мы привыкли записывать арабскими
цифрами. Это не так. Число, записано ли оно в двоичной, десятеричной, шестнадцатеричной или
какой-либо иной системе, остаётся одним и тем же. Изменяется лишь форма его записи, внешний
вид.
В двоичной системе счисления числа записываются с помощью только двух цифр — 0 и 1. Эти
цифры можно использовать для интерпретации двух противоположных состояний (например,
«да-нет», «истина-ложь», «включено-выключено»). Последние легко представить в электронном
устройстве двумя уровнями напряжения. Потому-то двоичная система счисления и стала основой
современной вычислительной техники. Если бы в компьютерах применялись десятичные числа,
то электронные устройства имели бы десять уровней напряжения — один для каждой цифры.
Компьютеры были бы значительно более сложными, а значит, менее надёжными и более
дорогими.
Слово бит (bit) означает двоичную цифру (0 или 1). В байт входят восемь бит — двоичных
цифр, восемь разрядов. В компьютерном мире всё принято измерять в байтах. В байте
«помещается» 256 различных значений (например, числа от -127 до 128 или от 0 до 255). Буквы
европейских языков, знаки препинания и символы десятичных цифр занимают в памяти также по
одному байту.
АЦП И ПАП
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) оцифровывает информацию — превращает сигналы
из внешнего мира в наборы чисел, которые способен различать и читать компьютер.
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) решает обратную задачу: преобразует наборы чисел в
аналоговый, т. е. непрерывно изменяющийся, сигнал. Нецифровые приборы и устройства тем или
иным образом способны его воспринять и использовать. Строго говоря, АЦП и ЦАП имеют дело
только с электрическими аналоговыми сигналами — непрерывно изменяющимися значениями
напряжения или силы тока. Поэтому если мы, например, хотим оцифровать звук (звуковые
колебания), то его сначала нужно превратить в электрический ток (скажем, с помощью
микрофона). АЦП замерит аналоговый сигнал через очень короткие, по человеческим меркам,
промежутки времени и преобразует результат каждого замера в соответствующее числовое
значение. Правда, вместо плавной кривой получится набор ступенек. Но чем чаще делаются
замеры, тем ближе набор ступенек к исходной кривой, тем лучше запишется в память
компьютера оцифрованный (дискретизирован-
Вот как примерно работают АЦП и ЦАП.
298
ный) звук. Например, на компакт-дисках записан звук, оцифрованный с частотой 44 100
замеров в секунду, а высота ступенек изменяется от 0 до 65 536. Поэтому для хранения одного
замера нужно 2 байта, а чтобы запомнить фрагмент какого-либо музыкального произведения
продолжительностью 1с — 2^44100 = 88 200 байт. Теперь понятно, почему звуковые файлы
занимают так много места на жестком диске? Зато, превратив их с помощью ЦАП в аналоговый
электрический сигнал и подав его через усилитель на громкоговоритель, можно наслаждаться
любимыми мелодиями.
Чтобы оцифровать картинку, нужно разбить её на точки и определить яркость (цвет) каждой из
них, а получившиеся числа, характеризующие яркость (цвет) соответствующих точек, —
последовательно, точка за точкой записать в память компьютера.
Оцифровывают не только звуковые и световые колебания, но и показания любых
измерительных приборов: сейсмографов, радаров, датчиков давления, температуры, влажности,
загазованности и т. д. Наоборот, числа из компьютера, преобразованные с помощью ЦАП в
значения управляющих напряжений больших и малых движителей, заставляют в конечном
итоге открываться и закрываться заслонки и клапаны в двигателях внутреннего сгорания,
поворачиваться элероны на крыльях самолётов и т. д.
«ЧЕРНЫЕ ЯЩИКИ», МОДУЛИ И ИНТЕРФЕЙСЫ
Примерно до середины XX в., до появления кибернетики (науки об управлении, информации,
компьютерах), господствовало убеждение, что знание о любом объекте или явлении
неполноценно и как бы вообще не знание, если мы досконально не выяснили, как объект
устроен, откуда он произошёл, как получился и т. д. В общем, с этим трудно спорить, особенно
когда в вашем распоряжении неограниченные ресурсы и возможности (люди, время, деньги).
Но если требуется бы-
МОДЕМ
Любопытным примером АЦП-ЦАП-устройств является молем (сокращение от «модулятор-
демодулятор»), который предназначен для организации цифровой связи по телефонным линиям
связи. Такие линии способны передавать сигнал лишь в узком диапазоне звуковых частот — от
300 до 3000 Гц. Модем преобразует числа из компьютера в модулированный звуковой сигнал
— высота сигнала, а точнее, частота переменного напряжения на выходе модема изменяется в
зависимости от передаваемого цифрового кода. Но это именно псевдозвук. Его никто не издаёт
перед микрофоном, никто не слушает, его судьба — существовать только в качестве
электротока. Впрочем, вы можете услышать, как «звучит» компьютерная информация, если на
вашем модеме установлен динамик.
стро спроектировать и построить очень сложную систему, а людей и денег гораздо меньше, чем
хотелось бы, так работать нельзя в принципе.
И было введено понятие «чёрный ящик». Оно обозначает любой объект, о внутренней
структуре которого ничего не известно, но чьи внешние функции и проявления точно и
подробно описаны. Например, никто, кроме разработчиков и производителей, не знает
досконально, как именно устроены микросхемы памяти, жёсткие диски и т. и. Однако для того
чтобы использовать эти «чёрные ящики», такого знания, к счастью, и не требуется.
Идея «чёрного ящика» оказалась чрезвычайно плодотворной. С ней связаны понятия «модуль»,
«модульное проектирование», «интерфейс».
Представьте, что вы изобрели и научились производить микропроцессоры (жёсткие диски,
микросхемы памяти — любой из известных компьютерных модулей), которые гораздо лучше
ныне действующих. Если ваш процессор (модуль) пригоден, например, для нынешних
персональных компьютеров (старый вынимаем, новый вставляем, и единственная трудность —
чтобы электростатический разряд с руки не соскочил и не испортил процессор), то считайте —
вы победили. Если же ваша новинка никаким существующим интерфейсам не соответствует,
приготовьтесь к дополнительным усилиям и затратам.
*Файл — единица хранения информации в долговременной памяти, как правило, имеющая
собственное имя, размер и другие характеристики.
**Модуль — часть сложного устройства или программы, рассматриваемая как «чёрный ящик».
* «Интерфейс — точка состыковки двух различных элементов какой-нибудь системы,
обеспечивающая их взаимодействие.
299
Принцип модульного проектирования предполагает, что два модуля, разработанные,
возможно, разными производителями, ничего не знающими друг о друге, будут успешно
работать вместе.
Плата расширения подключена к материнской плате через стандартный разъём.
Вокруг вашего процессора (модуля) придется, прежде всего, построить компьютер (ведь сам по
себе ваш модуль никому не нужен), а затем уговорить людей его покупать. Но начните с
увольнения вашего главного конструктора: так уже давно никто не работает. Ведь первый
принцип модульного проектирования в том и заключается, чтобы в проекте, разбитом на
независимые блоки-модули, всё было видно заранее, до его реализации: вот модули, которые
мы сделаем сами, эти — купим у того производителя, а другие — у этого.
Следование таким правилам даёт потребителям возможность обновлять свои вычислительные
системы по частям, а не целиком. Разработчикам же позволяет сосредоточиться на том, что у
них лучше всего получается. Они знают, каким должен быть их продукт «снаружи», в какой
среде и как он будет работать, чего можно ожидать от комплектующих, которые придётся
использовать в производстве. Как сделать этот продукт дешевле, надёжнее и быстрее, чем
получается у признанных в данной области авторитетов.
Во всяком компьютере реализуется множество интерфейсов. Во-первых, это интерфейсы
пользователя, различающиеся не только от компьютера к компьютеру, но и от программы к
программе. Во-вторых, программные интерфейсы — правила взаимодействия программ и их
частей друг с другом. В-третьих, аппаратные и программно-аппаратные интерфейсы.
Пользовательский интерфейс программы определяет, как вы будете ею управлять и передавать
ей данные для обработки, в какой форме получите результаты её работы. Иначе говоря,
пользовательский интерфейс представляет собой аналог панелей управления материальных
приборов и устройств. Простейший его вид — интерфейс командной строки, или символьный
интерфейс. Пользуясь им, необходимо помнить все «ручки управления» программы, с которой
в данный момент приходится работать, и команды, эти «ручки» обозначающие. Захотели
какую-нибудь «ручку» повернуть — вводите через клавиатуру её название (т. е.
соответствующую команду) и ещё несколько параметров, разъясняющих компьютеру, как
именно вы данную «ручку» желаете повернуть. Совсем другое дело — графический
интерфейс. Хорошо продуманный, или, как говорят, дружественный, графический интерфейс
позволяет сосредоточиться на сути задачи, которую решают с помощью компьютера: не пишут
и не читают названия своих действий, а именно выполняют их и видят, как выполняют. Если
нужно повернуть какую-нибудь «ручку» на 60° по часовой стрелке, то именно так её и
поворачивают (обычно с помощью мыши), наблюдая на экране монитора, как она
поворачивается. В принципе можно даже не помнить, как эта «ручка» в точности называется,
необходимо лишь знать, как ею пользоваться.
ЧТО ВНУТРИ РЕАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА.
ПРОГРАММЫ
Нужные нам программы (игры, электронные энциклопедии, текстовые редакторы и другие
прикладные программы), ради которых, собственно, и
300
приобретают компьютер, нельзя просто так «положить» в него. Сначала на компьютере
устанавливают ту или иную операционную систему (ОС) — набор специальных программ,
которые должны, в частности, позволить правильно работать одной и той же прикладной
программе на компьютерах с различными клавиатурами, мониторами, быстродействием,
размерами памяти и т. д. Иначе говоря, ОС обеспечивает интерфейс между прикладными
программами и оборудованием, «железом». Кроме того, ОС управляет процессом совместного
выполнения программ, не давая им мешать друг другу.
Операционные системы современных компьютеров многослойны, как пирог, и имеют
модульное строение. Каждый модуль отвечает за определённый круг задач внутри слоя, к
которому относится. Ядро ОС непосредственно взаимодействует с аппаратной частью
компьютера, обеспечивает получение и передачу данных из ОЗУ на диски, монитор,
клавиатуру, звуковую карту и т. и. Доступ к ядру имеют обычно только служебные программы.
Только через них обращается к ядру большинство программ пользовательской части ОС и
прикладных программ. Лишь некоторые программы ОС (в основном из пользовательской её
части) доступны непосредственно тому, кто сидит за клавиатурой компьютера (как, например,
Проводник в MS Windows)
ПРОГРАММЫ. ИХ ПИШУТ
или выполняют?
Словосочетание «программа для ЭВМ» имеет, как минимум, два смысла:
1) план некой деятельности, неких работ компьютера, записанный на каком-либо языке
программирования;
2) двоичный код в памяти компьютера, анализируя который компьютер и будет выполнять эти
работы. Программа в первом смысле слова превращается в программу во втором смысле слова
с помощью компилятора. Компилятор — опять-таки программа, предназначенная для перевода
программы, написанной на понятном для людей языке, в программу, понятную компьютеру.
Путь от замысла и схемы программы (называемой алгоритмом) к её точному описанию —
текстам программы и, наконец, к правильно работающей программе — исполняемому модулю
— называется программированием.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
Если группу компьютеров и их периферийных устройств соединить линиями связи —
например, телефонными проводами или кабелями, то образуется компьютерная сеть. Включив
в неё свой компьютер, можно получить информацию, хранящуюся в любом другом компьютере
той же сети. Или передать информацию из своего компьютера в другой без пересылки дискеты.
Удобно? Очень! Поэтому за последние 30 лет XX в. в мире создано необозримое множество
разнообразных компьютерных сетей, отличающихся друг от друга способом связи,
количеством и расположением включённых в них устройств. Всё это сложное техническое
хозяйство сегодня стремительно развивается.
Различают локальные и глобальные компьютерные (или вычислительные) сет. Локальная
вычислительная сеть (ЛВС) состоит из небольшого числа компьютеров, принтеров и других
устройств, расположенных на сравнительно ограниченной территории (обычно на одном
предприятии). Основным назначением ЛВС является совместное использование дорогостоящих
периферийных устройств — скоростных лазерных принтеров, дисков, содержащих большой
объём
301
информации, и т. д. Кроме того, ЛВС позволяет централизованно установить и настроить
общее для всех компьютеров сети программное обеспечение. ЛВС стали для многих воротами в
Интернет.
Компьютерные сети могут использоваться и для решения более сложных задач. Например, для
распределённых вычислений, когда трудоёмкая задача разбивается на части и решается
параллельно и согласованно сразу на нескольких компьютерах сети, действующих как один
мощный компьютер.
Компьютеры ЛВС связаны кабелями (их наиболее распространённые типы — витая пара,
волоконно-оптические и коаксиальные кабели).
Кабели соединяются с компьютером через сетевые адаптеры (от лат. adaptacio —
«приспособление»).
Отдельные ЛВС объединяют друг с другом, создавая глобальные сети. Однотипные ЛВС,
действующие по одинаковым правилам (протоколам) взаимодействия между компьютерами,
соединяют с помощью специальных устройств — мостов, а разнотипные — посредством
межсетевых шлюзов. Всемирно известный Интернет, кстати сказать, является именно такой
сетью сетей. Мосты и шлюзы — это обычные компьютеры, но снабжённые специальным
программным обеспечением и дополнительным оборудованием.
Компьютерные сети могут включать в себя как постоянные каналы связи (кабельные линии или
радиоканалы), так и временные (например, телефонные). Для приёма и передачи данных
компьютером по телефонным линиям требуется особое техническое устройство — модем
(модулятор/ демодулятор).
В компьютерных и телефонных сетях используются принципиально разные методы передачи
информации. В телефонной связи применяется метод коммутации каналов. Это означает, что
между вызывающей и вызываемой сторонами образуется линия связи путём соединения
идущих к ним проводов на коммутаторах телефонных станций. Эта линия связи сохраняется
столько времени, сколько потребуется. Метод коммутации каналов сравнительно прост, но для
компьютерной сети неэффективен:
*В середине коаксиального (от лат. со — «совместно» и axis — «ось») кабеля находится
изолированный провод; его окружает цельный или плетёный провод.
**Протокол взаимодействия — набор правил (стандартов), определяющих и реализующих
соединение «чёрных ящиков» (отдельных модулей компьютера, компьютеров, человека и
компьютера и т. д.) и обмен информацией между ними.
302
линия полностью занята на неопределённо долгий срок, причём независимо от того,
передаются по ней какие-нибудь данные или нет. Компьютеры же часто обмениваются
сравнительно небольшими объёмами информации, и подготовка соединения может занять
больше времени, чем передача и приём самого сообщения.
В компьютерных сетях используется метод коммутации пакетов. Отправляемое компьютером
сообщение разбивается на маленькие фрагменты — пакеты. Они снабжаются специальными
кодами, указывающими, куда и от кого идёт пакет, какой частью какого сообщения он
является. Затем пакет отправляется в независимое от других пакетов путешествие по сети,
выбирая наименее загруженные её участки. Принимающий компьютер реконструирует
исходное сообщение из набора прибывших к нему пакетов. Пакетно-коммутационные сети
работают быстро и эффективно, но требуют достаточно мощных компьютеров и
соответствующего программного обеспечения для управления процессом приёма-передачи
данных.
Поскольку локальные и глобальные сети объединяют самые разные типы компьютеров и
других устройств, для организации взаимодействия между ними приходится использовать
особые протоколы связи. Общепризнанный стандарт межкомпьютерной связи — комплект
аппаратных и программных протоколов, известный как эталонная модель ISO /О SI, т. е. модель,
утверждённая Международной организацией стандартизации (ISO) для описания
взаимодействия открытых систем (OSI).
Эталонная модель ISO/OSI — это идеализированная многоуровневая схема интерфейсов и
протоколов сетевого взаимодействия компьютерных систем. Каждый уровень модели
обозначает программные и
Прикладной уровень Прикладной протокол Прикладной I уровень
Уровень Протокол Уровень
представления данных \ представления представления 1 данных
данных и
[» Сеансовый ‘ уровень Сеансовый Сеансовый 11 уровень
протокол
' Транспортный 11 уровень 1 Транспортный протокол Транспортный J1 уровень
•
11 Сетевой Сетевой Сетевой i1
уровень протокол уровень
л L _
Канальный Канальный Канальный 1
। уровень Н— уровень >|
протокол
Г Физический 1 1 уровень Физический протокол | Физический 11 уровень ‘1
a — в
Физическая среда
Схема iiалойной молили ISO/OSI (1) и е* почкжый npotoim 12)
303
Многоуровневая модель сетевого взаимодействия.
Такая модель обеспечивает разбиение и реконструкцию сообщений, не помещающихся в один
пакет. На схеме показано, как это происходит при использовании сетевого протокола TCP/IP.
Большое сообщение сначала разбивается и упаковывается в более крупные IP-пакеты, а те, в
свою очередь, разрезаются и кладутся в TCP-пакеты, которые и пересылаются. На
принимающем компьютере выполняется обратная процедура.
аппаратные средства, решающие свою часть задач обеспечения связи компьютеров через сеть.
Данные от прикладной программы (например, от программы NetMeeting, позволяющей
напрямую общаться с кем-нибудь через Интернет) компьютера, посылающего сообщение,
передаются с уровня на уровень сверху вниз вплоть до проводов физической среды. На
принимающем компьютере данные передаются с уровня на уровень снизу вверх — от проводов
до, например, программы NetMeeting вашего собеседника.
Возможно, вы удивитесь, но эталонная модель ISO/OSI описывает и то, как работает старая
добрая почта. В самом деле, написав на листе бумаги письмо, мы вкладываем его в конверт.
Надписываем конверт, наклеиваем на него марку. Опускаем конверт в почтовый ящик. Письма
из ящика попадают в сортировочный центр, там их раскладывают по контейнерам. Контейнеры
грузятся в почтовый вагон поезда или на самолёт. В месте назначения контейнеры
распаковывают, развозят корреспонденцию по почтовым отделениям. Почтальон опускает ваше
письмо в почтовый ящик адресата. А тот достаёт из ящика конверт, из конверта — листочек...
Ваш адресат, таким образом, получил в точности то сообщение, которое вы ему послали.
Для того чтобы пакетная коммутация работала эффективно, пакеты передаваемой информации
не должны быть слишком большими. И действительно, IP-пакеты, используемые в Интернете,
могут содержать не больше 1500 байт информации, а пакеты в локальных сетях — ещё меньше
(напомним, что стандартная машинописная страница текста содержит 1800 символов, т. е. 1800
байт).
СЕТЬ СЕТЕЙ
Интернет (от англ, international — «международный» и net — «сеть») — это бурно растущая и
развивающаяся всемирная сеть компьютерных сетей (или, для краткости, просто Сеть; см.
статью «Компьютерные сети»). Она объединяет десятки тысяч локальных сетей, т. е. миллионы
больших и малых компьютеров. Услугами Интернета постоянно пользуется множество людей,
и их число непрерывно растёт.
Принято считать, что история Интернета началась в 1968 г., когда в США стали создавать
экспериментальную сеть ARPAnet. Она связала друг с другом самые разнотипные компьютеры,
которые использовались тогда в военно-промышленных исследованиях и разработках. Каждый
компьютер ARPAnet при необходимости мог связаться с любым другим, как равный с равным.
В то же время сеть проектировалась так, что-
304
бы пользователи контактировали друг с другом, ничего не зная о её конфигурации, об
исчезновении или о появлении в сети других компьютеров и каналов связи. Для установления
контакта между компьютерами было достаточно их сетевого адреса. Поскольку ARPAnet
готовили к работе и в военное время, сеть сделали устойчивой к различным повреждениям.
ARPAnet — первая сеть, в которой использовались коммутация пакетов (см. статью
«Компьютерные сети») и межсетевой протокол — IP (англ. Internet Protocol). По образцу
ARPAnet начали создаваться другие сети, которые присоединялись к ней через так называемые
шлюзы. Сеть разрасталась, сохраняя общее адресное пространство. В 1973 г. она превратилась
в международную: в неё вошли компьютеры Великобритании и Норвегии. Примерно тогда же
стало популярным и её название — Internet (с прописной буквы или со строчной, набранное
кириллицей или латиницей).
В 80-х гг. XX в. Сеть развивалась под эгидой Национального научного фонда США (National
Science Foundation NSF i До 1988 г. включительно Интернет был некоммерческим: он
объединял только академические и государственные компьютерные сети. В 1989 г. в составе
Интернета появилась и первая коммерческая организация — MCI Mail.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ И СРЕДСТВО ОБЩЕНИЯ
Почему же ARPAnet из экспериментальной военно-промышленной разработки превратилась во
всемирную Сеть?
Интернет — коммуникационная (от лат. communico — «делаю общим», «связываю»,
«общаюсь») система: она обеспечивает общение и взаимодействие людей. Начав пользоваться
новым средством связи, люди (вначале только учёные и инженеры, которые разрабатывали
сети и экспериментировали с ними) вдруг обнаружили, что
• О 'УхнсюГ. ф •
Программа Internet Explorer — вход в Интернет.
раньше испытывали недостаток общения. Обширные возможности Сети, в частности быстрый
доступ к самой разнообразной и свежей информации, не только повышают
конкурентоспособность организаций и отдельных работников. Интернет приносит
удовольствие, о чём много пишут в специальных печатных изданиях и в многочисленных
текстах, хранящихся в электронной форме в Сети. Но поверить в это, не испытав самому, очень
трудно.
Радость «быть в Сети» приносил не только Интернет. До сих пор функционируют
развивавшиеся параллельно другие всемирные сети, технически устроенные иначе, например
вузовская сеть Bitnet и сеть FIDO, использующие обычные коммутируемые (от лат. commuto
— «меняю») телефонные линии. Однако Интернет победил их, хотя и не стремился к этому.
Его открытость для любых типов компьютеров и компьютерных сетей облегчала
подсоединение к Сети, и она росла быстрее других. И чем больше становилась, тем большими
информационными богатствами обладала, тем сильнее люди стремились войти именно в
Интернет, а не в какую-либо иную сеть. Важную роль сыграли, конечно, надёжность и
эффективность заложенных в Интернете сетевых технологий.
305
Большинство рядовых пользователей попадают в Интернет с помощью этого
замысловатого приспособления, называемого «модем».
*Gopher (англ.) — система меню, позволяющая «путешествовать» в Интернете.
** FTP (англ. File Transfer Protocol) протокол, определяющий правила передачи файлов
между компьютерами. Так же — FTP — называется и программа для передачи файлов.
WWW — «ВСЕМИРНАЯ ПАУТИНА»
С начала 90-х гг. в Интернете работает так называемая всемирная паутина (англ. World Wide
Web, или WWW, или W3). Благодаря этой системе доступ к информационным богатствам Сети
получили и люди, далёкие от науки, неспециалисты. Интернет стал привлекателен для бизнеса.
В результате и без того стремительное развитие Сети ещё ускорилось. Слово «Интернет»
замелькало не только в научных публикациях, но и на страницах газет, журналов, в радио- и
телерепортажах.
А началось всё с того, что в 1989 г. Тим Бернерс-Ли, сотрудник Европейской лаборатории
ядерной физики (Женева), занимавшийся разработкой новых способов хранения больших
объёмов информации и обменом ею между учёными разных стран, предложил использовать
для доступа к ресурсам компьютерных сетей средства гипертекста (от греч. «хипе'р» — «над»,
«сверх» и «текст»).
Гипертекст — система, позволяющая быстро найти любую информацию в Интернете.
Выделенное в тексте особым образом (цветом, например) слово оказывается связкой с другим
источником информации. Чтобы перейти к нему, достаточно щёлкнуть кнопкой мыши на
выделенном слове или фрагменте текста.
Гипермедиа — следующая ступень развития идеи гипертекста. Гипермедиа-документ включает
в себя не только текст, но и аудио- и видеоизображения. Например, щёлкнув мышью на
выделенной точке географической карты, можно увидеть фотографии, видеофильм или текст,
рассказывающие об этой местности и её достопримечательностях.
Гипермедиа-документ чаще называют Web-страницей. Для её создания используется
специальный язык программирования — HTML (англ. Hyper-Text Mark-up Language — «язык
разметки гипертекста»). Выделенные фрагменты Web-страниц именуют гиперссылками. Любая
информация в WWW имеет уникальный адрес, по которому её можно найти, — URL (англ.
Uniform Resource Locator — «унифицированный указатель ресурса»), содержащийся в каждой
гиперссылке.
В 1992 г. появились первые браузеры (от англ, browser — «обозреватель») — программы,
облегчающие работу с гипертекстовой информацией. Именно браузеры сделали Интернет
общедоступным источником знаний. Чтобы получить через Сеть информацию, до появления
браузеров нужно было использовать множество различных сложных программ. Для управления
каждой из них приходилось помнить и безошибочно вводить с клавиатуры специальные
наборы команд. Разных программ требовали передача сообщений электронной почты, работа с
документами и информацией, поиск в базах данных Gopher, получение файлов с FTP-узлов и т.
Д-
Браузеры превратились в единую оболочку для всех программ такого типа, а доступ к
информации и её обработка пользователем стали единообразными. Кроме того, поскольку
306
браузеры работают в графическом режиме, практически исчезла необходимость вводить
команды с клавиатуры — достаточно щелчка мыши на нужном слове.
Развитие системы WWW происходило чрезвычайно быстро. Так, в июне 1993 г. в систему Web
входило лишь 130 узлов (компьютеров, использующих для предоставления своей информации
систему WWW). Но через год, в июне 1994 г., их стало 2738, в июне 1995 г. — 23,5 тыс., а в
июне 1996 г. — уже 230 тыс.! Сегодня многие не только не мыслят Интернет без Web, но и
путают их, полагая, что World Wide Web и есть Интернет.
Стандарты для «всемирной паутины» и соответствующих программных средств создаются
всем Интернет-сообществом под руководством международной организации — консорциума
World Wide Web, или, коротко, W3C
ЧТО ЖДЁТ ИНТЕРНЕТ В БУДУЩЕМ
Принято считать, что предел, к которому стремится Интернет, — это так называемая
информационная магистраль (англ. Information Highway). Уже в 10—20-х гг. XXI столетия она
свяжет линиями компьютерной связи каждого человека в мире со всеми остальными людьми и
организациями.
Не выходя из дому, можно будет поговорить, увидеться, вместе поработать над одной задачей с
коллегой, находящимся за тысячи километров; посмотреть в любое удобное время нужный
видеофильм; заказать и оплатить покупки; послать письмо; зарегистрировать автомобиль и т. д.
Иначе говоря, «информационная магистраль», вобрав в себя и развив уже существующие
средства связи, сократит пространство и время, разделяющие людей, и расширит доступный
каждому человеку мир до пределов земного шара. Причём любой человек сможет пользоваться
«информационной магистралью», как сегодня телефоном или телевидением.
Каким бы фантастичным это ни казалось, но уже теперь, в конце XX столетия, Интернет (а ему
суждено раствориться в будущей глобальной системе) в той или иной форме располагает всем
перечисленным. Проводятся видеоконференции, теле- и радиопередачи, есть свои почта и факс,
действуют электронные магазины... Однако пребывание в Сети не всегда доступно по цене,
получение нужной информации порой требует больших затрат времени. Словом, Интернет
должен развиваться и совершенствоваться, чтобы им действительно могли пользоваться все
желающие. К тому же сейчас информационные богатства Сети открыты в основном тем, кто
знает английский — язык межнационального общения в Интернете.
307
ДВИЖЕНИЕ — ЭТО ЖИЗНЬ
АВТОМОБИЛЬ
Три вещи делают нацию великой и благоденствующей: плодоносная почва, деятельная
промышленность и лёгкость передвижения людей и товаров.
Фрэнсис Бэкон
Автомобиль (от греч. «ауто'с» — «сам» и лат. mobilis — «подвижный») — это безрельсовая
колёсная машина для перевозки людей, грузов и оборудования, снабжённая механическим
двигателем. Именно «механическим», потому что лошади, ездовые собаки, ослики —
мускульные двигатели. И неудивительно, что первые автомобили назывались просто
безлошадными экипажами.
Человек, привыкнув за многие века к конному транспорту, перенёс свою привязанность на
автомобиль и порой относится к нему как к живому существу. Сегодня есть немало
совершенных и очень нужных людям машин, например ткацкий станок или печатная
ротационная машина. Но они не могут занять в жизни человека такого места, которое отдано
автомобилю. Почему? Из-за «лёгкости передвижения людей и товаров» и широчайшего
распространения на всех континентах автомобиль стал бытовой машиной. Обратимся к
статистике. В 1997 г. по дорогам нашей планеты ездило 498,2 млн. легковых автомобилей.
Грузовиков же разных видов и автобусов — несколько меньше. А в общей сложности
получается около 700 млн. всевозможных автомобилей!
Автомобили делают многие страны, а некоторые собирают их из импортных частей. Больше
всего легковых автомобилей выпускает Япония (по данным на 1997 г. — 8,5 млн. в год). За ней
идут США, Германия, Франция, Испания, Южная Корея, Канада, Бразилия, Италия,
Великобритания и — на 11-м месте — Россия (985 тыс. в год). С автомобильной
промышленностью тесно сотрудничают другие отрасли индустрии: шинная, химическая,
металлургическая,
308
станкостроительная, электронная. На одного работающего в автомобильной промышленности
приходится пять — семь человек, которые трудятся над изготовлением деталей и материалов для
автомобилей. Поэтому очень часто именно по уровню развития автомобилестроения в той или
иной стране экономисты судят, насколько сильна в ней индустрия вообще.
Многие десятилетия каждая страна имела свои заводы, где производили автомобили
определённых марок: «Рено» во Франции, «Фиат» в Италии, «Мерседес-Бенц» в Германии,
«Ниссан» в Японии, «Форд» в США. Но сегодня машины «Форд» выпускаются в Канаде, Англии,
Бельгии, Австралии, и все — разных конструкций. Или, например, модель «Микра». Она
изготовляется только английским филиалом фирмы «Ниссан», который и экспортирует её, в
частности в Японию. Таким образом, с национальной замкнутостью автомобильной
промышленности покончено. Наступила эра международного сотрудничества.
ЛЕГКОВЫЕ АВТОМОБИЛИ
Легковые автомобили подразделяются на несколько категорий: общего назначения четырёх
классов — сверхмалый (микролитражные, или сверхмалые, автомобили), малый, средний и
высший (к нему относятся представительские машины); спортивные; внедорожные (известные
как джипы); мини-вэны (от англ, van — «фургон»; это своеобразный гибрид микроавтобуса,
фургона и машины с кузовом типа «универсал»).
Автомобили общего назначения — самая массовая категория. Они универсальны, т. е.
пригодны для перевозки пассажиров и багажа по дорогам с твёрдым покрытием. Машины
Семиместный мини-вэн « Крайслер- Вояджер ». США.
Двигатель — впереди; ведущие колёса — передние; задние боковые двери не распахиваются, а
сдвигаются.
«ЧТО В ИМЕНИ ТЕБЕ МОЁМ...»
Когда говорят о той или иной машине, её название складывают в большинстве случаев из трёх
элементов. Первый — марка, т. е. торговое наименование всех машин, выпускаемых данной
фирмой: «Форд» (США), «Пежо» (Франция), «Москвич» (Россия) и т. д. Второй — модель. Её
обозначение относится к целому семейству одинаковых конструкций, которое данная фирма
изготовляет под своей маркой в определённый отрезок времени. Например: «Форд-Таурус»,
«Пежо-406», «Москвич-2141». И, наконец, третий элемент — модификация, одна из
разновидностей модели, которые различаются мощностью двигателя и дополнительным
оборудованием. Например: «Форд-Таурус-3,0БХ» и «Форд-Таурус-3,8\/6-ОЕ-», «Пежо-
406XN3» и «Пежо-406ХБ, «Москвич-2141» и «Москвич-214145».
Бывает, что одна и та же модель имеет разные названия. Когда в 60-х гг. XX в. начался экспорт
«Москвичей» модели 408 во Францию, фирма «Пежо» выразила протест. Дело в том, что ещё с
начала 30-х гг. она юридически закрепила за собой право обозначать свои модели тремя
цифрами с нулём посередине. И «Москвич-408» продавали тогда во Франции как «Москвич-
Элит».
Возможна и полная смена названия. Немецкие заводы «Опель» принадлежат американской
корпорации «Дженерал моторе», выпускающей машины марок «Бьюик», «Кадиллак»,
«Олдсмобил», «Понтиак», «Сатурн» и «Шевроле». Модель «Опель-Омега», которая продаётся
в США через сеть магазинов «Кадиллак», называется... «Кадиллак-Катера».
Случается, что одна автомобильная фирма продаёт лицензию (право на выпуск своей модели)
другой фирме. И тут смена наименования неизбежна. Например, южнокорейская машина
«КИА-Авелла» — копия японской «Мазда-121», но, тем не менее, называется иначе.
309
14 Сверхмалый двухместным автомобиль
«Смарт». Швейцарии
Предназначен для города. Двигатель
сзади: ведущие колеса — задние.
2. Пятиместная машина среднего класса
«Аудн-АЪ» с четырёх дверным кузовом
«седан». Германия.
Двигатель — впереди; ведущие колёса
передние* или <в варианте «кватро»!
передние и задние.
3. Четырёхместный малолитражным
ашомоШль «Рсно-Таинп»
с трёхдверным кузовом «хэтчбек».
Франция.
Двигатель — впереди; ведущие мхлёс а —
передние.
4. Модель высшего класса • Кадиллак-
Сеянлл-STS» с пятиместным кузовом
«седан». США.
Двигатель помещён поперёк моторного
отсека; ведущие колёса — передние.
5. Представительский бронированным
• Мерс елее-Ьени-56001» с семи местным
кузовом «пульман-лимузин». Герлыння.
Ведущие колёса — задние.
310
рассчитаны на четыре-пять человек, и их нередко называют семейными.
Такие автомобили могут иметь кузова разных типов: закрытый (седан, хэтчбек, лимузин),
открытый (кабриолет, фаэтон, ландоле), грузопассажирский (называемый нередко
универсалом). Но все они предназначены для езды по городским улицам или автомагистралям.
Довольно распространены сейчас спортивные модели. Они используются не только в
спортивных соревнованиях, но и для повседневных нужд.
Современная спортивная машина может быть двухместной и даже четырёх-пятиместной,
открытой или закрытой, но обязательно комфортабельной. По максимальной скорости, времени
разгона с места до определённой скорости, тормозным качествам, точности исполнения команд
водителя (т. е. по управляемости) она должна непременно превосходить легковые автомобили,
близкие к ней по рабочему объёму двигателя. Иногда специализированные автомобильные
фирмы переделывают обычные машины в спортивные.
Особняком стоят гоночные автомобили. Они предназначаются исключительно для участия в
соревнованиях.
Внедорожные автомобили могут передвигаться не только по дорогам с твёрдым покрытием, но
и по грунтовым и лесным дорогам, по снегу и грязи. Поэтому в их конструкции предусмотрен
привод на все колёса, иногда лебёдка для самовытаскивания. Кузов и рама обычно весьма
прочные, а дорожный просвет должен быть равен 0,18—0,25 м, чтобы автомобиль мог
беспрепятственно преодолевать неровности почвы.
И, наконец, нельзя не сказать об автомобилях, которые сравнительно недавно появились на
дорогах, — о мини-вэнах. Эти машины легко трансформируются из легкового автомобиля
общего назначения в микроавтобус или небольшой фургон. Достигается такое превращение
благодаря возможности сложить (убрать в пол) один или два ряда сидений или развернуть их
на 180°. К тому же у мини-вэна потолок кузова довольно высокий, и в салоне удаётся встать
почти в полный рост или максимально загрузить машину — «под потолок». Таким образом,
область применения мини-вэнов может быть непривычно широкой.
Что касается армейских легковых автомобилей, то нередко они представляют собой джипы,
оснащённые специальным оборудованием.
Немало предприятий, правда, небольших, делают репликары, т.е. копии (реплики) старинных
машин. Но это копии лишь по внешнему виду. Двигатель и другие узлы, как правило,
заимствуются у современных машин.
Есть ещё одна разновидность легковых автомобилей — хот-роды (от англ, hot rod — «горячая
палка»). Они представляют собой существенно переделанные старинные машины со
сверхмощными моторами, множеством хромированных деталей и причудливым оформлением.
Серийно их не выпускают, обычно это самоделки.
ГРУЗОВЫЕ АВТОМОБИЛИ
Грузовые автомобили также имеют свои разновидности. Самые малые служат для доставки
небольших партий грузов (300—1000 кг). Это развозные, или доставочные, автомобили.
Спортивный BMW-Z3. Германия.
Двухместный открытый кузов «родстер»; ведущие колёса — задние.
*Под спортивным автомобилем в середине XX в. подразумевали малокомфортабельную
двухместную модель с повышенными скоростными данными.
**Мощность двигателя автомобиля традиционно измеряют в лошадиных силах. Лошадиная
сила (обозначение в России — л. с, в Англии и США — HP, в Германии — PS, во Франции —
CV) равна 75 кгс’м/с, или 0,736 кВт. В последнее время мощность всё чаще определяют в
киловаттах.
***Дорожный просвет — расстояние от поверхности дороги до нижней части машины.
311
ГОНОЧНЫЕ АВТОМОБИЛИ
Эти машины предназначены только для участия в соревнованиях и совсем непригодны для
повседневной езды. С технической точки зрения в них воплощено всё лучшее, чего удалось
достигнуть в увеличении мощности и скорости, уменьшении массы, улучшении устойчивости и
управляемости автомобилей. Со временем новые инженерные решения, проверенные в гонках,
используются при выпуске серийных моделей. Поэтому автомобильные заводы заинтересованы
в создании гоночных машин.
Конструкция гоночного автомобиля зависит от того, для каких соревнований он предназначен.
Наиболее распространены кольцевые гонки, картинг, ралли (по этим трём видам гонок
разыгрывается первенство мира), а также ралли-рейды,
кроссы, гонки драгстеров, заезды на установление рекордов скорости. Кольцевые гонки
устраивают на замкнутой трассе с многочисленными поворотами. Участники проходят обычно
по нескольку десятков кругов (длина круга 3—6 км). В этих соревнованиях спортсмены
выступают на одноместных гоночных автомобилях разных классов. Для каждого класса
предусмотрены технические требования, которые ограничивают размеры
Типичный автомобиль
для кольцевым гонок
«Формула-1».
Специальная аэродинамическая
форма корпуса гоночного
автомобиля при вьк сжил
скоростях (Хмч'тчиые!
минимальное сопротивление
воздуха и максимальное
использование мошж»сти
двигателя. Низкий широкий
корпус отливают из лёгкого,
но очень прочного углеродного
волокна. Скошенный передний
край и задние tjOrvxaiели кузова
заставляют воздушный поток,
который образуется при
больших скоростях, давить
на автомобиль, что не дает ему
оторваться от земли.
312
и массу машины, рабочий объём двигателя и т. д. Перечень подобных требований называется
гоночной формулой. Существуют формулы 1 и 3, «Форд», «Опель», «Рено», «Инди» и др. На
гоночных автомобилях, соответствующих требованиям «Формулы-1 », ежегодно (начиная с
1950 г.) проводится чемпионат мира.
Картинг [англ, carting) представляет собой кольцевые гонки на картах — простейших
гоночных автомобилях без кузова с двигателем мотоциклетного типа. Существует несколько
классов картов в зависимости от рабочего объёма их мотора. Ежегодно начиная с 1964 г.
проходит первенство мира по картингу. Многие из гонщиков, успешно выступивших в этих
соревнованиях, впоследствии участвуют в гонках на машинах «Формулы-1».
Ралли (от англ, rally — «слёт», «сбор») — соревнования на дорогах. Длятся они от одного до
трёх дней. В гонках участвуют серийные легковые автомобили, но значительно доработанные.
Установлены международные правила, ограничивающие степень переделки. Мировое
первенство по ралли разыгрывается с 1968 г.
Многодневные ралли на длинные дистанции по бездорожью называ-
Картинг — соревнование
на простейших гоночных автомобилях с мотором мотоциклетного типа.
ются ралли-рейдами [англ. raid). Для них раньше создавались специальные гоночные
автомобили со всеми ведущими колёсами, но в последнее время предпочтение стали отдавать
легковым и грузовым внедорожным машинам серийного производства. Участники кроссов (от
англ, cross — «пересекать») — кольцевых
гонок по пересечённой местности — выступают на очень прочных одноместных гоночных
автомобилях — багги.
Гонки со стартом с места на специальных автомобилях, драгстерах, проходят на сверхкоротких
дистанциях (400 м). Отличительные внешние черты этих машин — очень большие задние
колёса и тормозной парашют.
Для заездов на установление рекордов скорости требуются гоночные автомобили с хорошо
обтекаемыми кузовами и сверхмощными моторами. Рекорды регистрируются на различных
дистанциях (1, 100, 1000 км и т. д.) в разных классах (в зависимости от рабочего объёма
двигателя). Высшее достижение в этом виде соревнований — абсолютный мировой рекорд
скорости.
Соревнования на гоночных автомобилях очень популярны, особенно чемпионат мира на
машинах «Формулы-1». Эти гонки (в календаре чемпионата их ежегодно бывает 16) регулярно
транслируются по телевидению во многих странах мира.
Багги.
313
1. Грукжик МЛН срглнгй груннюАм^ижхги, Iериания
5. Сельскохозяйственный самосвал ЗИЛ-ММЗ-554М.
Россия.
Грутовая платформа с надставленными бортами может
опрокидываться на три стороны.
4. Рефрижераторный фургон на бате ли тельного
грузовика «Рено-М2(Ю.12*. Франция.
Машина предназначена для перевозки продуктов питания
2. Манёвренный фургон MAH-SIW2000 лая крупных
городов. Германия.
Всдушме колёса - передние. благодаря чему удалгхъ
заметно понизить пол в трутовом отсеке (нет карданн
вала); нее четыре колеса — управляемые*.
3. Седельный тягач «Мере елее-Беии-SK 1853»
С трёхосным прицепом-фургоном. Германия.
314
Небольшие развозные автомобили с металлическим кузовом-платформой впервые начали
применять в США. Они получили название «пикап» (англ, pick up — «подбирать»,
«поднимать»).
Есть грузовики, рассчитанные на транспортировку 1,5—2,5 т груза. На таких машинах можно
встретить самые разные кузова, приспособленные для перевозки грузов со специфическими
свойствами. Это самосвалы для сыпучих грузов, цистерны для жидких, специальные фургоны
для мебели, хлеба, продуктов. Последние бывают изотермическими, т. е. сохраняющими на
время доставки температуру перевозимых продуктов неизменной, и рефрижераторными, в
которых специальный холодильник поддерживает пониженную температуру для сохранности
фруктов, овощей, мяса, рыбы и т. д.
Тяжёлые быстроходные грузовики для дальних перевозок грузов (14— 33 т) по
автомагистралям так и называют — магистральные автомобили. Как правило, это седельные
тягачи. У них нет кузова. Вместо него — седельно-сцепное устройство. Оно шарнирно
соединяет тягач с двух- или трёхосным полуприцепом. Чаще всего такой полуприцеп имеет
кузов-фургон, хотя нередко встречаются грузовые платформы с тентом.
Автомобильные поезда, состоящие из седельного тягача с большегрузным полуприцепом, —
самые тяжёлые автомобили, допускаемые к эксплуатации на магистралях. Их полный вес — с
грузом, водителем и запасом топлива — достигает 44 т. На более тяжёлые автомобили дороги
не рассчитаны. Вес же любого автомобиля (в том числе и грузового) без груза, но с запасом
топлива, масла, воды, а также с набором инструментов и запасным колесом называется
снаряжённым весом. По его величине можно судить, насколько совершенна машина. Чем она
легче, тем больше инженерного мастерства проявили её создатели. Однако чем автомобиль
тяжелее, тем он прочнее и долговечнее. Что же предпочесть? На этот вопрос нет прямого
ответа. Инженеру, как и
дипломату, всегда приходится искать компромисс.
Довольно разнообразны грузовые автомобили с саморазгружающимися кузовами —
самосвалы. У них гидравлический механизм поднимает грузовую платформу с наклоном назад
или вбок. Самосвалы бывают сельскохозяйственными, строительными и карьерными.
У сельскохозяйственных самосвалов кузова, как правило, с высокими решётчатыми бортами,
поскольку на них приходится возить сельскохозяйственную продукцию, сено, удобрения.
Грузоподъёмность таких самосвалов колеблется от 2 до 6 т.
Строительные самосвалы (их грузоподъёмность чаще всего достигает 10— 12 т) служат для
перевозки грунта, песка, скальной породы и представляют собой автомобили повышенной
прочности,
Карьерные самосвалы грузоподъёмностью 25—180 т применяются только при добыче
полезных ископаемых открытым способом, в карьерах; на магистралях их не встретить.
Карьерный самосвал БелАЗ-540А. Белоруссия.
Автомобиль снабжён пневматической подвеской колёс.
*Слово «изотермический» произошло от греч. «и'сос» — «равный», «одинаковый» и «те'рме»
— <теплота», «жар»: «рефрижератор» — от лат. refrigerare — «охлаждать».
315
СПЕЦИАЛЬНЫЕ АВТОМОБИЛИ
Такие автомобили несут на себе подъёмные краны, бетономешалки, буровые установки,
противопожарное и другое оборудование специального назначения. К специальным можно
отнести и боевые автомобили: бронетранспортёры, разведывательно-дозорные машины,
ракетовозы и т. и. Это многоосные машины со всеми ведущими колёсами, нередко с
бронированным корпусом, оснащённые вооружением. К ним примыкают армейские
транспортные грузовики и командирские легковые автомобили повышенной проходимости. У
них также все колёса ведущие, нередко есть устройство для изменения на ходу давления
воздуха в шинах.
Бетономешалки «Штеттер» на базе четырёхосных (колёсная формула 8*4) грузовиков
«Мерседес-БенU-SK3234». Германия.
Подметально-поливочная машина на базе грузовика «Мерседес-Бенц-Унимог-1650».
Германия.
Для лучшего обзора обочин дорог, которые приходится чистить, место водителя размешено
не слева, а справа.
Ракетовоз на базе машины высокой проходимости БАЗ-135. Россия.
Все колёса — ведущие, первая и четвёртая пары — управляемые.
Полвид ной
подъёмный кран.
Может двигаться по дороге,
как обычный q>yionoft
автомобиль. Выллижтыя
телескопическая стрела позволяет
поднимать грузы на значительную
высоту. Выдвижные опоры
обеспечивают устойчивость
при поднятии тяжёлых грузов.
Армейский грл зовик КдмАЛ-бЗЯО. Россия.
Имеет восемь ведущих колес
(колёсная формула в к в).
поверхности земли.
Командирским автомобиль
«Хаммер». США.
Обладает №г<ш>й
проходимостью. Оснашён
дизелем, авгоматтесеской
коробкой переда* <
и приводом на все колёса.
Экскаватор.
Предназначай главным
обратим для темляных
работ: копания, поднятия
и разгребания грунта.
С персам маянии может
быть установлен
бульдозерный шггт
для выравнивания
АВТОБУСЫ
Среди автобусов наиболее распространены микроавтобусы, вмещающие 8—12 пассажиров. В
конструкции у них много общего с лёгкими фургонами — боковая входная дверь часто не
распахивается, а сдвигается. Городские автобусы перевозят пассажиров, которые в
большинстве случаев проезжают лишь несколько остановок. А потому количество сидений
здесь рассчитано на треть или четверть едущих. В очень больших городах курсируют
сочленённые автобусы из двух шарнирно соединённых половин с резиновой «гармошкой»
между ними. У таких автобусов нередко управляемы передняя и задняя пары колёс, благодаря
чему они без тру-
Микроавтобус «Фольксваген». Германия.
Одна из самых распространённых машин этой категории. Задняя боковая дверь — сдвижная.
СТАЛЬНОЙ КОНЬ
Первые колёсные тракторы (от лат. traho — «тащу») с паровыми машинами появились в
Великобритании и во Франции в 1830 г. А в 1878 г. наш соотечественник, пароходный механик
Ф. А. Блинов (1827—1899), построил и испытал гусеничный трактор мощностью 20 л. с.
(Двигатели современных тракторов обладают мощностью до сотен лошадиных сил.)
Посередине этого «вагона особого устройства с бесконечными рельсами», как назвал его сам
Блинов, стоял паровой котёл с двумя паровыми машинами; прямо перед котлом размешались
будка для водителя и баки для воды и топлива. В 1896 г. американские инженеры Харт и Парр
спроектировали трактор с двигателем внутреннего сгорания. Уже пять лет спустя колёсные
тракторы, названные по именам создателей «Харт-Парр», приступили к работе.
В конце XX в. тракторы используют в разных областях народного хозяйства. С их помощью
пашут землю, перевозят по бездорожью грузы, буксируют тяжёлую строительную, дорожную и
сельскохозяйственную технику.
Любой трактор, независимо от типа и назначения, имеет двигатель с пусковым устройством.
Здесь химическая энергия топлива последовательно преобразуется в тепловую и
механическую, а возвратно-поступательное движение поршня — во вращательное движение
коленчатого вала. Силовая передача, или трансмиссия (от лат. transmissio — «переход»,
«передача»), пере-
даёт вращение с коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам и некоторым механизмам
рабочего оборудования. Именно этот механизм позволяет трактору плавно трогаться с места,
останавливаться, изменять силу тяги, скорость и направление движения.
VcipOHtTBO TfMklOfU.
318
да вписываются в изгибы городских улиц. Достопримечательностью Англии и некоторых
других стран являются двухэтажные городские автобусы оригинальной конструкции. Передача
от двигателя, смещённого влево, к ведущим задним колёсам (карданный вал) проходит не под
полом, а вдоль борта, под сиденьями. Это позволило заметно понизить уровень пола в салоне
первого этажа и уменьшить высоту всего автобуса.
Особое место среди автомобилей занимают междугородные автобусы — быстроходные
машины, обычно двухэтажные. Первый этаж занимают багажные отсеки, туалет, топливные
баки, отсек водителя. На втором этаже располагаются буфет, гардероб и места для пассажиров.
Автомобиль «скорой помощи» РАФ-22031. Латвия.
Такие машины в большинстве случаев выпускаются на базе микроавтобуса.
Опора трактора — ходовой аппарат, который преобразует вращательное движение ведущих
колёс или гусениц в поступательное движение машины.
Движение колёсных машин регулируют при помощи рулевого управления, гусеничных —
уменьшая скорость вращения одной гусеницы относительно другой. Тормоз позволяет
останавливать машину, менять скорость движения и удерживать её на склонах.
Трактор может работать с прицепными, навесными и полунавесными машинами и орудиями,
которыми управляют с помощью гидравлической системы, вала отбора мощности и
приводного шкива.
У каждого типа тракторов (и колёсных, и гусеничных) есть свои достоинства и недостатки.
Колёсные тракторы, благодаря пневматическим шинам, развивают достаточно высокую
скорость. Однако колёса сцепляются с почвой хуже, чем гусеницы, поэтому сила тяги у
колёсных тракторов по сравнению с гусеничными небольшая, они буксуют на рыхлой и сырой
земле. Чтобы улучшить сцепление с почвой, у некоторых тракторов, например у МТЗ-82 и Т-40
AM, все колёса делают ведущими. Машины получаются мощными, но слишком тяжёлыми:
проходя по полю, они чрезмерно уплотняют землю. Подобный
недостаток присущ и гусеничным тракторам, но в значительно меньшей степени. Они движутся
по двум широким металлическим лентам — давление на почву распределяется более
равномерно, а сила тяги и проходимость увеличиваются. Однако есть свои минусы и у
гусеничного трактора: его нельзя использовать на дорогах с жёстким покрытием, скорость
движения невелика, да и гусеницы быстро изнашиваются. Чтобы уменьшить эти недостатки,
конструкторы разработали новую модель — скоростной трактор с пневматическими
гусеницами.
Один из самых мощных российских гусеничных тракторов — Т-130 с силой тяги 6 тс. Он
может перемещать канавокопатели и другие большие землеройные машины, за один проход
вспахивать полосу шириной 3,5 м на глубину 20 см. Из колёсных тракторов наиболее сильный
— К-701 «Кировец». Его сила тяги — 5 тс. На маленьких земельных участках, в садах и
огородах применяют колёсные тракторы с силой тяги всего 0,6 тс.
Выпускают и так называемые пропашные тракторы (и колёсные, и гусеничные); они движутся
между растениями, не повреждая их. Дорожный просвет у этих тракторов больше, чем у
обычных, а ширину колеи можно ре-
гулировать, поскольку расстояние между рядами растений разных видов неодинаково.
Существует специальный трактор для обработки посевов кукурузы: он поднят на высоких
стойках над полем. Есть тракторы, приспособленные для работы на склонах, в лесу и на
заболоченных участках. Такие машины имеют широкие гусеницы.
319
Городской автобус MAH-NL202. Германия.
Двигатель размешен сзади. Пол салона максимально опущен. Для въезда инвалидов в колясках в
машине предусмотрен специальный трап.
Междугородный двухэтажный автобус «Ванхоол». Бельгия.
Двигатель расположен сзади.
СОВРЕМЕННЫЙ ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ
По назначению, характеру работы, конструкции, даже количеству наименований существует
великое множество разных легковых автомобилей. И в то же время у них есть много общего.
По компоновке — так называют взаимное расположение в автомобиле важнейших агрегатов и
узлов — различают четыре вида легковых моделей. При классической компоновке двигатель
находится впереди, а ведущие колёса — задние, как у «Волги» или «Москвича». В случае
заднемоторной компоновки двигатель объединён в блок с коробкой передач и главной
передачей и размещён в хвостовой части автомобиля. При этом ведущие колёса — задние
(« Запорожец», « Фольксваген-Жук»).
Важнейшим принципиальным решением в последние годы стал почти всеобщий переход на
легковые автомобили с передними ведущими колёсами. От двигателя к ним идёт гораздо более
короткая, а значит лёгкая, передача, чем при классической компоновке автомобиля.
Конструкция с передним приводом дешевле в изготовлении. Кроме того, она делает автомобиль
более безопасным. При задних ведущих колёсах сила тяги (толкающее усилие) на поворотах
направлена по касательной к траектории движения машины и стремится сместить заднюю
часть автомобиля наружу относительно дуги поворота. А сила тяги передних ведущих колёс
постоянно направлена по ходу машины и «тащит» её по выбранному пути.
Классическая компоновка BMW. Германия.
Двигатель — впереди; ведущие колёса — задние.
Компоновка «Рено-Лагуна». Франция.
Двигатель установлен поперёк кузова; передние колёса — ведущие.
*Главная передача — последний (перед ведущими колёсами) редуктор или шестерёнчатая
передача, которая увеличивает тяговое усилие, сообщённое ведущим колёсам.
320
В переднеприводном автомобиле силовой агрегат размещается обычно поперёк моторного
отсека, позволяя максимально использовать внутренний объём кузова. Лишь небольшое число
фирм, выпускающих главным образом представительские и спортивные модели, сохраняют
верность схеме с задними ведущими колёсами. Полноприводная компоновка предусматривает
размещение двигателя в носовой части машины. Ведущими служат все четыре колеса («Нива»,
«Субару»), Эта компоновка применяется
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КОМБАЙНЫ
Комбайн (от англ, combine — «соединение») — одна из важнейших сельскохозяйственных
машин, способная выполнять сразу несколько различных операций. Например,
зерноуборочный комбайн жнёт (срезает колосья), молотит (выбивает из колосков зёрна) и веет
(очищает зёрна струёй воздуха). То есть одна сложная машина выполняет функции трёх
простых — жатки, молотилки и веялки. Когда комбайны только появились, в них впрягали
лошадей, позже тянули тракторами, а примерно со второй половины XX в. все комбайны стали
самоходными.
Что же представляет собой современный зерноуборочный комбайн? Спереди у него находится
жатка с режущим аппаратом. Колосья в него подаёт мотовило — вращающаяся крыльчатка.
Срезанные стебли винтовой конвейер перемешает от краёв жатки к центру, и по транспортёру
они поступают в молотильный аппарат. Здесь барабан выбивает из колосков зерно, которое
поступает на решётку очистки. Поскольку в обмолоченной соломе всегда остаётся немного
зерна, её направляют в соломотряс. Выпавшие зёрнышки идут на очистку, а пустые стебли — в
соломонакопитель. Чтобы освободить зерно от половы (частей колосьев и листьев, получаемых
при обмолоте), его с помощью вентилятора обдувают на двух решётках сильным воздушным
потоком и направляют в бункер — вместилище для бестарного хранения сыпучих материалов.
В кабине размещены приборы и сигнальные лампочки, которые предупреждают комбайнера о
неполадках, о том, что бункер наполнился зерном, а накопитель — соломой. Комбайнер
может устанавливать нужную скорость работы жатки и молотилки, регулировать высоту
срезания стеблей.
К зерноуборочным комбайнам выпускаются дополнительные приспособления, позволяющие
собирать разные сельскохозяйственные культуры. Так, кукурузоуборочный комбайн срезает
высокий кукурузный стебель, отделяет от него початок и дробит стебель на мелкие кусочки
(после дополнительной обработки из этой массы готовят корм для скота — силос).
Льноуборочный комбайн сначала осторожно вытягивает нежные стебельки льна из земли,
стальными гребёнками счёсывает с них коробочки с семенами и листочки, а потом связывает
стебельки в снопы.
Существует и специальный комбайн для уборки сахарной свёклы. Стальными пальцами он
захватывает ботву, выдёргивает растение из грядки, отрезает ножом зелень и стряхивает
прилипшую землю.
Картофелеуборочный комбайн сначала подкапывает большой пласт земли и осторожно
размельчает его — чтобы не повредить клубни. Затем, перемещая и одновременно встряхивая,
просеивает землю на прутковом транспортёре, освобождает картофель и подаёт его в кузов
грузовика.
Помимо перечисленных комбайнов инженеры создали и продолжают совершенствовать
машины для уборки чайного листа, томатов, огурцов, капусты и даже винограда.
321
ДИФФЕРЕНЦИАЛ
Дифференциал (от лат. differentia — «разность», «различие») — это шестерёнчатый механизм,
связывающий два ведущих колеса. На поворотах или при наезде одной стороной на
препятствие правые и левые колёса проходят пути разной длины, т. е. совершают разное число
оборотов. Дифференциал позволяет одному колесу вращаться быстрее, другому — медленнее.
Но если первое из них буксует, то второе перестаёт вращаться, и автомобиль не в состоянии
сдвинуться с места. Чтобы устранить этот недостаток дифференциала, автомобили снабжаются
устройством для его блокировки в нужный момент.
Схема дифференциала задних колёс.
7 — ведущий вал:
2 — конечная передача:
3 — кольцевое зубчатое колесо; 7 — ось левого заднего колеса.
не только на внедорожных автомобилях повышенной проходимости, но и на обычных
(городских) моделях.
Основой автомобиля является кузов, в нём размещаются пассажиры и поклажа. Большинство
современных
Легковой автомобиль «Опель-Астра» с кузовом «кабриолет». Германия.
Тент убирается и поднимается электрогидравлическим механизмом. Последний действует
только на неподвижной машине. Таким образом исключён срыв тента встречным потоком
воздуха.
легковых автомобилей не имеет рамы, их агрегаты, включая подвеску колёс, крепятся к кузову.
В нужных местах он усилен и воспринимает все нагрузки. Потому кузов и называется несущим.
Многообразие типов автомобильных кузовов, существовавшее ещё в середине XX в., в
настоящее время свелось лишь к нескольким разновидностям. Наиболее распространены кузова
типа «седан» — закрытые, с двумя или четырьмя дверями и отдельным багажником. В конце
60-х гг. вошёл в обиход кузов типа «хэтчбек» (от англ, hatch back — «кривая спина»), В нём
три или пять дверей, багажник, общий с салоном. Сложив задние сиденья, машину легко
превратить в грузовой фургон. Отдельного багажника у хэтчбека нет, как и у универсала.
Последний чаще всего бывает пятидверным, но он заметно вместительнее, чем хэтчбек. Пятая
дверь у универсала и хэтчбека находится в задней стенке кузова. Менее распространены
автомобили с кузовами типа «кабриолет» /фр. cabriolet) — двух- и пятиместные. По желанию
водителя их матерчатый тент с дугами складывается или поднимается гидравлическим
устройством. С кузовами типа «кабриолет» нередко выпускаются спортивные модели. Среди
спортивных автомобилей встречаются также купе — двухдверная, двух- или четырёхместная
машина с покатой, для лучшей обтекаемости, задней стенкой и родстер — с открытым
кузовом. До сих пор сохраняет популярность лимузин. Он закрытый, четырёхдверный, с двумя
или даже тремя рядами сидений. Позади спинок передних сидений обязательно есть подъёмная
стеклянная перегородка. Такие кузова можно видеть на представительских моделях.
Изготовленный из тонких стальных панелей, несущий кузов легко ржавеет и теряет прочность.
И когда выходит из строя этот «скелет», легковой автомобиль как таковой уже не существует.
В последние годы несущие кузова делают из стали, покрытой с обеих сторон слоем цинка. Он
хорошо противостоит ржавлению, и кузов служит десять лет и более.
*Слова «седан» (фр. sedan) и «лимузин» (фр. limiusine) происходят от названий города Седан и
провинции Лимузен во Франции.
322
Оформление салона автомобиля «Форд». США.
На дверях и между сиденьями — подлокотники. Наклон спинок передних сидений и расстояние
от последних до панели приборов регулируются. Все сиденья снабжены ремнями безопасности
и подголовниками.
Элементы безопасности на автомобиле «Фиат-Палио-Уик-Энд». Бразилия.
Видны защитный каркас кузова, брусья в дверях, регулируемые по высоте ремни безопасности
и подголовники, а также надувные подушки (жёлтого цвета).
На кузов современного легкового автомобиля приходится почти половина его стоимости.
Органическая часть кузова — узлы и детали, благодаря которым в салоне создаётся комфорт
для водителя и пассажиров. Это удобные сиденья с механизмами для их регулировки (нередко
с «памятью»), стеклоподъёмники и замки в дверях (часто с электроприводом), сложная система
отопления и вентиляции, порой дополненная кондиционером. Даже если автомобиль не имеет
радиоприёмника, в конструкцию его кузова, как правило, заложена аудиопроводка. Иными
словами, в машине предусмотрены антенна, подключение питания приёмника, места для
динамиков. На панели приборов находятся разнообразные кнопки, тумблеры, переключатели,
рычажки для управления системами автомобиля. В кузове монтируются хитроумные
противоугонные устройства, открывающийся люк в крыше и т. п.
Конструкция кузова такова, что он не наносит травм водителю и пассажирам, а, напротив,
служит защитным каркасом. Это как бы клетка безопасности. Капот двигателя, крылья,
вспомогательные детали во время аварии деформируются, поглощая энергию удара. Клетка же
безопасности деформироваться не должна. Предусмотрено, чтобы находящиеся в машине люди
не получали травмы от ударов о детали интерьера, рулевую колонку, стойки кузова, не могли
вылететь в распахнувшиеся двери или разбитые окна. Ремни безопасности удерживают
водителя и пассажиров на своих местах, а надувные подушки безопасности предохраняют
голову, плечи, корпус от ударов. Конструкция замков в дверях не даёт им распахнуться, а
встроенные внутрь дверей брусья защищают при боковом ударе.
Неудивительно, что сегодня существуют многочисленные и достаточно жёсткие
международные требования безопасности, которым должны соответствовать все автомобили.
Проверка, насколько конструкция машины отвечает этим требованиям, называется
сертифицированием.
Кузов автомобиля изготовляется с высокой степенью точности. В противном случае двери не
войдут в предназначенные для них проёмы, передние и задние стёкла провалятся в кузов, а
колёса, даже в исходном положении, будут стоять вкривь и
Сборка кузова легкового автомобиля на заводе «Ситроен». Франция.
Производится с помощью роботов; их манипуляторы — жёлтого цвета.
323
Лазерный контроль точности сварки кузова (соответствия важнейших размеров
чертежам) на заводе «Ситроен». Франция.
вкось. Для точного изготовления кузовов сейчас применяют роботы с электронным
управлением. Собранный и сваренный кузов проверяют лазерными щупами во многих точках.
В результате все кузова из года в год сотнями тысяч делаются одинаково точно.
Двигатели, электрооборудование, тормоза, радиаторы, приборы, стёкла, сиденья, колёса, шины
и множество других узлов и деталей автомобильные заводы зачастую сами не произ-
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Некогда, на заре автомобилестроения, приоритет принадлежал паровым силовым установкам.
До начала 30-х гг. XX в. их продолжали использовать на тяжёлых грузовиках, главным образом
английских. Паровые двигатели были тяжёлыми, много времени требовалось на разжигание
топлива.
Электромобили в начале XX в. казались очень перспективными, но на протяжении столетия так
и не уда-
лось создать лёгкие и компактные аккумуляторы. Да и подзарядка батареи занимает много
часов. Однако несколько автомобильных фирм с мировым именем всё же сконструировали так
называемые гибридные силовые установки. В городе они работают как электромобили, а на
загородных магистралях включается двигатель внутреннего сгорания, который одновременно
начинает вращать генератор, подзаряжающий батарею. Машину с такой гибридной установкой
уже начала серийно выпускать японская фирма «Тойота».
Широкоизвестной разновидностью электромобиля пока остаётся троллейбус, который получает
энергию не от аккумуляторов, а через токосъёмник от контактной сети. Грузовые троллейбусы
дополнительно снабжены двигателями внутреннего сгорания (ДВС).
В начале XX в. наибольшее распространение получили ДВС, работающие на бензине. Он
распыляется карбюратором или системой впрыска топлива, смешивается с воздухом в
определённой пропорции и поступает в цилиндры двигателя. Там смесь
Модели городского автомобиля на солнечных батареях. Германия.
Выпуск таких машин начинает предприятие «Солар Норд» в Висмаре.
Окончательная сборка трёхцилиндровых двигателей на австрийском филиале фирмы
«Опель».
324
водят. Их получают от других предприятий, называемых смежниками. Конструкция
автомобильных узлов и деталей становится всё более сложной, в частности из-за стремления
инженеров избавить владельца от регулировки, контроля и обслуживания автомобиля.
Например, гидравлические компенсаторы в приводе клапанов, автоматические натяжители
ремней и цепей, специальное устройство тормозов делают ненужной их регулировку.
При переключении передач водителю приходится согласованно действовать рычагом коробки
передач и двумя педалями — сцепления и газа. Это самый сложный элемент в управлении
автомобилем. В конце 30-х гг. появились коробки передач, которые переключаются
автоматически (без участия водителя), реагируя на изменение работы двигателя. Их основа —
гидротрансформатор, или гидромеханическая трансмиссия. В автоматической коробке передач
мгновенно сгорает, и её химическая энергия превращается в механическую.
В громадном разнообразии бензиновых ДВС выделяют две разновидности — в зависимости от
того, как идёт в них процесс сгорания топлива. В одних — полный рабочий цикл в цилиндре
осуществляется за четыре хода (такта) поршня вверх-вниз. Сначала цилиндр заполняется
горючей смесью (состоящей из воздуха и распылённого топлива) через имеющиеся в нём
клапаны, потом происходит сжатие смеси, затем она взрывается, и, наконец, цилиндр
освобождается от продуктов сгорания. Такие двигатели называются четырёхтактными.
В других ДВС весь рабочий процесс занимает лишь два хода поршня. Двухтактные двигатели
чаще всего применяются на мотоциклах и моторных лодках. Для смазки таких двигателей в
бензин добавляется масло. Оно сгорает не полностью, и выхлопные газы содержат много
вредных примесей. Поэтому на автомобили двухтактные двигатели давно не ставят.
Автомобильные двигатели нередко приспосабливают и для работы на природном газе, который
при сгорании образует очень немного вредных веществ. Однако сама газовая аппаратура
(баллоны, трубки, соединения) не всегда надёжна, и бензин пока остаётся основным видом
горючего.
Наряду с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания широчайшее распространение
получили автомобильные дизели. В этих двигателях топливо, впрыскиваемое в цилиндры,
воспламеняется воздухом, сильно нагревающимся (до 800 °C) при сжатии. Дизельное топливо
(соляровое масло, газойль) дешевле, чем бензин. Но сами машины дороже, поскольку дизель
гораздо сложнее и более металлоёмок. На легковых автомобилях дизели применяются в тех
случаях, когда ежегодный пробег очень велик, например на машинах-такси. При большом
пробеге первичные затраты на более дорогой мотор быстро окупаются. Вот почему на
подавляющем большинстве грузовиков и автобусов стоят дизели.
В последние десятилетия развернулась борьба с загрязнением окружающей среды. На
выхлопные газы автомобилей приходится в городах до 80 % всех вредных для природы и
человека выбросов. Довольно жёсткие ограничения, введённые во многих странах, заставили
конструкторов работать над так называемыми чистыми двигателями. Невозможность
избавиться от вредных выбросов предопределила судьбу интересного по конструкции и очень
компактного роторно-поршневого двигателя, созданного в 1957 г. немецким конструктором
Феликсом Ванкелем. Другие силовые установки не вышли пока из стадии экспериментов, и
конструкторы продолжают совершенствовать двигатель внутреннего сгорания. Он безусловно
шагнёт и в III тысячелетие.
Уменьшить количество вредных выбросов современных моторов непросто. Автомобильные
фирмы решают эту проблему комплексно: применяют каталитические нейтрализаторы,
электронное управление впрыском горючего и зажиганием. Кроме того, за последние годы на
легковых автомобилях повсеместно используют более совершенные двигатели, в которых
топливо сгорает гораздо полнее и эффективнее.
Двенадцатицилиндровый двигатель BMW. Германия.
Большинство крупных деталей (блок, головка цилиндров и др.) отлиты из алюминиевого
сплава.
*Для систем зажигания, запуска двигателя и освещения автомобиля нужен электрический ток
Его вырабатывает генератор (когда двигатель работает), а накапливает электроэнергию
аккумулятор. Обычно используются свинцово-кислотные аккумуляторы. Серебряно-цинковые,
щелочные и некоторые другие аккумуляторы дороги и на автомобилях ставятся редко.
325
Схема механической коробки передач.
В зависимости от установленной передачи, те или иные шестерёнки ведущего вала
соединяются со своей парой. Как следствие — на колёса передаётся различный крутящий
момент от двигателя.
нет привычных шестерёнок. Автомобильный мотор вращает насос, подающий масло на
турбину, а она связана с колёсами. В зависимости от режима работы мотора масло может течь
под малым давлением с большой скоростью (машина быстро едет по ровной дороге) или под
большим давлением с малой скоростью (автомобиль медленно взбирается в гору или
преодолевает препятствие).
Новейшие автоматические коробки передач оснащены также и механизмом переключения
скоростей вручную. Водитель может проехать часть пути, включая передачи так, как он
привык. Запоминающее устройство закладывает манеру его вождения (скоростную,
экономичную, спокойную) в память микропроцессора, который в дальнейшем и будет вести
автомобиль в том стиле, как это делалось вручную.
Специальное устройство — круиз-контроль — позволяет машине, подобно самолёту,
работающему на автопилоте, двигаться с заданной скоростью без участия водителя. Датчик
дождя распознаёт первые капли на ветровом стекле и сам включает стеклоочиститель, щётки
которого работают тем быстрее, чем сильнее дождь. Водитель же сосредоточен только на
управлении автомобилем.
На многих моделях теперь есть бортовой компьютер. Он сообщает водителю (цифрами и
словами на дисплее), каков в данный момент расход топлива и на сколько километров хватит
его запаса в бензобаке, а также может назвать кратчайший путь до пункта назначения. Если же
компьютер подключён к информационной сети дорожной службы, он даёт знать о пробках и
авариях на маршруте, указывает объезды. Тот же бортовой компьютер информирует о
неполадках в машине, о приближении срока техобслуживания.
Очень плотный дорожный поток в крупных городах и на загородных магистралях, высокие
скорости движения стали причиной того, что в современных автомобилях всё большее
внимание уделяется безопасности движения. И в первую очередь повышению устойчивости и
управляемости автомобиля.
Не следует думать, что если машина не переворачивается на поворотах, то она устойчива. Под
устойчивостью инженеры понимают способность автомобиля самостоятельно, без участия
водителя, сохранять заданное ей направление движения. Управляемость вовсе не означает
свойство рулевого управления быть лёгким или тяжёлым. Нет, это способность автомобиля
точно выполнять команды водителя.
Часто рулевое управление автомобиля снабжено гидравлическим, реже — электрическим
усилителем руля. Однако при высокой скорости помощь водителю со стороны усилителя
оказывается вредной: водитель должен быстро, без задержек отдавать
Пятиступенчатая гидромеханическая коробка передач «Хайдраматик» 5L-48E для
автомобиля «Кадиллак». США.
326
команды машине рулём. Поэтому появились усилители руля прогрессивного действия — чем
выше скорость, тем меньше «физическая помощь», и наоборот.
Существуют и автоматически действующие устройства, которые без участия водителя
корректируют заданную им машине траекторию движения, или, иными словами, обеспечивают
так называемую курсовую устойчивость.
Есть ещё одно устройство, которое сравнительно недавно получило право на жизнь во многих
автомобилях, — это антиблокировочная система в приводе тормозов (АБС). Как только колесо
при торможении перестаёт вращаться — скользит по дороге, оставаясь неподвижным, оно уже
не помогает уменьшать скорость автомобиля. Опытный водитель чувствует начало блокировки
колёс и сразу ослабляет нажатие на педаль тормоза. Теперь распознавание блокировки —
забота автоматически работающего устройства. Оно, как и все перечисленные здесь
автоматические приборы и системы, управляется микропроцессорами. Электронная система
через датчики получает встречные сигналы от исполнительных механизмов, сверяет их с
наиболее эффективными вариантами действий в каждой ситуации и отдаёт нужные команды.
СЦЕПЛЕНИЕ
Этот механизм служит для отсоединения двигателя от коробки передач во время их
переключения, стоянки с работающим мотором. Иногда применяются автоматически
действующие сцепления.
Совсем недавно электроника и работающие на её принципе приборы казались не выходящими
за рамки научных исследований и не имеющими прикладного значения. Но развитие науки и
техники идёт столь быстро, что в современном автомобиле уже почти нет узлов и систем,
которые обходились бы без электроники.
ПОДВЕСКА
Колёса присоединяются к кузову или раме с помощью особого механизма — подвески. В
последней обязательно есть упругий элемент (рессора, пружина, торсион), чтобы толчки от
колёс не передавались кузову. Если два колеса (правое и левое) жёстко соединены осью, то
перемещение одного из них вызывает перемещение другого (зависимая подвеска). В другом
случае одно из колёс может подниматься или опускаться, не влияя на положение другого
(независимая подвеска). В любой подвеске всегда есть направляющий элемент — рычаги и
тяги, шарнирно связывающие колесо с рамой или кузовом. Очень часто в подвеске
присутствуют амортизаторы, гасящие колебания кузова, и стабилизаторы поперечной
устойчивости, которые противодействуют его крену.
Независимая подвеска переднего колеса автомобиля «Мерседес-Бенц».
В колесе виден дисковый тормоз (показан стрелкой).
*Блокировка — здесь остановка вращения колеса. На скользкой дороге колёса могут
заблокироваться даже при самом слабом нажатии на педаль тормоза, в то время как автомобиль
продолжает двигаться по инерции, фактически предоставленный самому себе.
327
ГИДРОПРИВОД
Для того чтобы водитель управлял тормозами, сцеплениями и другими механизмами, нужны
устройства для приведения их в действие — приводы. Тяги, тросы, рычажки, штоки образуют
механический привод. А если в машине их роль играют трубопроводы, заполненные
жидкостью (а она несжимаема), то это гидропривод. На обоих концах трубопровода — со
стороны водителя и со стороны механизма — находятся цилиндры с поршеньками,
снабжёнными резиновыми уплотнителями (манжетами), которые предотвращают утечку
жидкости.
Один из ярких тому примеров — подача топлива в цилиндры двигателя. В них поступают пары
бензина, смешанные в определённой пропорции с воздухом (рабочая смесь). Обычно топливо
распыляется в карбюраторе благодаря разрежению (вакууму) во впускных каналах цилиндров.
Но сегодня для образования рабочей смеси топливо чаще распыляют под давлением. Оно
впрыскивается либо во впускные каналы (многоточечный впрыск), либо в общую, перед
каналами, впускную трубу, или коллектор (одноточечный впрыск), либо прямо в цилиндр
(непосредственный впрыск). Согласует работу системы микропроцессор. Для распыления
топлива служат форсунка (от англ, force — «нагнетать») или инжектор (фр. injecteur, от лат.
injicio — «вбрасываю»).
Происходят изменения в конструкции отдельных узлов автомобиля, позволяющие сделать их
работу более экономичной и эффективной. Например, всё чаще используется система
турбонаддува, или — в просторечии — турбо. Чем больше кислорода поступает в цилиндры
двигателя, тем полнее сжигается топливо, тем более высокую мощность можно получить.
Воздух в цилиндры нагнетает центробежный насос, на работу которого затрачивается часть
мощности двигателя. В системе турбонаддува эти затраты исключены. Здесь используется
энергия отработавших газов. Они вращают миниатюрную газовую турбину, от которой и
работает насос.
Для замедления хода и остановки автомобиля долгое время использовались барабанные
тормоза. На колесе укреплён барабан, к которому прижимаются неподвижные колодки,
замедляя его вращение. В последние десятилетия XX в. получили распространение дисковые
тормоза. На колесе стоит диск, при торможении зажимаемый колодками. Дисковые тормоза
лучше охлаждаются и меньше пачкаются, чем барабанные. Поэтому с увеличением массы и
скорости современных автомобилей предпочтение отдаётся дисковым тормозам.
Становятся легче колёса. При их изготовлении вместо стали начинают использовать
алюминиевые сплавы, которые к тому же хорошо отводят тепло от тормозов.
Гидравлические шины на колёсах автомобилей в большинстве случаев состоят из кольцевой
резиновой камеры, заполняемой сжатым воздухом, и собственно шины, или по-
Непосредственный впрыск топлива в цилиндр двигателя автомобиля «Мицубиси».
Справа — форсунка (1), в центре камеры сгорания — свеча (2).
Отлитое из алюминиевого сплава колесо автомобиля «Мерседес-Бенц».
328
крышки. В последнее время часто применяются бескамерные шины. На стыке шины и колеса
обеспечивается герметичность, что предотвращает утечку сжатого воздуха.
Одно из важных изобретений конца столетия — каталитические нейтрализаторы, разлагающие
вредные примеси в выхлопных газах на безопасные вещества. Для ускорения реакции
разложения на внутреннюю поверхность нейтрализатора наносится тончайший слой платины
или родия, которые служат катализаторами.
РОЖДЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ
Историки техники подсчитали, что на звание изобретателя автомобиля в XIX в. претендовали
411 человек. Но творения этой армии умельцев ещё трудно было назвать автомобилями. Теперь
можно утверждать, что автомобиль изобретён в 1885 г., а честь его создания принадлежит сразу
двум немецким инженерам — Готлибу Даймлеру и Карлу Бенцу.
Оба изобретателя независимо друг от друга построили в том знаменательном году
«самодвижущиеся повозки», и оба получили на них патенты. Интересно, что Даймлер и Бенц
никогда не встречались, хотя города Штутгарт и Мангейм, где они жили, разделяет менее 100
км.
Готлиб Даймлер (1834—1900) увлёкся машинами ещё в детстве. Главным техническим
достижением в то время были паровозы; поступив в Высшее политехническое училище в
Штутгарте, будущий изобретатель обстоятельно изучил их устройство. После окончания
учебного заведения Даймлер работал на машиностроительных заводах Германии и Англии.
Постепенно он пришёл к убеждению: можно построить самоходный экипаж и для движения по
обычной дороге. Требовалось только создать надёжный двигатель.
Похожим был путь Карла Бенца (1844—1929). По окончании политехнического училища он
работал на
329
Автомобиль Бенца.
паровозостроительном заводе, затем в техническом бюро в Мангейме. Как написал
впоследствии Бенц в книге «Мой жизненный путь и мои изобретения», даже самая интересная
работа, которую ему приходилось тогда делать, «не могла заменить осуществление мечты о
безлошадном экипаже». Как и Даймлер, Бенц пришёл к выводу о необходимости коренного
усовершенствования двигателей.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Над совершенствованием двигателя внутреннего сгорания работали и продолжают работать
многие учёные, инженеры, испытатели. И хотя мощность, экономичность и другие
характеристики двигателей постоянно улучшаются, основной принцип действия остаётся
неизменным.
Создали двигатель внутреннего сгорания в середине XIX в., когда на транспорте безраздельно
господствовала паровая машина (см. статью «Промышленный переворот»), В то время для
освещения городских улиц стали применять светильный газ. Свойства нового топлива
натолкнули изобретателей на мысль, что перемещать поршень в цилиндре может не пар, а
газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь, помогло ответить ещё одно
техническое достижение — индукционная катушка для получения электрической искры.
Первый двигатель, работавший на светильном газе, изобрёл в I860 г. французский механик
Этьен Ленуар (1822—1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь светильного газа
(горючие газы, в основном метан и водород) и воздуха. Конструкция имела все основные черты
будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндр с поршнем
330
«САМОХОД ВПОЛНЕ РУССКОГО ПРОИЗВОДСТВА»
Так газетчики назвали первый автомобиль, построенный в Санкт-Петербурге русскими
промышленниками Евгением Александровичем Яковлевым (1857—1898) и Павлом
Александровичем Фрезе (1844—1918). История «самохода вполне русского производства»
такова. Е.А. Яковлев служил во флоте, в 1884 г. вышел в отставку, а спустя семь лет открыл
машиностроительный завод, где стали выпускать двигатели внутреннего сгорания. Его моторы
успешно продавались, их даже отмечали наградами. П. А. Фрезе, по специальности горный
инженер, был владельцем сначала каретных мастерских, а затем фирмы «Фрезе и К0», которая
изготовляла конные экипажи.
В 1893 г. и Яковлев, и Фрезе представляли свои товары на Всемирной промышленной выставке
в Чикаго (США). В павильоне Германии они увидели автомобиль «Вело», сделанный на заводе
известного изобретателя К. Бенца, и загорелись идеей построить собственный автомобиль. Этот
замысел удалось осуществить в 1896 г. Двигатель и трансмиссию изготовили на заводе Е.А.
Яковлева, а экипаж — у П. А. Фрезе. Машина могла развивать скорость до 20 км/ч и при
полной заправке топливного бака проезжать по хорошей дороге до 200 км.
Новинка демонстрировалась на Всероссийской промышленно-художественной выставке 1896 г.
в Нижнем Новгороде. «Бензиномотор» успешно работал на площадке около Промышленного
павильона. Однако по достоинству его не оценили ни оргкомитет выставки, ни посетивший её
император Николай II, ни богатые промышленники.
Творение талантливых русских инженеров Е.А. Яковлева и П.А. Фрезе не сохранилось. В 1996
г., к столетнему юбилею создания замечательной машины, в техническом центре журнала
«Авторевю» изготовили «бензиномотор» в натуральную величину, проведя предварительно
большую исследовательскую работу. После презентаций на 3-м Международном автосалоне в
Москве, возрождённой Нижегородской ярмарке и Санкт-Петербургском автосалоне шедевр
реставраторского искусства поместили в автомобильную экспозицию Политехнического музея
в Москве.
331
Николаус Август Отто.
двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. И всё же конструкция Э. Ленуара была
лишь прообразом реального двигателя, она требовала серьёзного усовершенствования.
Достаточно сказать, что её коэффициент полезного действия составлял 0,04, т. е. лишь 4%
теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с
отработанными газами, нагревали корпус и т. п. Ненадёжно работали свечи и выпускной
золотник, для охлаждения двигателя требовалось очень много воды (около 120 м3 в час).
В 1862 г. французский инженер Альфонс Бо де Роша (1815—1891) предложил идею
четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы последнего становилось
предварительное сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Однако осуществить свою идею Бо де
Роша не сумел. Такой двигатель создал в 1876 г. служащий из Кёльна (Германия) Николаус
Август Отто (1832—1891). Над его конструкцией изобретатель напряжённо трудился 15 лет и
добился более высокого КПД, чем у существовавших тогда паровых машин.
ПЕРВЫЕ УСПЕХИ
В течение нескольких лет Бенцу и Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием
двигателя. В результате при поддержке состоятельных людей Карл Бенц даже построил
небольшой завод по производству газовых двигателей.
В поисках более эффективного, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер
совершил в 1881 г. поездку на юг России, где ознакомился с процессами переработки нефти.
Один из её продуктов, лёгкий бензин, оказался как раз тем источником энергии, который искал
изобретатель: бензин хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает, удобен для
транспортировки.
В 1883 г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на
бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на
жидкое топливо. Переход от газа к бензину позволил в несколько раз увеличить число оборотов
коленчатого вала, доведя его до 900 об/мин; почти вдвое возросла удельная мощность
двигателя (т. е. приходящаяся на 1 л суммарного — рабочего — объёма его цилиндров).
Работа первопроходцев всегда требует энтузиазма и смелости. Наградой за их настойчивость
становится благодарность потомков. Первая самоходная коляска Бенца с бензиновым мотором
была трёхколёсной. Даймлер начинал с двухколёсного «моторного велосипеда».
Изобретения Даймлера и Бенца соотечественники встретили холодно. Благопристойных
горожан беспокоил треск бензиновых двигателей; «знатоки» утверждали к тому же, что мотор
«безлошадного экипажа» обязательно взорвётся. «Полиция не должна допустить, чтобы
бензиновая тележка подвергала весь мир опасности», — писали немецкие газеты. В итоге
Даймлеру приходилось испытывать свой автомобиль по ночам на загородных дорогах. А Бенца
полиция обязала перед каждой поездкой сообщать маршрут и места
Рабочий шш< чстырёктаеспюго двигателя внутреннего сгорания.
A. BnvtK рабочем гмегм. Поршня» И) перемешаетея вгыз; через впускной клала»* 11 /
в имлмндр поступает горкмая смесь. Б. Сжатие. Поршень М.* перемешается вверх;
впускном 11) и выгтускмой (JI клапаны <а крыты; давление в цилиндре и температура
^мбочей смеси повышамнея. В. Рабочий ход (горение и расширение!. В результате
искрового [MipuAd (Ж*4И зажигания (2) происходит быстрое сгорание смтчи и цилиндре:
лааление газов при сгорании воллгйствует на поршень 14): движение поршня передается
через поршнесюй палеи (St и шатун <6/ на коленчатый вал (7), заставляя вал вращаться.
Г. Выпус к газов. Поршень (41 движется вверх: выпускной клапан (31 открыт, отработавшие
газы из иихмндра поступают в выпускной трубопровод и дллыие в атмосферу.
332
РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ
Двигатели типа «дизель» хорошо знакомы всем автомобилистам. О жизни же его создателя,
немецкого инженера Рудольфа Дизеля (1858—1913), известно немного. В судьбе этого
человека тесно переплелись радость творческих побед, воплотивших в жизнь надежды целого
поколения изобретателей, и глубокая человеческая трагедия.
Рудольф Дизель родился 18 марта 1858 г. в семье немецкого эмигранта, жившей в Париже. В
1870 г. началась франко-прусская война, и двенадцатилетний Рудольф с горечью открыл для
себя, что окружающие могут относиться к человеку враждебно только потому, что он другой
национальности. Семье Дизель вместе с тысячами других немецких беженцев пришлось срочно
покинуть Францию. Переживания детства оставили глубокий след в душе мальчика.
В реальном училище германского города Аугсбурга, где Рудольф продолжил учёбу, он стал
одним из лучших учеников. Затем Дизель поступил в Высшую политехническую школу в
Мюнхене. На лекциях профессора Карла фон Линде любознательный студент узнал о
термодинамическом цикле Никола Карно, лежащем в основе работы любого теплового
двигателя.
Идеи Карно захватили будущего изобретателя. Он понял, что у применявшихся тогда паровых
машин нет будущего, однако полезная работа других типов тепловых двигателей может быть
увеличена в два, три раза и более. И Дизель решает сделать двигатель, по эффективности
превосходящий всё, что было создано ранее.
Став дипломированным инженером, Рудольф Дизель пытается создать двигатель внутреннего
сгорания, работающий на угольной пыли. Первые опыты оказались неудачными. Тогда учёный
разработал другой вариант конструкции — топливом в таком устройстве должен был служить
керосин. Дизелю пришлось изготовить несколько экспериментальных двигателей, прежде чем в
1897 г. появился двигатель с коэффициентом полезного действия, равным 25%, — большим,
чем у любой из тепловых машин того времени. «Я настолько превзошёл всё до меня
существовавшее в деле машиностроения, — писал Дизель, — что могу смело утверждать, что
иду во главе технического прогресса».
Цель была достигнута, но общество не торопилось признавать заслуги немецкого изобретателя.
При создании двигателя (как и любого сложного технического устройства) Дизель использовал
достижения своих предшественников. В частности, он применил четырёхтактный цикл,
разработанный французским инженером Альфонсом Бо де Роша; идею предельного сжатия,
предложенную Н. Карно. Рудольфу Дизелю пришлось вступить в изнурительную тяжбу за
патентные права. Производство двигателей — очень прибыльное дело, поэтому борьбу с
Дизелем вели сразу несколько фирм.
Теперь Рудольфу Дизелю уже не до спокойной работы в лаборатории. С чемоданом, набитым
рекламными проспектами, он переезжает из одного города в другой. Нюрнберг, Берлин,
Лейпциг, Гент, Фабри — выставки, конференции, обеды, речи... С началом производства
двигателя изобретатель становится богатым человеком: он покупает роскошную виллу в
Мюнхене, вкладывает деньги в нефтяные разработки. Высокий и элегантный, безукоризненно
одетый, Дизель казался всегда спокойным. Мало кто знал, как подавлен и измучен он
постоянной борьбой за свои права.
В 1913 г. вместе с группой инженеров Рудольф Дизель отправился на борту фешенебельного
теплохода «Дрезден» в Англию. В один из вечеров после ужина коллеги проводили его до
каюты. Утром постель Дизеля оказалась нетронутой. А спустя два дня рыбаки подняли из воды
труп хорошо одетого человека. Так ушёл из жизни выдающийся немецкий изобретатель. А
знаменитые двигатели и сегодня вращают винты пароходов и колёса автомобилей, роторы
электрических генераторов и валы множества других машин.
Рудольф Дизель.
333
Патент на автомобиль, выданный К. Бенцу 2 ноября 1886 г.
Лвухимлмнлровын (V-образный) двигатель Даймлера.
I. Вид сбоку. 2. Вид спороди.
остановок, чтобы привести в готовность пожарные команды.
Для того чтобы продемонстрировать безопасность поездок на автомобиле, фрау Берта Бенц
тайком от мужа совершила вместе с сыновьями дальний (180 км) автомобильный пробег. В
этой поездке смелой автомобилистке приходилось прочищать трубку подачи топлива шляпной
булавкой и изолировать электрический провод резиновой чулочной подвязкой.
Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца XIX в. паровые и
электрические автомобили считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В
США, например, из выпущенных к 1899 г. механических экипажей 40% составляли
«паромобили», 38% — «электромобили» и лишь 22% — «бензиномобили». К 1905 г. положение
изменилось: автомобилей с двигателями внутреннего сгорания стало 70%, а доля
электрических и паровых двигателей уменьшилась до 30%. К 1920 г. экипажи на паровой и
электрической тяге стали большой редкостью.
Чтобы увеличить скорость автомобиля, нужно было повысить мощность двигателя. Сделать это
оказалось непросто. При увеличении диаметра поршня или длины его хода значительно
возрастала масса двигателя. Конструкторы пошли по другому пути: начали использовать
несколько цилиндров вместо одного. В 1891 г. Даймлер построил первый четырёхцилиндровый
двигатель.
При работе двигатель сильно нагревался, и поэтому его снабдили трубками водяного
охлаждения змеевикового типа. В 1901 г. инженеры фирмы «Мерседес» разработали
трубчатый, или сотовый, водяной радиатор, ставший привычной деталью передней части
автомобиля.
Жидкое топливо в двигателе внутреннего сгорания должно быть хорошо распылено и смешано
с воздухом. Эту задачу решает карбюратор (от фр. carburer — «обогащать углеродом»).
Изобретатели не сразу нашли наилучший способ распыления жид-
334
кости. Так, в одном из первых карбюраторов бензин разбрызгивался щётками, потому его и
назвали щёточным. Карбюратор Бенца получил название барботажного (от фр. barbotage —
«перемешивание»): через бензин в баке пропускался воздух, разбрызгивающий горючее.
Существовали также фитильные карбюраторы, от которых вскоре пришлось
отказаться, поскольку фитили иногда затягивало в цилиндр.
В конце концов, конструкторы остановили свой выбор на карбюраторе, сделанном по принципу
пульверизатора. В таком карбюраторе бензин выходит из жиклёра (фр. gicler — «брызгать») в
виде распылённой струи. Этот способ используется по сей день.
АВТОМОБИЛЬ БУДУЩЕГО
Конструкция автомобилей или их узлов, производство которых компания намечает освоить в
ближайшем будущем, всегда держится в тайне. С одной стороны, никто не хочет, чтобы
соперники преждевременно узнали об этих планах. Но с другой — приходится рисковать и
тратить громадные деньги на выпуск непривычной модели, которую покупатель может и не
принять. Поэтому нередко соглашаются на компромисс — немного приоткрывают тайну,
представив, например, опытную модель на международной автомобильной выставке. Там и
становится ясно, как отреагирует публика на новшество.
Знаменитые дизайнерские фирмы («Пининфарина», «Итал дизайн», «Бертоне», «Эйлье» и др.)
каждый год выставляют образцы машин потрясающего внешнего вида. А через некоторое
время в какой-нибудь новой модели появляется подражание идеям именитого автомобильного
маэстро или прямое их заимствование.
Опытные образцы, которые фирмы рискуют вынести на суд общественности, воплощают
некую идею — новую концепцию решения автомобиля в целом. Порой это оригинальное
видение машины с чисто потребительских позиций: многоцелевой семейный автомобиль,
компактная городская машина на двоих, например с быстро трансформируемым
(преобразуемым) кузовом. Модели показывают на выставках, тщательно собирают отзывы и с
их учётом делают окончательный выбор той или иной конструкции для производства.
Первую группу автомобилей будущего, в которой на первом плане находятся чисто
дизайнерские решения и поиски новых архитектурных форм, иногда называют дрим-карами (от
англ, dream саг — «автомобиль-мечта», «автомобиль-грёза»). Вторая группа объединяет
автомобили с новыми функциями. Это концепт-кары (модели новой концепции).
Но есть и третья группа автомобилей, в которых новизна, предложения на будущее воплощены
лишь в новых узлах. Например, автомобиль «Тойота-Приус» мог выглядеть как угодно. Его
«изюминка» не во внешнем виде или в новой, не виданной ранее компоновке узлов. Этот
экспериментальный автомобиль имел «гибридный»
Карл Фридрих Бенц.
Автомобиль «Бертоне-Пикстер».
Опытный образец, отражающий поиски новых форм.
*Жиклёр — калиброванное отверстие в детали, дозирующее расход жидкости или газа.
335
Автомобиль «Ауди-АЛ2». Германия.
Изготовлен из новых алюминиевых сплавов.
Концепт-кар «Ситроен-Ксаная».
Франция.
(бензиноэлектрический) силовой агрегат. Теперь такая машина выпускается серийно.
Подобные автомобили будущего далеко не всегда бросаются в глаза на официальных
презентациях. Но они очень часто таят в себе революционные новшества: колёса без ступиц,
управление не рулем, а «джойстиком» («волшебной палочкой») в виде короткого рычажка и т.
Д.
Со временем многие из этих инженерных предложений воплощаются в серийных машинах.
Ещё совсем недавно скептически относились к бесступенчатым передачам, подобным
клиноремённым. Клиновый ремень, работающий по поверхностям раздвигающихся конических
шкивов, позволяет иметь сколько угодно передач. Родилась идея заменить кожаный или
сделанный из синтетических материалов ремень стальным, набранным из множества
металлических трапециевидных звеньев. Сейчас такой вариатор применяется в некоторых
серийных моделях легковых автомобилей.
Автомобиль будущего редко бывает некой конкретной моделью. Это собирательный образ
целого семейства новшеств — архитектурных, компоновочных, механических. Он воплощается
не обязательно в единой
«Тойота-Приус». Япония.
Первый в мире серийный автомобиль с «гибридной» силовой установкой. Специалисты
ожидают, что в XXI в. эта машина вызовет немало подражаний.
Опытная модель электробуса.
*Сту’пица — центральная часть колеса, маховика и других деталей.
336
конструкции. Автомобиль будущего может присутствовать частями во многих серийных
моделях, которые появятся на дорогах через несколько лет. И каждая модель в отдельности —
автомобиль будущего.
ВЕЛОСИПЕД
Прообраз современного велосипеда — селерифер (дословно «производитель скорости»)
впервые появился во Франции в 1791 г. Это изобретение графа Меде де Сиврака мало
напоминало сегодняшнюю модель: двухколёсный самокат с деревянной рамой без педалей и
руля. Переднее колесо не поворачивалось, а потому ехали на нём только по прямой,
отталкиваясь от земли ногами. Очень быстро новинка стала модным развлечением в Англии,
где её назвали «хобби-хорз» («игрушечная лошадка»), а затем и в Германии. Оказавшись после
Отечественной войны 1812 г. во Франции, офицеры русской армии впервые увидели
селериферы: парижане катались на них по Елисейским Полям.
В 1792 г. немецкий офицер, камергер и лесничий князя Баденского Карл Фридрих Дрез
оснастил селерифер управляемым передним колесом, а в 1830 г. его соотечественник Филипп
Фишер построил экипаж с двухметровым передним колесом, снабжённым педалями, и
маленьким задним. Вилки колёс он соединил штангой и на ней расположил седло. Спустя 50
лет такие машины стали гораздо элегантнее. За ажурные ободья колёс, тончайшие спицы и
быструю по меркам того времени езду их прозвали «пауками». 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. Облегчить конструкцию и повысить её манёвренность удалось лишь в 1847
г., когда пустотелыми шинами с надувными камерами лорда Лорена заменили сплошные
резиновые шины шотландца Р. Томпсона.
В 1853 г. немец Мориц Фишер построил экипаж с педалями на
Селерифер де Сиврака.
1791 г. Франция.
Велосипед Мишо. 1855 г. Франция.
*Бесступенчатая передача — механизм для плавного изменения частоты вращения ведомого
вала в транспортных машинах. Называется также вариатором.
**Шкив (голл. schijf) — деталь ремённой или канатной передачи, колесо, обод которого имеет
цилиндрическую, бочкообразную или профилировочную (для клиновых ремней) форму.
337
переднем колесе и тормозом на заднем. В Германии не заинтересовались этим изобретением,
зато французы охотно приняли аналогичную конструкцию парижского каретного мастера
Пьера Мишо, названную в его честь «мишолиной». Примерно в то же время новую машину
стали повсеместно называть по-французски — «велосипед» (от лат. velox — «быстрый» и pes
— «нога»),
В конце 60-х гг. велосипед продолжали активно модернизировать. Англичане Медисон и
Каупер установили на нём лёгкие металлические колёса с тонкими стальными спицами, а
Старлей придумал цепную передачу.
Во второй половине XIX в. появилось множество новинок: шарикоподшипники,
пневматические шины, крылья над колёсами (пыльники), счётчик пройденного пути
(цикломер), обгонная муфта (трещотка), механизм переключения скоростей. Пожалуй,
наиболее важным для дальнейшего совершенствования и распространения велосипеда стало
применение одинаковых колёс. Впервые такие велосипеды начала выпускать английская фирма
«Ровер» в 1885 г. Ездить на них было значительно безопаснее.
В XX в. велосипеды делят по различным признакам. По возрасту потребителей — на детские,
подростковые и взрослые; по числу колёс — на одно-, двух-, трёх- и четырёхколёсные; по
количеству ездоков — на одиночные, тандемы, триллеры и с большим числом мест, по
предназначению — на мужские и дамские, дорожные, складные, туристские, спортивные и
специальные. Кроме того, в каждой из этих групп существует собственная классификация. Так,
спортивные велосипеды подразделяются на шоссейные, трековые, горные, для гонки за
лидером, рекордно-гоночные и т. д. Горные велосипеды — мода наших дней. На них удобно
ездить и по улицам города, и по плохим дорогам в сельской местности, а также участвовать в
соревнованиях на холмистых трассах в особом виде спорта, называемом «триал».
По сравнению с другими видами транспорта у велосипеда есть неоспоримые преимущества. Он
дёшев, не нуждается в топливе, не загрязняет атмосферу, манёврен и мобилен (это достоинство
особенно важно для крупных городов, где избыточное автомобильное движение приводит к
частым пробкам). Кроме того, езда на велосипеде уменьшает вредное воздействие на организм
человека гиподинамии (малоподвижного образа жизни). Не случайно велосипедисты в среднем
живут на пять лет дольше автомобилистов. Всё это способствует неуклонному росту
популярности велосипеда в самых разных странах. Лидирует по числу велосипедов Голландия:
здесь на 14 млн. жителей приходится около 10 млн. велосипедов.
Современный гоночный велосипед. Его колёса имеют тонкую стальную мембрану,
создающую гораздо меньшее сопротивление, чем спицы.
338
Велосипед «Порше». Германия.
Рама — карбоновая; колвса — штампованные тормоза —
дисковые: 27 передач Подвески: ге^лияи — теле< коническая:
задняя — маятниковая с центральным пружиино-
гидравличес ким амортизатором.
Дорожный велосипед В-130. СССР.
Предназначен дли передвижения по дорогам
с различным профилем и покрытием.
Ободья — стальные, прочные: шито* цепи —
удлиненный; педали — из легкого сплава.
Ободья колес, шатуны, руль, ведущие
зубчатки и втулки колес хромированы.
( портмвиый велосипед • Мерила-мат тс •
Испания.
Используетея для триала Рама —
алюминиевая; амортизаторы — только
я Вейс переднее о колеса; ось заднего
колеса жестко крепите я к раме.
Генератор и фара. 24 передачи
Велосипед «Ламборджини». Италия.
Рама — карбоновая; колеса — со спицами, тормоз —
дисковый, на заднем колесе Бортовой компьютер. Подвески:
передняя — телескопическая. задняя — маятниковая
339
МОТОЦИКЛ
Первые самоходные двухколёсные экипажи почти одновременно создали француз Л. Перро и
американец С. Роупер в 1869 г. Это были деревянные велосипеды с лёгкой паровой машиной.
Желающих оснастить «бицикл» паровым двигателем хватало. Например, по чертежам Л.
Коупленда фирма «Норторп» в 80-х гг. изготовила около 200 двух- и трёхколёсных паровых
велосипедов.
В 1885 г. немецкий инженер Готлиб Даймлер сконструировал компактный двигатель
внутреннего сгорания (ДВС; см. статью «Рождение автомобиля») и для демонстрации его в
действии установил на деревянный велосипед. Мелкосерийное производство аналогичных
самоходов в Германии освоили братья Генрих и Вильгельм Хильдебранды совместно с
Алоисом Вольфмюллером. Они впервые применили на двухколёсном экипаже пневматические
шины и двухцилиндровый двигатель, назвав новинку мотоциклом (от лат. motor —
«приводящий в движение» и греч. «ци'клос» — «колесо»), т. е. моторизованным велосипедом.
Всемирное признание к мотоциклам пришло в 1895 г., когда французские изобретатели Альбер
де Дион и Жорж Бутон создали очень лёгкий одноцилиндровый четырёхтактный ДВС,
установив его на специально спроектированную трёхколёсную конструкцию. Получился
трицикл «Де Дион-Бутон». По лицензии этой фирмы и зачастую с её моторами трициклы
строили во многих странах. В России в конце XIX — начале XX в. они выпускались в течение
десяти лет.
В 1897 г. русские журналисты Евгений и Михаил Вернеры освоили во Франции изготовление
велосипедов с лёгким моторчиком, закреплённым над передним колесом, с приводом на него
через ремённую передачу. В 1898 г. на мотоциклах фирмы «Лаурин-Клемент» (в настоящее
время «Шкода», Чехия) ДВС расположили, как на самоходе Г. Даймлера. Это взяли на
вооружение другие конструкторы при создании новых моделей. Среди пионеров
мотоциклостроения были заводы «Нортон» (Англия), «Пежо» (Франция), НСУ (Германия),
«Лейтнер» (Россия), «Харлей-Дэвидсон» (США), «Ямаха» (Япония).
К 1925 г. более 100 заводов в мире выпускали мотоциклы. Их конструкции столь различались,
что понадобилась классификация. В её основу лёг рабочий объём двигателя. Так выделили три
класса моторов: лёгкий — до 300 см3, средний — от 350 до 650 см3 и тяжёлый — более 750 см3.
Конечно, эти границы были весьма условными и со временем смещались. В 30-х гг.
производство мотоциклов по классам распределялось примерно следующим образом: лёгкие —
50%, средние — 35%, тяжёлые— 15%.
В 1930 г. в Ленинграде было освоено серийное производство лёгких
Повозка для верховой езды с бензиновым мотором». Мотоцикл Даймлера.
1885 г. Германия.
Конструкция деревянная. Двигатель — четырехтактный одноцилиндровый,
воздушного охлаждения; зажигание от калильной трубки; рабочий объём — 264 см1;
максимальная мошность — 0,5 л. с. при 700 об/мин. Привод заднего колеса —
рсмёнмошестерёнчатый. Колёса - деревянные г железными обручами. Тормоза
отсутствовали. Максимальная < корсхть — 6 или 12 kkVm, в завис им«м ти от пыЦмнткхо
передаточного отношения.
*Лицензия — здесь разрешение на использование изобретения.
340
hyVnot'i xuodoBJ ьенчусхчилсуу
n soi — exsew аявохэи* — rcondox
xwdoiMHidoive ипнчу«1хнап > вгеочинхвт
— bbmw :вгч»ьииохл»уа1 - BBwvadau :ихм«уоц
WHuan — eziavox ojaMWt vuewdLl ’HWadau ч
:S'Jl — юапэ (janoged в«хгж> чиаиаи :,ro e'>j ।
— и(нчо HHMiged :вмнаужгухо оюниояхж
ия1ккМ<иуиг«»п>о нннхчеххЛвУ — чхахехнву
-onxtodovrag ou
now а в.ихитомч.туаА 'HKvoiHi>n<vown вJiaAVHatxoxad
емип1гу\ «odAvHf аимхмж» — >><-vm>LI
ihvum -хемиш
гн HwruanwuuUdi HWMiwvog э SI l «Я •MVHduy»
Э/'9 — M«00i <«
еноJrvd Kwadu :ь/НХ oq [ - - *u хкк)Ч > вгнчхти >че|\
•и $91 — ег*1\ аявсноие — иохчскц wodoirrHickme
«wiHwediMan э веоочинхвен — nwivn гигтиаьииоч мхах
— Bmivadau :нхэа«тоц ииниап — елжлхх »внт
voendij hrvud-Hi $ гнии/до (ХХЯ "du э "v 9> чххтгли
вх-нчхтилоч !£'я H,wnj uanoged eunu чнаиахх
:,no м-g — *хачдо HMMXjed гвинаужеухо ojohxjowh*
'W4BodvHHv»<no«vn »янх»г1х,тИн1он — avaxrjMBV
.пхни ou wwiriBvro jmn. w«vau«/»v<u<m
BSiaAvManriMd etiHHivw 'OdAvi* anxjgv» — jjpvxvoli
KHHOiqj хгним m HwruanexoiHAdi
MWHiBxvopaH > cdoxrHHWov 0Ь9• N е»н<>Х'
d
xegoxHdg — ц
чити HNHqvviHanAdxJHH — ц
teja^vx ojMrvrt doirxHxdow — f /
:ж1еноф HHHWi — ц
.'ovndx — 11 tMvaXMfflAvx — о/ :ииап
хЛжоч — 5 ,'ечжонеои — g .'svaxejHBV
daxdex — 2 :egAdx вениочхяв — 9
ewed — $ :e>»vo4 oiawvadau
епииЛха — f .exodwKMj vvhjmj — f
:ede0 — ? :жиия1 nnudoyndu — 1
h/w'1 £8 — dxaodoxj Bi'HHveixMjxew
J* SOI — I'xxeyq Hwrdoiemxdww
Bn.tev j 'веяочинхвг» — ввнеех
!BVMM»>MUoxjavax — BBHvadau
hxjuovoq иониап — ewvox
охэнтес voeadu нипдо (ХЮ9 ndu
J -v ot — чхтонтст .'o‘6 — hjsbvj
wahoged вихежх чнаиам :,иа Z'fll
— N.y«K> HHhogrd .'BHHdVXWm
ojOHmAvtOB Hm)odVHHVH>i<>HV<>
hohixvixAbv — woxeiHwy
jodov xHXjMvaj bvv учипохоп них му
-BHixXdovaq d inrf xJHKW"
•Судзуки FA59 Воллее». Япония.
Мини-баики. или «мотоциклы на маленьких колёсах», широко
выпускались в 60—80-х гг., их п|ыи.«волят и до сих пор.
Двигатель двухтактный, однооилинлоовыи, с воздушным
охлаждением: рабочий объём 49 см, степень сжатия раГхгчеи
смеси — 7,9; макс имальная мощность — 6 л. с. при 6000 об/мин.
Трансмиссия — клиноремённая. Подвески: передняя —
телескопическая: задняя — лзаятниковая, рычагом служит блок
«двигатель— трансмиссия». Масса — 62 кг.
РСО «Комет». Тайвань.
Мотороллер (закапотированный мотоцикл на маленьких колёсах
со сдвинутым назад лвигагелем!. предка «каченный для езды по городу.
Двигатель двухтактный, одноцилиндровый; система охлаждения
волдушно-прину.лительная. от мтинлятора: рабочий объём — 49 см';
степень сжатия рабочей сличи — 7,5. вариатор — клиноремённый.
Подтеки: передняя — телескопическая: задняя — маятниковая, рычагом
служит блок «двигатель — трансмиссия». Колеса — штампованные
Тормоза: передний дисковый, задний — барабанный. Масса — 70 кг.
• Биомогор» CIAK. Италия.
Мопед (мотоцикл г дополнительным педальным
приводом, который по многих Гимее поздних
моделях не применяется!.
Двигатель — двухтактный. одноцилиндровый,
воздушнсхо охлаждения; ;ыГхх«ии объем
48,6 см'; степень сжатия рабочей смеси 9.0;
I передачи. Привод заднего колеса — цепной.
Подтеки: пе|>елняя телескопическая; задняя
рычажная. < двумя пружинами. Маста 46 кг.
Максимальная скорость — 40 км/ч.
342
Иж-1. 1928 г. СССР.
I |е|И1ЫИ опытный МОТОЦИКЛ,
построенный в Ижевске пол
руководством П. В. Можарова.
Двигатель — четырёхтактный,
двухцилиндровый. V-образный,
воздушного охлаждения: рабочий
объём — 1200 см‘; максимальная
мощность — 24 л. с.
при 3000 об/мин. Привод заднего
колеса — карданный вал.
Подвески: передняя — рычажная:
задняя ось жёстко закреплена
на раме. Масса — 300 кг.
Максимальная скорость —
65 км/ч.
т
Хонда Голд Уинге Япония.
Хонда GB250 Клабмен». Япония.
Мотоцикл для асфальтированных лорог
Двигатель — четырехтактный, олнооилинлроаыи,
воздушного охлаждения; рабочий объем - 249 см’;
степень сжатия рабочей смеси — 10,2;
макг имальная мошность — 30 л. с.
при 9000 оГУмин; 6 передач. Привод заднего
колеса — цепной Подвески: передняя —
телескопическая; задняя — маятниковая, с двумя
амортиза’орами. Тормоза: передний — дисковый,
задний колодочный. Масса — 129 кг.
Туристский мотоцикл.
Двигатель — четырехтактный, шестицилиндровый,
V-образный, жидкостного охлаждения; рабочий объем —
1520 см'; степень сжатия рабочей смеси — 9.8;
максимальная мощность — 100 л. с. при 5200 об/мин.
5 передач. Привал заднего колеса — карданный вал.
Подвески: передняя — телескопическая; задняя —
рычажная, с двумя амортизаторами. Тормоза —
дисковые. Масса — 368 кг. Максимальная
< корсхть — 1Й0 км/ч: время разгона
до 100 км/ч — 4,5 С.
343
Бомбардир Грано Турине*. США.
Снегоход
Рама — пуихтрат таенная, ил алктминиеяосо с плана; ку«« -
карбоновый. Двигатель — двухтактный. грехоилинлровый; рабочий
объём — 750 см'; 3 передачи. Вариатор — клииоремённыи.
Подвески — пружинные. Имеется задний ход. Масса — 130 кт.
Максимальная скорость — более 100 км'ч.
.Урал М-63». СССР.
Тяжелый мотоцикл для сельской местности.
Двигатель четырехтактный.
лдухнилиндровый. поздушного охлаждения;
рабочий объём 496 см'; степень сжатия
рабочей смеси 6,4; максимальная
мощность — 28 л. с при 5200 об/мин
Привод заднего колеса — карданный вал.
Подвески: передняя — телескопическая:
задняя — маятниковая. с двумя
амортизаторами. Тормоза — колодочные.
Масса с коляской — 340 кг. Максимальная
скорость — 105 клл'ч.
BMW К 1100 RS. Германия.
Стандартный шоссейный мотоцикл.
Анит а иль — четырёхтактный
двухцилиндровым, Vобратный,
вотдушно-мкляиор системы
охлаждения: рабочим объём —
1085 см'; степень сжатия рабочей
смеси — 10,7; максимальная
мощность — 90 л. с.
при 7250 об/мин: 5 передач.
Подвески: передняя гелеверная,
задняя — паралейерная Тормоза --
дисковые. Масса — 216 кг
Максимальная скорость — 215 клУч;
время разгона ди 100 км/ч — 4,1 с.
344
«Харлей Лэянлкж Супер Клжйд» FXT. США.
Двигатель четырехтактный,
двухцилиндровый, V-образный. воздушного
охлаждения; рабочий объем — 1338 см1;
степень сжатия рабочей смеси — 8,5;
максимальная мощность — 48 л. с. при
4900 об/мин; 5 передач. Привод заднего
колеса — клмморемённый. Подвески:
передняя — телескопическая. задняя —
маятниковая, с двумя амортизаторами.
Тормоза — дисковые Масса — 216 кг.
«Ямаха YES 200 Блейсст». Япония.
Четырёхколёсттый мотивездеход i строят
с 1982 г.). Рекомендуется для ближних
поезде ж взрослым и детям.
Двигатель — двухтактный, одноцилиндровый,
воздушного охлаждения, рабочий объем —
195 гм'; степень сжатия рабочей смеси — Ь,6,
максимальная мощность — 21 л. с. при
7000 об/мин; Ь передач. Привод задних
колес — цепной. Подвески: передняя
на продольных рычагах; задняя —
маятниковая, с нейтральным амортизатором.
Тормоза: передний — барабанный, задний —
дисковый. Масса —- 145 кг.
мотоциклов «Промет-300» с рабочим объёмом мотора 300 см3; после доработки они стали
называться JI-ЗОО. В 1933 г. эти машины начали выпускать на вновь построенном Ижевском
мотоциклетном заводе под маркой Иж-7.
К 70-м гг. классификацию мотоциклов дополнили классами универсал, мотоцикл двойного
назначения, мини-мотоцикл, мопед, «мофа».
Универсал, или «рабочая лошадка», — мотоцикл с усреднёнными возможностями: достаточно
прочный, с не очень форсированным двигателем. Такие машины хороши для повседневной
езды и в городе, и в сельской местности.
Мотоцикл двойного назначения, или «эндуро» (выносливый внедорожник), предназначен для
езды по шоссе и грунту. На нём высоко подняты глушитель и щитки колёс, установлен более
надёжный и долговечный двигатель, иногда — широкопрофильные шины. Декоративная
отделка минимальна. Такая модель представляет собой нечто среднее между универсалом и
спортивным мотоциклом для мотокросса по пересечённой местности.
Мини-мотоцикл, или «мини-байк», массой около 60 кг, умещается в багажнике автомобиля.
Мотор у него не мощнее 5—6 л. с.; бензобак рассчитан на 4—5 л; низкое седло; скорость — до
70 км/ч.
345
Мопед, или «мокик», — сверхлёгкий мотоцикл с заводным рычагом (кикстартёром), без
педального привода. Рабочий объём мотора — до 50 см3; скорость — до 40 км/ч.
«Мофа» — облегчённый и упрощённый мопед с педальным приводом, который не имеет
коробки перемены передач и амортизатора на заднем колесе.
В наибольших количествах заводы выпускают мини-мотоциклы, мопеды, «мофы»,
ориентированные на молодёжь, женщин и людей пожилого возраста. На таких машинах можно
ездить без шлема. Сегодня их во Франции до 90%, в Италии — почти 80%. «Эндуро»
используют чаще всего для отдыха на природе, универсалы — для повседневной езды.
ТРАМВАЙ, ТРОЛЛЕЙБУС, ФУНИКУЛЁР
Когда города были небольшими, люди и по делам, и в гости добирались пешком. Шло время,
расстояния увеличивались, и появилась потребность в создании городского общественного
транспорта. К началу XVIII в. пассажиров, багаж и почту перевозили дилижансы и омнибусы,
запряжённые лошадьми. Однако дороги находились в столь плачевном состоянии, что поездки
превращались в настоящее мучение. Со временем карету заменили вагонами, а обычную дорогу
— рельсами. Путь стал гладким и ровным, а езда — удобной и быстрой. Так в городах
появилась конка.
Первая сеть конно-железных дорог была построена в 30-х гг. XIX в. в Нью-Йорке, а в 1837 г. по
городу проследовал первый паровой трамвай (от англ, tram — «вагон» и way —
«путь»), В 1880 г. русский изобретатель Фёдор Аполлонович Пироцкий (1845—1898) испытал
способ передачи электроэнергии по трамвайным рельсам. Испытания прошли успешно. В
Берлине в 1879 г. был пущен в опытную эксплуатацию небольшой участок путей для
электрического трамвая, который получал энергию по третьему, дополнительному рельсу,
проложенному между двумя ходовыми. В России этот вид транспорта появился сначала в
Киеве (1892 г. ), а затем в Москве (1899 г. ) и других городах. В наши дни такую систему подачи
электрической энергии можно увидеть только в метро. Для уличного транспорта она оказалась
малопригодной, поскольку идущий по рельсу ток опасен для людей.
Современный трамвай — это цельнометаллический вагон, колёса которого приводятся в
движение электродвигателями постоянного тока. Энергию двигатель получает от контактной
сети, подвесного провода с напряжением 500—700 В, через установленную на крыше вагона
контактную дугу из толстой проволоки — пантограф. Вторым проводом служат рельсы.
Управляют трамваем при помощи контроллера (от англ, controller — «управитель»),
позволяющего менять силу тока в электрической сети. Подвинул водитель рукоятку
контроллера — ток пошёл в обмотки двигателей, начали вращаться колёса, вагон набирает
скорость. А тормозят тоже с помощью моторов. Их перево-
Омнибус. Гравюра из газеты «Иллюстрейтед Лондон ньюс». 1 мая 1847 г.
* Дилижанс (фр. diligence) — большой крытый экипаж для регулярной перевозки пассажиров,
багажа и почты. Появился в Англии в XVI в.
**Омнибус (от лат. omnibus — «для всех») — многоместная конная карета, совершавшая
регулярные рейсы в городах и между ними. Этот первый вид общественного транспорта
появился в Париже в 1662 г.
***Конкой в России называли конно-железные дороги.
346
Конка у Каменного моста.
До 1904 г. Москва.
Трамвай и конка. 1904—1914 гг. Одесса.
дят в режим работы генератора, и они превращают кинетическую энергию вагона в
электрический ток. Трамвай теряет энергию, а, следовательно, и скорость — и останавливается.
В чрезвычайных обстоятельствах используют обычные тормоза.
Долгое время трамваи были основным видом городского транспорта: власти (да и пассажиров)
привлекали их дешевизна, вместительность и экологическая чистота. Однако трамвай требует
специальной полосы движения на улице, большого радиуса поворота, а значит, просторных
перекрёстков (в начале XX в. в старых городах при прокладке рельсов даже сносили угловые
здания). Громоздкие и неповоротливые трамвайные вагоны часто мешают автомобильному
потоку, становятся причиной заторов. К списку недостатков можно добавить постоянные
обрывы контактного провода и его вечное искрение, что создаёт сильные радиопомехи. За
границей от этого вида транспорта отказались. В настоящее время он сохранился лишь в
немногих европейских городах.
Однако в России трамвай по-прежнему любим. В конце XX в. была разработана концепция
скоростного трамвая. Новые линии часто отгораживают от остальной проезжей части, что даёт
возможность развивать скорость до 80 км/ч. В результате за день трамваи перевозят
пассажиров не намного меньше, чем, скажем, поезда метро, строительство которого обходится
гораздо дороже. Подобные линии есть в Кривом Роге, Новополоцке. В Волгограде скоростной
трамвай пустили под землёй, в туннелях неглубокого заложения. Эта линия — так называемое
дешёвое метро — не мешает потоку автомобилей, а город получает удобный и скоростной вид
транспорта.
Станция конки.
1904—1914 гг. Одесса.
Трамвай. 1904—1914 гг. Екатеринослав.
347
Современный трамвай.
Новый трамвай. 1999 г. Челябинск.
Модель 71-619 совместного производства Устъ-Катавского завода и немецкой фирмы. Вагон
имеет каплевидную форму: оборудован системой автоматической вентиляции.
МЕЖДУ ТРАМВАЕМ И АВТОБУСОМ
Троллейбус (от англ, trolley — «контактный провод», «роликовый токоприёмник» и bus —
«автобус») был создан в Германии в 1882 г. А широкое распространение этот вид
безрельсового транспорта получил лишь в 30-х гг. XX в., когда была усовершенствована
система токоприёмника и появились асфальтированные дороги. В СССР первый троллейбус
пустили по Москве в 1934 г.
Мощность двигателя современного троллейбуса достигает 120 кВт, скорость — 70 км/ч. В
конструкции троллейбуса сочетаются преимущества автобуса и трамвая. От первого он взял
мягкие пневматические шины, что позволяет ездить практически бесшумно по обычной дороге,
а от второго — электрический двигатель, не дающий ни гари, ни копоти, ни вредных
выхлопных газов. Питается мотор электроэнергией от контактной сети. Вдоль маршрута
натянуты два подвесных (троллейных) провода; по ним скользят два токоприёмника («рожки»),
по которым и поступает электроэнергия. У первых троллейбусов токоприёмники заканчивались
роликами, катившимися сверху проводов; позже ролики заменили на пластины, прижатые к
проводам снизу. Принцип торможения у троллейбуса тот же, что и у трамвая.
Троллейбус у Триумфальной арки на улице Горького. 1935—1936 гг. Москва.
Новый троллейбус. 1997 г. Самара.
Усовершенствованная конструкция. Управляющие реостаты вынесены на крышу, там же
расположен очиститель воздуха.
348
Строительство троллейбусной линии стоит намного дешевле, чем прокладка трамвайных
путей. В Крыму даже действует единственная в мире междугородная троллейбусная линия
Ялта — Симферополь. Однако, несмотря на все преимущества этого вида общественного
транспорта, сохранился он в основном на территории бывшего СССР и в Швейцарии.
Существует также и троллейвоз — грузовой троллейбус. Его грузоподъёмность — от 5 до 25 т.
Разновидность троллейвоза — дизель-троллейвоз (имеет электродвигатель и дизель). Эта
машина «всеядна» и универсальна: там, где есть контактная сеть, троллейвоз идёт на
электрическом ходу, а где кончаются провода — на дизеле.
ПАССАЖИРСКИЙ ТРАНСПОРТ В ГОРАХ
Для перемещения пассажиров и грузов по крутому подъёму на короткое расстояние был создан
фуникулёр
(от лат. funiculus — «канат») — рельсовая дорога с канатной тягой. В тех местах, где подъёмы
для обычных поездов слишком круты, вагоны канатных фуникулёров спокойно движутся вверх
и вниз.
Внешне фуникулёр больше всего напоминает обычный городской трамвай, но двигатель
установлен не в пассажирской кабине, а вне её, на конечной станции. Он приводит в движение
тяговый канат, к которому с помощью захватывающего устройства крепится кабина.
Если канат фуникулёра лопнет или хотя бы ослабнет, то автоматически срабатывает пружина,
которая сдавливает рельс с обеих сторон клиньями, не позволяя вагону скатываться вниз.
Иногда вагоны движутся не по рельсам, а по канату — такие «воздушные» поезда могут
преодолевать ущелья.
Первые пассажирские фуникулёры появились в Италии (Генуя) и Австрии (Зоммеринг) в 1854
г. На Западе они считались ненадёжными и сохранились лишь в США
। Устройство фуникулёра. Схема.
С подвижным канатом fit сцепляемся захватывающее устройство (21 на крыше кабины, а колёса (.31 катятся по неподвижному
канату (4). Направляющие рельсы на станции освобождают захваты и снимают кабину с канатов. Иногда на линии устанавливают два
вагона, движушиеся навстречу друг другу между двумя конечным», станциями. На нижней станции есть механизм, который
поддерживает канаты в натянутом состоянии. Протяжённость канатной дороги может достигать 200 км, а угол подъёма — 45*,
349
Лвнагннс фуникулёра на разъезде-
Обычно на линии ух тана вливаю г два
вагона, движущиеся по принципу
маятника между двумя конченными
станциями. Для экономии средств путь
делают одноколейным, и только строго
посередине пути есть двухколейный
участок, на котором встречные ваг омы
расходятся. Вагоны имеют колёса двух
типов: с двойным гребнем (ребордой) на
<Хюле и гладкие При подходе к разъезду
колёса с двойным гребнем заставляют
вагон переходить на левую колею.
(Сан-Франциско) и в Новой Зеландии (Веллингтон).
Любителям горнолыжного спорта, конечно, хорошо знакомы канатные дороги с подвешенными
креслами, вагонами или вагонетками. Канатных дорог в мире немного, и строят их только в
гористой местности. Пропускная способность пассажирской канатной дороги составляет до
тысячи человек в час, грузовой — до тысячи тонн в час.
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ
До середины XIX в. грузовые и пассажирские перевозки осуществлялись в основном по рекам.
На крупнейших судоходных артериях возникали города и заводы, развивалась торговля.
Наземный транспорт был гужевым — на конной тяге. Но развивающаяся промышленность
требовала более совершенного — надёжного и быстрого — средства передвижения. Им стала
железная дорога, позволяющая перевозить очень тяжёлые грузы с гораздо более высокой
скоростью.
КАК УСТРОЕНА ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА
Железная дорога — рельсовый путь, по которому движутся локомотивы и вагоны (подвижной
состав). Есть на железнодорожном пути разъезды, станции и остановочные пункты, действуют
системы сигнализации и связи. Восстанавливают пути и подвижной состав специальные
ремонтные предприятия.
350
ИЗ ИСТОРИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Родоначальник современной железной дороги — выдающийся английский изобретатель
Джордж Стефенсон (1781—1848). В сентябре 1825 г. лучший из целой серии
сконструированных им паровозов, «Локомоушен» № 1, совершил первую поездку по линии
Стоктон — Дарлингтон протяжённостью 21 км со скоростью около 12 км/ч. Спустя несколько
лет был создан знаменитый локомотив «Ракета».
В России первую железную дорогу с паровой тягой построил талантливый уральский мастер
Мирон Ефимович Черепанов (1803—1849), которому помогал его отец Ефим Алексеевич
(1774—1842). Паровоз Черепановых начал ходить в августе 1834 г. в Нижнем Тагиле на
Выйском заводе семьи Демидовых. По железной дороге длиной 854 м перевозили грузы массой
до 3,3 т со скоростью 13—16 км/ч.
В 1836—1838 гг. была построена Царскосельская железная дорога общего пользования (27 км),
соединившая Петербург с Царским Селом и Павловском. Важнейшая стройка того времени —
двухколейная железная дорога Петербург — Москва (649,7 км). Первые поезда пошли по ней в
1851 г. Большой вклад в сооружение дороги внесли выдающиеся русские инженеры и учёные, в
первую очередь П. П. Мельников, Н. О. Крафт, Н. И. Липин, Д. И. Журавский.
Бурное развитие сети железных дорог в России пришлось на вторую половину XIX в. Ежегодно
строилось свыше 1 тыс. км железнодорожных линий. Великую Транссибирскую магистраль
(Челябинск — Омск — Иркутск — Хабаровск — Владивосток) протяжённостью свыше 7 тыс.
км проложили всего за десять лет (1891 —1900 гг.). Однако поезда через Байкал переправляли
на пароме, пока не закончили участок дороги по южному берегу озера. В начале XX в. общая
протяжённость железнодорожной сети Российской империи составила около 76 тыс. км.
В СССР к реконструкции железнодорожного транспорта приступили в 1931 г. Были
разработаны новые модели вагонов, мощных грузовых и пассажирских паровозов. В 50-х гг.
появились дизельные тепловозы и электровозы. К 1990 г. электрифицировали 52 тыс. км
железнодорожных линий, и более половины объёма всех перевозок осуществляли электровозы.
Построенные тогда же заводы полностью обеспечили потребности транспорта в локомотивах и
вагонах. К 1991 г. протяжённость железнодорожной сети Советского Союза достигла 150 тыс.
км. В конце XX столетия длина железных дорог России составляет 87 тыс. км. Общая же
протяжённость железных дорог в мире — 1,3 млн. км; они действуют почти во всех странах
мира.
Открытие первой в России железной дороги Санкт-Петербург — Царское Село. Гравюра,
раскрашенная от руки.
Пассажирский поезд на станции Большая Охта под Санкт-Петербургом. Начало XX в.
Тепловоз с товарным составом.
351
Символ железной дороги — паровоз.
Рихтовочная машина.
Измеряет, контролирует и исправляет профиль криволинейных участков пути с помощью
электронной аппаратуры.
РЕЛЬСОВЫЙ ПУТЬ. Это основа железнодорожного транспорта. Рельсовый путь имеет
сложное строение, от его прочности зависит безопасность движения поездов. Тяжёлые рельсы
здесь надёжно уложены и скреплены. Стандартная длина рельса — 12,5 и 25 м, но в последние
годы укладывают и сварные плети длиной до 800 м — бесстыковой путь. Ширина рельсовой
колеи на российских дорогах равна 1520 мм.
Прямые и круговые участки железнодорожного пути соединены между собой криволинейными
— с таким переменным радиусом, чтобы центробежная сила, возникающая при движении по
закруглению, нарастала постепенно. Минимальный радиус криволинейных участков на
перегонах составляет 300 м.
На железнодорожном пути имеются горизонтальные участки, называемые площадками, и
уклоны, крутизна которых измеряется в промилле.
Крутизна уклона равна отношению вертикального подъёма или спуска h к длине I. Например,
если на расстоянии в 1 км путь опустится на 5 м, величина уклона составит /=0,005 = 5%о.
Наибольший подъём на участке определяет скорость движения и массу поезда в зависимости от
типа локомотива. На российских дорогах для тепловозной тяги уклон не должен превышать 12
%о, а для электровозной — 15%о.
Для соединения и пересечения железнодорожных путей служат стрелочные переводы,
стрелочные улицы, съезды и т. п. Стрелки переводят либо вручную, либо (на станциях, где
много путей) централизованно — с пульта диспетчера. Железные дороги оборудуют
различными путевыми и сигнальными указателями — километров, пикетов (через 100 м),
начала и конца криволинейных участков, уклонов; знаками и светофорами, входящими в
систему автоматической блокировки. Светофоры переключаются автоматически при
прохождении состава. Кроме того, поезда оснащены автостопами, которые по сигналу с пути
включают тормоза и останавливают состав, например перед красным сигналом светофора, если
этого не сделал машинист.
Межстанционные перегоны при автоблокировке делятся на блок-участки с проходным
светофором в начале каждого из них. Идущий поезд свя-
*Промилле — тысячная доля величины; обозначается %о.
352
зан с блок-участками через рельсы и колёсные пары. Важно, что при этом заодно
контролируется исправность пути, — это повышает безопасность движения. Как же работает
трёхзначная автоблокировка?
Горит зелёный сигнал светофора. Это означает, что следующие два блок-участка свободны.
При вступлении поезда на первый из них включается красный свет; он горит до тех пор, пока
поезд полностью не перейдёт на второй блок-участок. Тогда загорается жёлтый сигнал,
указывающий, что данный блок-участок свободен, но следующий за ним — занят. Когда поезд
минует второй блок-участок и перейдёт полностью на третий, светофор переключится на
зелёный, следующий за ним — на жёлтый, а третий светофор — на красный, запрещая вход на
участок другому поезду. В кабине локомотива имеется цветовое табло, которое повторяет
сигналы встречных светофоров.
Используют на дорогах России и прибор для обнаружения нагретых букс (ПОНАБ) в
проходящих поездах. Обнаружив горячую буксу (она может привести к аварии), прибор
включает красный свет на светофоре и подаёт соответствующий сигнал на пункт технического
обслуживания.
ЛОКОМОТИВЫ. Самым первым типом тяговой машины для передвижения поездов —
локомотива (от лат. loco moveo — «сдвигаю с места») был паровоз. Он имел паросиловую
установку — паровой котёл и паровую машину. На отечественных железных дорогах паровоз
использовался с 1834 г. до середины 50-х гг. XX в. Столь долгая жизнь объясняется простотой
конструкции, способностью работать на любом топливе и лёгкостью управления.
Наряду с достоинствами у паровоза есть и существенные недостатки. Самый серьёзный —
низкий коэффициент полезного действия (КПД), который не превышает 7—9%, а часто
снижается до 5%. Это означает, что из каждых 100 кг топлива, сжигаемого в топке паровозного
котла, полезно используется только 5—9 кг. Паровоз расходует большое количество воды (на
промежуточных станциях даже создавали системы водоснабжения) и выбрасывает много дыма
и копоти.
Тепловозы — локомотивы с двигателем внутреннего сгорания, обычно дизелем. Они обладают
высоким КПД
Путеукладчик на строительстве железнодорожной магистрали.
Паровоз. Вторая половина XIX в. США.
Паровоз. Первая половина XX в.
*Букса — металлическая коробка, внутри которой находятся подшипники с устройством для
смазки; передаёт нагрузку от вагона или локомотива на колёсную пару.
353
ЛОКОМОТИВЫ СЕРИИ о
Грузовой паровоз серии Ов спроектировал в 1889 г. известный русский инженер В. И.
Лопушинский. С 1893 г. эти локомотивы изготовляли на Коломенском, Брянском, Невском и
других заводах в течение 15 лет, всего построили 8723 машины нескольких модификаций. Они
считались основными локомотивами государственных железных дорог, а потому после ряда
переименований получили название «основные» и вошли в серию О. В обозначении указывался
тип парораспределительного механизма (чаше всего систем бельгийского инженера Вальсхарта
и американца Джоя), использовались символы Ов и Од. Бо'лыпую часть выпуска составили
машины серии Ов, которые часто ласково называли «овечками».
Масса паровоза в рабочем состоянии — 53,2 т; мощность паросиловой установки — 600 л. с;
сила тяги — 10 тс; КПД — 4.2%; скорость — 50 км/ч.
ТОВАРНЫЕ ПАРОВОЗЫ СЕРИИ Э
По проекту инженеров В. И. Лопушинского
и М. Е. Правосудовича в 1912 г. в России начали
выпускать мощный грузовой локомотив серии Э.
Различные модификации этого паровоза в течение 44 лет
производили на 6 отечественных заводах
и в 27 иностранных фирмах. Машины, построенные
в Швеции и Германии, обозначали соответственно
символами Эш и Эг, усиленные — Эу,
а реконструированные — Эр. В суровую зиму 1942/43 г.
машина Эш4375 регулярно водила поезда в блокадный
Ленинград героической Дорогой жизни.
Было изготовлено 7588 паровозов серии Э всех
модификаций (из них 2355 — Эу и 324 — Эр).
Локомотивы работали на всех железных дорогах СССР.
Машинисты любили их за надёжность, простоту
управления и обслуживания. Машинам даже
придумывали различные прозвища, вроде «эхо» и «эшак».
Масса паровозов серий Эу (Эр) в рабочем состоянии —
79 (83,6) т; диаметр движущих колёс — 1320 мм; давление
пара в котле — 12(14) атм; КПД — 8%; скорость —
65 км/ч.
ПАССАЖИРСКИЕ ПАРОВОЗЫ СЕРИИ П36
В 1947 г. Коломенскому паровозостроительному заводу поручили спроектировать и выпустить
новый пассажирский локомотив. Спустя три года сделали опытный образец, затем в течение
1955—1956 гг. локомотивы производили серийно. 29 июня 1956 г. из ворот завода вышел
последний отечественный паровоз П36-0251. Машина, созданная под руководством
выдающегося локомотивостроителя Л. С. Лебедянского, оказалась универсальной и
применялась для вождения курьерских, скорых, пассажирских и почтовых поездов.
Машинисты «выжимали» из «тридцать шестого» мощность более 3000 л. с. Паровозы серии
П36 ходили до 1974 г.; два из них сохранились: П36-0120 — на столичном Белорусском
вокзале, П36-0251 — в Музее железнодорожной техники на станции Шушары под Санкт-
Петербургом.
Масса паровоза в рабочем состоянии — 133 т; диаметр движущих колёс — 1850 мм; давление
пара в котле — 50 атм.; расчётная сила тяги — 14,8 тс; мощность при расчётной силе тяги —
2200 л. с; максимальный КПД — 9,22%; скорость — 125 км/ч.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ ГРУЗОВЫЕ ТЕПЛОВОЗЫ
Тепловоз серии 2ТЭ10Л начали выпускать на Луганском тепловозостроительном заводе в 1961
г. Позже появились модификации тепловоза. Машины водили товарные поезда на всех
неэлектрифицированных магистралях. На локомотивах испытывали новые системы и агрегаты,
устанавливаемые в дальнейшем на серийные образцы. Всего было построено более 3 тыс.
тепловозов этой серии. Масса тепловоза в рабочем состоянии — 260 т; мощность дизелей —
6000 л. с; сила тяги — 52 тс; скорость — 100 км/ч.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВОЗЫ СЕРИИ ТЭ2
Первый отечественный сочленённый тепловоз серии ТЭ2 был выпушен на Харьковском заводе
транспортного машиностроения в 1952 г. Проектированием руководил конструктор А. А.
Кирнарский. В каждой секции локомотива стоял дизель, вращавший вал электрогенератора.
Локомотивы этой серии работали в основном в Средней Азии на железнодорожных линиях,
проложенных по безводной пустыне, и отличались высокой надёжностью.
Масса тепловоза в рабочем состоянии — 170 т; мощность каждого из двух дизелей — 2000 л. с;
сила тяги дизеля — 11 тс; скорость — 93 км/ч.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОВОЗЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СЕРИИ ВЛ60
В 1956 г. на Новочеркасском электровозостроительном заводе под руководством инженера Б.
Н. Тихменова закончили проектирование и изготовление опытного электровоза переменного
тока, серийный выпуск которого освоили в 1959 г. Применение переменного тока для питания
локомотивов обещало большие выгоды — вплоть до семикратного уменьшения количества
потребляемого тока. Строили электровоз в различных модификациях. Всего выпустили более
2500 экземпляров. В 60-х гг. ВЛ60 был основным отечественным локомотивом переменного
тока. Масса электровоза в рабочем состоянии — 138 т; напряжение контактной сети — 25 000
В; мощность тяговых электродвигателей — 4140 кВт; сила тяги — 32 тс; скорость — 100 км/ч.
(до 30%) и работают в любых климатических условиях. Строительство железных дорог с
тепловозной тягой обходится дешевле, чем с паровозной или электрической. Отечественная
промышленность выпускает магистральные тепловозы с электрической передачей. Дизель
вращает электрический генератор переменного тока, подключённый к силовому выпрямителю.
Постоянный электрический ток поступает на тяговые двигатели, которые через редукторы
вращают колёсные пары.
Тепловозы бывают грузовые, пассажирские и маневровые; каждый из них имеет свои
конструктивные особенности. Например, грузовой тепловоз серии ТЭ136 мощностью 4412 кВт
рассчитан на скорость 100 км/ч, а пассажирский ТЭП75 той же мощности — на скорость 160
км/ч.
Тепловозы широко применяются на железных дорогах США, Канады и стран Западной
Европы.
Локомотив с электродвигателями, получающими энергию от контактной сети, называется
электровозам.
356
Сейчас в России эксплуатируются электровозы переменного однофазного тока (питающее
напряжение 25 кВ и частота 50 Гц), а также постоянного тока (напряжение 3 кВ). Это мощные
грузовые локомотивы отечественного производства серии ВЛ и чехословацкие пассажирские
серии ЧС. Например, электровоз серии ВЛ85 мощностью 9400 кВт рассчитан на скорость ПО
км/ч, а пассажирский электровоз серии ЧС4 мощностью 4920 кВт — на скорость до 160 км/ч.
Большое достоинство электровоза — экономичность. Во время движения под уклон его
электродвигатели работают как генераторы электрического тока, который поступает обратно в
сеть. Такой режим называется рекуиерационным (от лат. recuperatio — «обратное получение»)
торможением. Коэффициент полезного действия электровоза при этом достигает 88— 90
процентов.
В средней части кузова электровоза размещено электрическое и пневматическое оборудование,
в торцах располагаются кабины машиниста. На крыше находятся два токоприёмника и другие
агрегаты. Кузов опирается на тележки, а через рессоры — на колёсные пары, приводимые во
вращение тяговыми двигателями посредством редукторов.
Моторные вагоны снабжены собственным двигателем. Из моторных и прицепных вагонов
формируют дизель-поезда и электропоезда (электрички); их длину изменяют, отделяя и
присоединяя вагоны. Дизель-поезда используют на неэлектрифициро-
ванных участках железных дорог в пригородном и местном сообщении. На
электрифицированных линиях с частыми остановками и большим потоком пассажиров ходят
электропоезда. В настоящее время практически всё пригородное сообщение в России
обеспечивают электропоезда серий ЭР2 и ЭР22 постоянного тока и ЭР9П
Электровоз. Начало XX в. Германия.
Вагон электропоезда. Начало XX в. Германия.
357
Скоростная электричка «Экспресс» на Казанском вокзале в Москве.
Электропоезд «Сокол».
Предназначен для перевозки пассажиров на расстояние 700—800 км; рассчитан на скорость
до 350 км/ч.
переменного тока. Первый междугородный электропоезд серии ЭР200 из 14 вагонов построен в
1973 г.; его скорость достигает 200 км/ч. Электропоезд эксплуатируется на линии Москва —
Санкт-Петербург.
Локомотивное хозяйство располагает депо (основными и оборотными), мастерскими и
топливными складами. К основному депо приписаны локомотивы, обслуживающие данный
участок; там их ремонтируют и меняют локомотивные бригады. В оборотных депо бригады
только отдыхают или ожидают поезда для возвращения на станцию основного депо.
В паровозную бригаду входило три человека: машинист, помощник и кочегар. Тепловозная,
электровозная и мотор-вагонная бригады состоят из машиниста и помощника машиниста.
ВАГОНЫ. ПОЛУВАГОНЫ. ЦИСТЕРНЫ. Пассажиров и грузы перевозят в вагонах.
Пассажирские вагоны — четырёхосные. Все они имеют цельнометаллические кузова,
оборудованы автосцепным устройством и автоматическими пневматическими тормозами.
Пассажирский парк состоит из вагонов пассажирских, почтовых, багажных, специальною
назначения, а, кроме того, из вагонов-ресторанов.
Вагоны для перевозки пассажиров выпускаются открытого типа (некупейные) на 58 мест,
купейные на 38 мест и мягкие (СВ) на 18 мест с площадками-тамбурами для входа, выхода и
перехода в другой вагон. Во всех вагонах есть центральное водяное либо электрическое
отопление, электрическое освещение, вентиля-
Товарный состав с грузовыми платформами.
358
ция, а в ряде случаев — установки для кондиционирования воздуха. Тележка пассажирского
вагона имеет две ступени рессорного подвешивания, которые обеспечивают плавный ход
вагона при скоростях до 160 км/ч.
На железных дорогах России эксплуатируются в основном грузовые четырёхосные, а также
шести- и восьмиосные большегрузные вагоны. У полувагонов нет крыши. Они бывают как
четырёх-шести так и восьмиосные
ТУННЕЛЬ ПОД ЛА-МАНШЕМ
В 1751 г. французский геолог Никола Демаре предложил соединить Британские острова с
Европой, проложив туннель под проливом Ла-Манш. В 1802 г. он подал на рассмотрение
первому консулу Франции Наполеону Бонапарту проект освещённой лампами подземной
трассы с вентиляционными трубами, возвышающимися над поверхностью воды. В 1867 г. на
Всемирной выставке в Париже демонстрировался проект дороги под Ла-Маншем,
разработанный Эме Томе де Гамоном. Он был одобрен королевой Великобритании Викторией.
Однако и эти, и многие другие предложения так и остались нереализованными.
И вот в январе 1986 г. главы правительств Великобритании и Франции одобрили проект
«Франция — Ла-Манш», а 6 мая 1994 г. выдающееся техническое сооружение было введено в
строй. За время строительства 15 тыс. рабочих извлекли из гигантских подземных ходов 10
3
млн. м породы.
Подземная трасса — это три параллельных туннеля: два крайних (по 7,6 м в диаметре) —
железнодорожные, а сред-
ний (4,8 м в диаметре) — служебный. Расстояние между транспортными туннелями — 30 м;
глубина залегания — 40 м ниже уровня морского дна. Общая протяжённость трассы — 52,5 км,
из них под водой — 38 км.
Каждый туннель состоит из сводчатых, укреплённых гранитом бетонных сегментов толщиной
1,5 м. Между туннелями для выравнивания воздушного давления размешены воздуховоды.
Предусмотрены также поперечные коммуникации для служебных, противопожарных и других
целей. Недалеко от берега функционируют переезды из одного туннеля в другой. За работой
всей магистрали и её жизнеобеспечением следят компьютеры, объединённые в три системы
информационного контроля и связи.
Туннель в разрезе.
1 — терминал в Фолкстоне;
2 — терминал близ Сангатта;
3 — переезды из туннеля в туннель;
4 — сбросы пород;
5 — слой известняка;
б — пласт синего мела;
7 — слой глины.
359
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ НЕКОТОРЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН
играна । |ротяженность желез»юдорож ной сети. тыс. км ширина ко,леи, мм
Австралия 39,7 1600, 1435, 1067
Великобритания 16,5 1435
Германия 41 1435
Индия 62,2 1676, 1000, 762, 610
Канала 65 1435
Китай 53,4 1435
США 283 1435
Япония 28 1435, 1067, 646
грузоподъёмностью 70 и 125 т соответственно и служат для перевозки грузов навалом. Обычно
в дне полувагона есть люки; через них можно высыпать груз (уголь, руду и т. п.).
Цистерны служат для перевозки жидких грузов. Кузов цистерны представляет собой
металлический котёл цилиндрической формы. В верхней части имеется люк, через который
наливают жидкость, а внизу — сливная труба с краном.
Изотермические (термосы) и рефрижераторные (с машинным охлаждением) вагоны
предназначены для перевозки скоропортящихся грузов. Помимо универсальных на железной
дороге эксплуатируются разнообразные специализированные вагоны: для перевозки зерна,
цемента,
песка, щебня, легковых автомобилей и многого другого.
РАЗДЕЛЬНЫЕ ПУНКТЫ. Для того чтобы железнодорожная линия была способна
пропустить как можно больше поездов, её делят на перегоны, между которыми находятся
разъезды, станции и т. п.
Разъезды устраивают на одноколейных дорогах в виде одного или двух дополнительных путей.
Они позволяют идущим по одной колее поездам миновать друг друга. Разъезды оборудуют
стрелками и средствами связи. На станциях принимают, отправляют и пропускают сквозные
поезда; формируют грузовые составы, сортируя вагоны, т. е. прикрепляя их к поездам,
следующим на большие расстояния в нужном направлении.
НЕМНОГО О БУДУЩЕМ
Железнодорожный транспорт и впредь будет развиваться и совершенствоваться: достойной
замены ему пока нет. И в России, и в других странах (особенно на Востоке) ведётся
строительство новых линий, модернизируются, в первую очередь электрифицируются, старые.
В России железнодорожная сеть будет расширяться в районах Крайнего Севера, Сибири и
Дальнего Востока. Скорость пассажирских поездов достигнет 300 км/ч и более.
Железные дороги становятся межгосударственным и даже межконтинентальным видом
транспорта. Работает магистральная железная дорога, связывающая Западную Европу через
Россию с Китаем. Прокладываются новые магистрали из южной части Западной Европы с
выходом через Турцию на Иран, Индию и Китай, а из Китая тянут линии через Среднюю Азию
и Иран в Турцию. Разрабатываются проекты строительства железных дорог в Африке и странах
Латинской Америки. Австралию пересечёт железная дорога Юг — Север с паромной
переправой в Индонезию, а оттуда на азиатский и, следовательно, на европейский и
африканский континенты.
Монорельсовая железная дорога.
Используется в качестве городского транспорта: станет
пригородом, в первую очередь с аэропортами.
360
средством сообщения с
МАГНИТОПЛАН
Средняя скорость на железных дорогах не превышает 150 км/ч. Деловая же поездка, как
считают врачи, не должна длиться более 2 ч, в противном случае работоспособность человека
резко снижается. Добраться от одного крупного города до другого за это время можно только
самолётом. Но аэродромы обычно строят далеко от центра, так что на дорогу придётся
потратить ещё 1,5—2 ч. Железнодорожные вокзалы расположены гораздо удобнее — часто
рядом с центром. Если удастся повысить скорость поездов в 3—4 раза, от Москвы до
Петербурга, например, можно будет доехать всего за 1,5 ч. Однако сконструировать поезд,
способный состязаться с самолётом, непросто. Во-первых, при скорости 500 км/ч
центробежные силы угрожают разорвать колёса. Во-вторых, уже при 300 км/ч колёса теряют
сцепление с рельсами. В-третьих, на таких скоростях стук колёс становится запредельным.
Выход один: отказаться от колёс.
НЕВЕРНЫЙ ШАГ В ВЕРНОМ НАПРАВЛЕНИИ
Основоположник космонавтики К.Э. Циолковский в 1927 г. предложил построить поезд на
воздушной подушке. Реализовать эту идею пробовали в 60-х гг. французские инженеры, но
попытка оказалась неудачной. Поезд, а вернее, один вагон лихо носился по бетонному жёлобу,
оглашая окрестности рёвом двух авиационных двигателей; один создавал воздушную подушку,
второй — горизонтальную тягу. Уже этот шум — достаточно серьёзная проблема для
транспорта. Кстати, по той же причине не нашли применения локомотивы с турбореактивными
двигателями и со значительно более тихими газотурбинными. Конечно, создать воздушную
подушку можно и мощными компрессорами, но для их работы нужны соответствующие
моторы. Вот здесь-то и кроется главная трудность. Дизели требуют немало топлива, а
автономных электродвигателей, пригодных для установки на транспортные машины, сегодня
не существует.
ГЛАВНАЯ НАДЕЖДА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Есть ещё один способ «подвесить» поезд над (или под) рельсами. Его предложил в 1934 г.
немецкий инженер Герман Кемпер. Своё изобретение он назвал магнитной подвеской. Работа
подвески Кемпера основана на том, что одноимённые полюса магнитов отталкиваются.
Самый простой вариант — выложить как путь, так и днище поезда
Поезд на воздушной подушке. Рисунок в рукописи К. Э. Циолковского. 15 ноября 1927 г.
361
Принннп работы пое.ш
•Тражралнл».
/ — магнит;
2 — направляющий рельс;
J — статорная катушка.
Есам груз висит
гыа магнитом, сила
тяжести стремится
уменьшить зазор,
НО иттлзлипаюшая
г ила при этом
увеличивает ся
и равновесие
сохраняется.
При подвешивании груза
гмм магнитом < ила
тялес ти <тjm*мигея
увеличить млор.
л притягивающая сила
при этом уменьшается;
в результате груз падает.
V «Трансрапида» система
управления в этом случае
noAJi'r на обмотки
дополнительный ток,
увеличивая
притягивающую силу.
постоянными магнитами с соответствующей ориентацией полюсов; тягу будет создавать
линейный электродвигатель. Такой двигатель имеет ротор и статор, растянутые в полосы (в
обычном электромоторе они свёрнуты в кольца). Обмотки статора включаются поочерёдно,
создавая бегущее магнитное поле. Статор, укреплённый на локомотиве, втягивается в это поле
и движет весь состав.
Однако магистраль с постоянными магнитами — дорогое удовольствие, да и подъёмная сила их
невелика. Другой вариант — использовать на составе и на рельсах электромагниты. Но всё
время держать под напряжением путевые обмотки нерационально. Есть два выхода.
Можно подавать питание только в те катушки, над которыми в данный момент находится
поезд. Достаточно сильное магнитное поле состава будет наводить ток в путевых обмотках, а
те, в свою очередь, — создавать магнитное поле. Ещё один способ решения проблемы —
покрыть путь сплавом с малым электрическим сопротивлением. В нём возникнут
индукционные токи, которые будут создавать достаточно сильное магнитное поле.
КАК ЭТО ВЫГЛЯДИТ НА ПРАКТИКЕ
Работы по созданию магнитопланов ведутся уже не одно десятилетие в Германии, США,
Японии и России. В Советском Союзе к началу 80-х гг. появился опытный линейный участок
пути и экспериментальный вагон. Магнитопланом предполагалось связать московские
аэропорты Шереметьево и Домодедово с Центральным аэровокзалом; было подготовлено
технико-экономическое обоснование для строительства трассы от Еревана до курортной зоны
на берегу озера Севан. Однако на линейном участке ограниченной длины обкатать состав на
максимальных скоростях невозможно.
Больших успехов достигли немецкие фирмы «Хеншель» и «Тиссен» при реализации
программы «Трансрапид». Уже к середине 80-х гг. XX в. была построена опытная трасса с
линейным и двумя кольцевыми участками. На ней испытали поезд, достигший скорости 500
км/ч, а также конструкцию пути, стрелочные переходы, станционные сооружения, системы
безопасности. В зависимости от дальности следования и предполагаемых маршрутов
рассматриваются два типа поездов: двухвагонные (на 164 человека) — для сообщения городов
с аэропортами и десятивагонные (на 820 человек) — для междугородных линий.
Создатели «Трансрапида» применили неожиданную схему магнитной подвески. Они
использовали не отталкивание одноимённых полюсов, а притягивание разноимённых. Подве-
В кабине машиниста поезда «Трансрапид».
362
Схема движения поезда на магнитной подвеске.
Под вагоном установлены несущие электромагниты, а на рельсе — катушки линейного
электродвигателя. При их взаимодействии возникает сила, которая приподнимает вагон над
дорогой и тянет его вперёд. Направление тока в обмотках непрерывно меняется, переключая
магнитные поля по мере движения поезда.
сить груз над магнитом несложно (эта система устойчива), а под магнитом — практически
невозможно. Но если взять управляемый электромагнит, ситуация меняется. Система контроля
сохраняет величину зазора между магнитами постоянной — в несколько миллиметров. При
увеличении зазора система повышает силу тока в несущих магнитах и таким образом
«подтягивает» вагон; при уменьшении — понижает силу тока, и зазор увеличивается. Схема
обладает двумя серьёзными преимуществами. Путевые магнитные элементы защищены от
погодных воздействий, а их поле существенно слабее за счёт на порядок меньшего зазора
между путём и составом; оно требует токов гораздо меньшей силы. Следовательно, поезд такой
конструкции оказывается гораздо более экономичным.
Несущие магниты питаются от бортовых аккумуляторов, которые подзаряжаются на каждой
станции. Ток на линейный электродвигатель, разгоняющий поезд до самолётных скоростей,
подаётся только на том участке, по которому идёт поезд.
Сегодня нет технических проблем, мешающих начать массовое строительство магистралей для
поездов на магнитной подвеске, — этому препятствуют проблемы экономические.
Поезд «Трансрапид».
ПОДЗЕМНЫЙ ГОРОДСКОЙ ТРАНСПОРТ
Первая городская подземная дорога, или метрополитен (от фр. metropolitain — «столичный»),
была открыта в 1863 г. в Лондоне. Состав тянул паровоз, поэтому желающих путешествовать
по задымлённым туннелям было мало. Пассажиры предпочитали наземный транспорт вплоть
до 1890 г., когда в лондонском метро появились электровозы. В отличие от наземных
электрических железных дорог, где провод располагается над путями, в метро таким
проводником электричества стал третий, изолированный
363
Туннель лондонского метро в разрезе. Гравюра из газеты «Иллюстрейтед Лондон ньюс».
1864 г.
от земли рельс, находящийся под постоянным напряжением в 600—800 В. Этот технический
принцип, несколько изменившись, действует и по сей день. В результате воздух в туннелях
стал чистым, и люди, наконец, оценили преимущества «подземки».
Линия метрополитена, построенная в 1868 г. в Нью-Йорке, оказалась не подземной, а
надземной. Сооружение держалось на металлической эстакаде, по которой курсировали поезда
с паровозами.
В дальнейшем строили в основном подземные дороги, только электрические. Старейшими
метро континентальной Европы считаются будапештское (1896 г.), венское (1898 г.) и
парижское (1900 г. ). В конце XX в. метро действует в 28 странах мира.
В России проект «подземки» в 1902 г. разработал и представил Московской городской думе
инженер Пётр Иванович Балинский (I860—?). Однако осуществить его не удалось: дума
отвергла это предложение.
Первая линия метро открылась в Москве только в 1935 г. Сегодня оно работает в крупных
российских городах Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Самаре и
Екатеринбурге.
Современный метрополитен — сложный комплекс технических систем, работающих слаженно,
чётко и быстро.
После окончания смены машинисты уводят составы в депо, оборудованные автоматическими
мойками и сушилками для вагонов. Изнутри вагоны убирают вручную, как минимум, раз в двое
суток. Ночью работники службы сооружений приводят в порядок туннели и станции,
электромеханики проверяют исправность проводки, пожарные контролируют системы
оповещения и сигнализацию.
Днём поезда следуют через 3— 5 мин. В час пик интервал в движении сокращается (например,
в московском метро он составляет около минуты). У машиниста каждого состава есть график, в
котором с точностью до секунды указано время прибытия на станцию и время отправления.
График сверяют с интервальными и календарными часами. Интервальные часы показывают, не
опаздывает ли предыдущий поезд, а календарные — вовремя ли следует данный состав.
Скорость движения поездов регулирует автоматическая система, которая контролирует и
действия машиниста. Так, при подъезде к станции автоматически включается торможение.
Машинист обязан нажатием кнопки его выключить и вести поезд вручную: вдоль перрона
стоят люди и
V
Метромост в Киеве. 1998 г.
364
в случае необходимости автоматика не среагирует. Если не нажать кнопку, состав остановится.
Метро проветривают через вытяжные шахты. Поезд в туннеле действует как поршень,
выталкивая воздух через шахту, находящуюся впереди, и засасывая его из той, которую уже
миновал. Однако на некоторых участках с интенсивным движением из-за работы моторов и
тормозов порой настолько поднимается температура воздуха, что приходится нагнетать либо
откачивать воздух дополнительно. За микроклиматом на разных участках линии наблюдает
специальная система; данные поступают в центральную диспетчерскую, которая и даёт
команды на включение мощных воздушных насосов.
Эта диспетчерская — «мозговой центр» метро. Она соединена со службами подземного
хозяйства: по радио — с машинистами и локомотивными бригадами, по селекторной связи — с
дежурными по станциям. Компьютеры следят за тем, чтобы вся система работала слаженно,
соблюдались интервалы в движении поездов и не возникало чрезвычайных ситуаций.
Если центральная диспетчерская — «мозг» метрополитена, то его «кровеносная система» —
энергоснабжение. Для большей надёжности электрический ток подают от двух независимых
подстанций: если одна выйдет из строя, автоматически подключится другая. Кроме того, для
аварийного освещения предусмотрены аккумуляторные батареи.
Так работает самый удобный, надёжный и безопасный вид городского транспорта.
Туннель московского метрополитена.
Новый комфортабельный и энергоэкономичный метропоезд «Яуза». 1998 г. Россия.
Скорость состава — 100 км/ч; вместимость салона — 170 человек. Бортовой компьютер
контролирует состояние узлов и агрегатов состава; действует автоматическая вентиляция.
Впервые в отечественном вагоностроении кузова «Яузы» выполнены из нержавеющей стали.
365
СУДА И КОРАБЛИ
Судно — это сооружение, созданное для плавания. Часто полагают, что слова «судно» и
«корабль» — синонимы. Однако это не совсем правильно. В современном торговом флоте
применяют исключительно термин «судно», в военном — «корабль». Подобное разделение
сложилось постепенно.
В парусную эпоху кораблём называли лишь определённый тип судов — с прямыми парусами
на всех мачтах. Причём число мачт должно было быть не менее трёх. Таким образом,
настоящими кораблями считались только линкоры, фрегаты, корветы и некоторые торговые
суда. Ещё сто лет
Основные гилы парусного вооружения больших судов.
f Бриг. 2. Бригантина. f. Корабль (фрегат). 4. Марсесьиая шхуна.
5. Пятммачгопая баркемтина. 6. Гафельная шхуна. 7. Бермудская
шхуна. Л. Четырех мачтовый барк.
Типы парусного вооружения яхт.
I. Кэт. 2. Шлюп. J. Иол. 4 Тендер. 5, Кеч. 6. Г афельная шхуна
7. Стаксельная шхуна.
Парусное воору жениг барка.
I — бом-к ливер; 2 кливер; 1 - иилель-кАинер;
4 — форч'трнь-стлкгсль; 5 - фок; 6 - нижний фор-
иарсель; 7 - верхний фор-марс ель; 8 — фор-
брлмсгль; 9 — фир-Ьом-брамсель; 10— rpuT-crvMb-
стаксель; П — грот-брАм-стлкссль;
12 — грат4мхм-браи-ст«1ксель; 13 — грот;
14 — нижнии грот-марс ель; 15 — верхний грот-
марсель; 16 — грот-брамсель, 17 — грот-бом-
брамсель; 18 — апсель; 19 — крюнс-стень-стаксель;
20 — бизань; 21 - топсель.
366
Рангоут и такелаж барка.
Л — фок-мачта; Б — грот-мачта;
Я — бизань-мачта; I — бушприт;
2 - штаги: 1 прямые реи;
4 - фор-стеньга; 5 — фор-брам-
гтеныа; 6 — фордуны: 7 — вантм
8 — грот-< теныа; 9 — григ-Орам-
стеньга; 10 - гик; 11 сафель;
12 — крюйс-стеньг а.
назад моряк никогда бы не назвал двухмачтовое военное судно кораблём — это сочли бы
безграмотным.
Вид парусного судна определяли по типу парусного вооружения, которое включало в себя
рангоут (деревянные или стальные элементы мачт и реев), такелаж (пеньковые или
металлические канаты, расположенные на мачтах) и собственно паруса. В основу
классификации современных судов положены разные принципы. В зависимости от района
плавания суда делят на океанские, каботажные (предназначены для прибрежных рейсов в
море), речные и озёрные. По роду движителя — на гребные, парусные, колёсные, винтовые,
водомётные, крыльчатые. Действует, например, водомётный движитель так Винт расположен
не под кормой судна, а в трубе, проходящей вдоль корпуса. Вращаясь, винт засасывает воду и с
большой скоростью отбрасывает её назад. Возникающая тяга и движет судно. Классифицируют
суда также по назначению (например, торговое, пассажирское), по архитектуре, типу двигателя.
Пожалуй, одна из самых важных характеристик судна — тип двигателя, или, если следовать
терминологии кораблестроителей, тип энергетической установки. Пароходы оснащены
малооборотной паровой машиной, которая вращает гребной винт или бортовые гребные колеса.
Несмотря на простоту и надёжность, пароходы отличаются низкой экономичностью, поэтому
уже давно не строятся и повсеместно выводятся из эксплуатации. Более выгодны
паротурбоходы — суда с высокооборотной паровой турбиной. Такая энергетическая установка
встречается на современных крупнотоннажных танкерах и военных кораблях; в последние
годы она почти полностью вытеснена газовыми турбинами.
Самый распространённый ныне тип судна — теплоход. На нём стоит дизельный двигатель. Он
может быть малооборотным (работает непосредственно на гребной вал) или высокооборотным
(передаёт крутящий момент через редуктор). Дизель надёжно действует лишь при постоянных
оборотах, и теплоходы, которым необходим широкий диапазон скорости вращения винта,
оснащают гидравлической передачей, играющей роль редуктора. На дизелъ-электроходах и
турбоэлектроходах применяют электрическую трансмиссию. Генераторы постоянного тока
вращают двигатели, а те, в свою очередь, — винты. Дизель-электрические энергетические
установки стоят на подводных лодках, ледоколах и современных круизных лайнерах. Правда,
на последние их ставят не столько из-за возможности плавно регулировать скорость вращения
винтов, сколько из-за того, что они гораздо меньше шумят, чем обычные дизели.
Атомоходы — по существу те же турбоходы, но пар для турбин
367
УЧЕБНЫЕ ПАРУСНЫЕ СУДА
Зачем на пороге III тысячелетия, в век электроники и автоматики, строить парусники? Прежде
всего, для обучения будущих моряков. Практика на парусном судне физически закаляет
курсантов, воспитывает волю, смелость, чувство коллективизма. Работая высоко на реях в
шторм, можно испытать себя, проверить, правильно ли выбрана профессия, и одновременно
прикоснуться к романтике парусной эпохи.
Современные учебные парусные суда по конструкции почти не отличаются от парусников
второй половины XIX в. Однако оборудованы они новейшими средствами навигации,
радиолокаторами, вспомогательными дизельными двигателями. Работа с парусами
выполняется исключительно вручную. Единственное отличие — материал, из которого
изготовлены паруса, канаты и мачты. Сегодня вместо парусины и пеньки всё чаше используют
синтетические материалы — капрон и дакрон, а мачты и реи делают не из дерева, а из стальных
труб. Условия жизни экипажа и курсантов ничем не напоминают суровый быт моряков
минувшей эпохи.
В конце XX в. в мире насчитывается более 50 больших учебных парусников. Самым
внушительным флотом таких судов обладает Россия: под её флагом плавают четырёхмачтовые
барки «Седов» и «Крузенштерн», а также три фрегата (трёхмачтовые корабли) — «Мир»,
«Паллада» и «Надежда». Ещё три парусника — «Товарищ», «Дружба» и «Херсонес» — после
распада СССР достались Украине.
Уже более четырёх десятилетий в Европе проводятся ежегодные слёты «Операция „Парус"».
Их организатор — Международная ассоциация учебно-парусных судов (STAI — Sail Training
Association International),
Четырёхмачтовый барк «Крузенштерн». 1926 г. СССР.
Построен в Германии как грузовое парусное судно «Падуя». Длина с бушпритом — 114,5 м:
ширина — 14,2 м; высота мачт над ватерлинией — 58 м; площадь парусов — 3632 м~.
Парусный корабль «Херсонес». 1988 г. СССР.
Построен в Польше, одно из шести судов типа «Дар молодёжи». Длина с бушпритом — 109,4
м; ширина — 14 м; площадь парусов — 2647 м~.
Баркентина «Эсмеральда». 1952 г. Чили.
Построена в Испании. Длина с бушпритом — 94,1 м; ширина — 13,1 м; площадь парусов -
2503 м~.
которую по традиции возглавляет один из членов королевской семьи Великобритании. В
программу слёта входят парусная гонка, спортивные состязания между экипажами, парады,
концерты, конкурсы. Судну-победителю вручается переходящий приз — серебряная модель
клипера «Катти Сарк». Подобные слёты парусников (правда, не столь регулярно) проводятся в
США, Австралии и Японии.
368
ЯХТЫ
Яхта (голл. jacht) — это парусное, парусно-моторное или моторное судно для спорта и отдыха.
Чтобы идущую под парусом яхту при боковом ветре не сносило в сторону, её корпус должен
обладать большим боковым сопротивлением. Для этого яхты либо делают килевыми (с
большой осадкой), либо шверботами (с выдвижной пластиной — швертом). Некоторые суда
(их называют «компромисс») имеют и постоянный киль, и шверт. Существуют двухкорпусные
яхты — катамараны (от тамилъск. «каттумарам» — «связанные брёвна») и трёхкорпусные —
тримараны. Мачта, как правило, одна, реже две. Для дальних плаваний и гонок в открытом
море предназначены крейсерские яхты. Они комфортабельны, обладают высокой
мореходностью, способны совершать трансокеанские и даже кругосветные плавания. Как
правило, это килевые яхты, на днище которых укреплён тяжёлый груз — балласт. Его массу
подбирают так, что яхта, опрокинутая волной или порывом ветра, возвращается, как ванька-
встанька, в вертикальное положение и остаётся на плаву. Поэтому им
Яхты на озере.
не страшны даже сильные океанские штормы.
Первые парусные гонки состоялись в 1662 г. на Темзе. В них участвовали всего две яхты, одной
из которых управлял английский король Карл II. Но уже в начале XVIII в. в Великобритании
возникли первые яхтклубы, объединившие любителей парусного спорта и владельцев яхт.
Первый в России Императорский Санкт-Петербургский яхт-клуб был создан в 1846 г. Его
членами стали владельцы парусных яхт водоизмещением свыше 10 т. К концу XIX в. в России
насчитывалось более 50 яхт-клубов.
В программу Олимпийских игр гонки на яхтах включены с 1908 г. Русские яхтсмены впервые
приняли участие в V Олимпийских играх 1912 г., проходивших в Стокгольме, и завоевали
бронзовые медали.
В СССР первый чемпионат по парусному спорту состоялся в 1936 г., а с 1952 г. советские
яхтсмены участвуют в Олимпийских играх.
С 1992 г. в олимпийской парусной регате соревнуются яхты восьми классов: килевые «Солинг»
и «Звёздный», шверботы «Летучий голландец», «470», «Финн» и «Европа», катамаран
«Торнадо», парусная доска «Дивижн-2».
С 1968 г. проводятся кругосветные гонки яхт на приз «Золотой глобус». В 1998—1999 гг. в этих
соревнованиях принимал участие российский спортсмен Фёдор Конюхов на яхте «Российский
гуманитарный университет».
369
вырабатывают не обычные котлы, а комплексы на базе ядерного реактора. Такие установки
применяются на ледоколах и военных кораблях, особенно подводных.
На газотурбоходах двигателем служит газовая турбина, работающая на жидком топливе.
Главное достоинство газовых турбин — высокая удельная мощность. Однако они обладают
слишком высокой скоростью вращения, и их применение на судах требует весьма громоздких
редукторов. Кроме того, газовые турбины менее экономичны, чем дизели, поэтому ими
преимущественно оснащают суда на воздушной подушке и на подводных крыльях,
быстроходные контейнеровозы и военные корабли. На последних часто встречаются
комбинированные энергетические установки — газовые турбины используют для полного
хода, а дизели — для крейсерского.
В настоящее время в ряде стран ведутся работы по созданию принципиально новых морских
энергетических установок. Так, в 1992 г. в Японии было построено экспериментальное судно
«Ямато-1» с магнитогидродинамическим генератором. Движение судна происходит за счёт
проталкивания воды через трубы в корпусе, внутри которых течёт электрический ток и
создаётся магнитное поле. На испытаниях «Ямато-1» достигло скорости 8 узлов (около 14,8
км/ч).
Основные характеристики любого судна — размеры (или, как сказали бы кораблестроители,
размерения) его корпуса и водоизмещение (масса вытесняемой воды, равная массе самого
судна). Для торговых судов важное значение имеют грузоподъёмность и регистровая
вместимость (объём внутренних помещений). Полную грузоподъёмность, включающую в себя
массу полезного груза, экипажа, запаса топлива, воды и провианта, называют дедвейтом.
Регистровую вместимость измеряют в регистровых тоннах (1 регистровая тонна равна 2,83 м3).
Самоходные торговые суда и военные корабли небольшого водоизмещения (обычно менее 200
т) именуют катерами.
*Удельная мощность — отношение мощности двигателя к его массе.
**Редуктор (от лат. reductor — «отводящий назад») — зубчатая или гидравлическая передача
(обычно закрытая), предназначенная для уменьшения числа оборотов двигателя.
370-371
ЯКОРЯ
Якорь служит для удержания судна на месте стоянки в море. Основной рабочий элемент якоря
— рога, заглубляющиеся в грунт и таким образом создающие держащую силу. При подъёме
якорного каната рога легко «выкорчёвываются» из грунта. Во времена парусного флота
наиболее распространённым был адмиралтейский якорь. Позже ему на смену пришли более
рациональные бесштоковые якоря, способные втягиваться в специальные отверстия в борту
корабля — клюзы. Сейчас самым популярным в мире считается якорь Холла. Для
неподвижных плавучих объектов — бакенов, маяков, швартовых бочек — существуют так
называемые мёртвые якоря. Чаше всего они представляют собой уложенный на дно бетонный
куб или пирамиду.
МОРСКИЕ СУДА
Крупнейшими судами пассажирского флота первой половины XX в. были лайнеры, которые
совершали рейсы между Европой и Америкой. Они плыли через Атлантический океан, потому
их и назвали «трансатлантики» (от лат. trans — «сквозь», «через»). Самые знаменитые лайнеры
— построенные в 30-х гг. английские турбоходы «Куин Мэри», «Куин Элизабет» и
французский «Нормандия». Эти корабли поражали воображение современников размерами и
роскошью. Их валовая вместимость превышала 80 тыс. регистровых тонн, а скорость достигала
30—31 узла (55,6— 57,4 км/ч). Ещё быстроходнее был американский корабль «Юнайтед
Стейтс» (1952 г.; 53 тыс. регистровых тонн): в одном из рейсов он пересёк океан с рекордной
скоростью — 35,39 узла (около 66 км/ч). Подобных результатов удалось достичь благодаря
мощной паротурбинной установке (235 000 л. с).
Начиная со второй половины XX в. потребность в больших пассажирских судах резко
сократилась: люди стали предпочитать самолёты. На океанских лайнерах теперь в основном
совершают морские путешествия — круизы. По скорости современные суда уступают
знаменитым трансатлантикам, но валовая вместимость некоторых из них достигает 100 тыс.
регистровых тонн.
Торговый флот не теряет своего значения и в конце XX в. Фрукты и машины, уголь и нефть,
руду и лес доставляют с материка на материк в основном по воде. Грузовые суда оборудованы
специальными устрой-
* Лайнер (от англ, line — «линия») — крупное быстроходное грузовое и пассажирское морское
судно, совершающее рейсы на определённой линии. Сейчас так называют и самолёты,
летающие на дальние расстояния.
372
ствами — стрелами и кранами. С их помощью груз подают в трюмы через большие отверстия в
палубе — грузовые люки. Их закрывают герметичными, т. е. не пропускающими воду,
крышками. С 60-х гг. в мире стали строить суда, предназначенные для перевозки какого-либо
одного вида груза: контейнеровозы, ролкеры, лихтеровозы, балкеры, рефрижераторы, танкеры
и др.
КОНТЕЙНЕРОВОЗЫ доставляют товары в стандартных контейнерах (от англ, contain —
«вмещать»), которые располагают в трюмах и на палубе (обычно в два — четыре
Пдрусный крумэнмй
ллйнгр «Стар Ф*айер>.
1991 г. США.
Построен в Бельгии;
стилизован пол парусную
баркснтину XIX в.
Валовая вместимость —
2298 регистровых тонн;
длина — 96.1 ы;
ширина — 15 м; осадка —
9 м; скорость
под парусами —
до 10 узлов 11 Я,5 км'ч).
«ГОЛУБАЯ ЛЕНТА АТЛАНТИКИ»
В 1840 г., практически одновременно с открытием регулярного пароходного движения между
Европой и Новым Светом, английский судовладелец С. Кунард учредил переходящий приз
«Голубая лента Атлантики». Им награждался пассажирский лайнер, быстрее всех пересекший
Атлантический океан. Судно-победитель поднимало на мачте голубой вымпел, а его экипаж
получал денежную премию. Несколько позже был изготовлен серебряный кубок. Кунард
логично предположил, что приз станет хорошей рекламой для привлечения пассажиров. Так и
получилось: вскоре спрос на билеты на лайнеры-победители вырос в три-четыре раза по
сравнению с другими судами.
Первым призёром, поднявшим на мачте голубой вымпел, стал британский колёсный пароход
«Грейт Уэстерн», дошедший от Бристоля до Нью-Йорка за 15 суток. В течение следующих ста
лет скорость судов-трансатлантиков постоянно росла. В 1909 г. лайнер «Лузитания»,
принадлежавший компании «Кунард лайн», пересёк океан за 4 суток 11 часов (средняя
скорость 25,85 узла, или 47,9 км/ч). В 1936 г. знаменитая «королева» — «Куин Мэри» —
прошла путь от Нью-Йорка до берегов Англии за 3 суток 20 часов и 42 минуты (средняя
скорость 31,69 узла, или 58,7 км/ч). Последний обладатель «Голубой ленты» — американский
корабль
«Юнайтед Стейтс»; в 1952 г. он улучшил результат своих предшественников до 3 суток 10
часов 40 минут (средняя скорость 35,39 узла, или 65,5 км/ч). В дальнейшем борьба за «Голубую
ленту Атлантики» превратилась в чисто спортивное состязание между специально
построенными небольшими судами. Лишь в 1998 г. приз вновь завоевал пассажирский
теплоход — испанский паром-катамаран «Каталония». Он пересёк Атлантический океан с
рекордной скоростью — 38,85 узла, или 71,9 км/ч. «Каталония» имеет длину 91,3 м, берёт на
борт 900 пассажиров и 225 легковых автомобилей. Однако это судно плавает только на
каботажных линиях, а переход через Атлантику был совершён в рекламных целях.
Пассажирский лайнер «Нормандия». 1935 г. Франция.
В первом же рейсе «Нормандия» завоевала «Голубую ленту Атлантики». Корабль отличался
повышенной комфортабельностью: на 1975 пассажиров приходилось 1445 членов экипажа.
Длина — 313,8 м: ширина — 35,8 м: валовая вместимость — 83 423 регистровые тонны:
осадка — 11,6 м: скорость — 29,9 узла (около 55 км/ч).
373
ряда). Мощные двигатели (дизельные, паротурбинные или газотурбинные) позволяют
развивать высокую скорость хода. Собственных грузовых устройств у этих судов, как правило,
нет: их обслуживает береговая техника. В военное время обширные свободные палубы
контейнеровозов мо-
гут быть использованы для базирования вертолётов и самолётов вертикального взлёта и
посадки. К 1990 г. в мире насчитывалось около тысячи контейнеровозов, из них более 50
принадлежали России («Сестрорецк», «Александр Фадеев», «Капитан Смирнов» и др.).
Сухогрузный пароход типа «Либерти». 1941 г. США.
374
ПРОМЫСЛОВЫЕ СУДА
Рыбу, крабов, моллюсков, морского зверя (моржей и тюленей) добывают на специально
оборудованных судах — промысловых. Среди них больше всего рыболовных — почти треть
мирового гражданского флота. Отличаются они друг от друга орудиями лова. У траулеров это
трал — рыболовная сеть в виде мешка, которую опускают за борт на стальном тросе, и судно
тянет её за собой на пути движения косяка рыбы. У сейнеров — кошельковый невод; его
поднимают грузовой стрелой. У дрифтеров сеть плоская; её выбирают с двух сторон.
Промысел ведут и с помощью ярусов — особых снастей с множеством крючков (такие суда
называют ярусниками). А для добычи кальмаров необхо-
Рыбачье судно.
димы мощные светильники: ночью свет играет роль приманки.
Большие современные траулеры, как правило, оснащены рефрижераторными трюмами и
линиями по выпуску полуфабрикатов и готовых продуктов, и пойманную рыбу
перерабатывают сразу, на судне. Есть даже целые плавучие рыбоконсервные заводы и базы —
своеобразные флагманы промысловых флотилий.
Китов и морского зверя добывают суда, оборудованные для охоты гарпунными пушками. Ещё
два-три десятилетия назад суда-«охотники» были многочисленны. Однако в настоящее время
киты, моржи и тюлени находятся на грани истребления, поэтому во многих странах их
промысел запрещён.
Большой рыболовимй трдулер. Япония.
/ кормовой слип 1н.жлонния дорожка для нт аскивания сети
с у .ловом); 2 — П-»я>рчИн<1я иачти,* J — пост управления
траловой лебёдкой; 4 — надстройка с помещениями для
экипажа; 5 — траловая лебёдка; 6 — промысловая лебёдка.
РОЛКЕРЫ (от англ, roll — «катить») перевозят автомашины и другую колёсную технику, реже
контейнеры. Чтобы загрузить корабль, откидывают носовые или кормовые ворота — аппарели
(от фр. appareil — «въезд»). Образуется пологий въезд, по которому с помощью тягачей
вкатывают технику. Отсюда и название судов. Основное преимущество ролкеров — быстрая
погрузка и разгрузка. В 1990 г. в составе морского транспорта СССР насчитывалось 69
ролкеров — «Инженер Ермошкин», «Магнитогорск», «Скульптор Конёнков» и др.
ЛИХТЕРОВОЗЫ известны ещё со времён парусного флота. Их применяли на Белом,
Азовском и Каспийском морях для транспортировки (или, как говорят моряки, перевалки)
грузов через прибрежные бары.
Что же такое лихтеровоз? Это судно, которое везёт лихтеры (голл. lichter) — маленькие
несамоходные баржи, которые, в отличие от большого корабля, могут пройти по мелководью.
Уже загруженные баржи подводят буксирами к лихтеровозу, поднимают на борт и
устанавливают в трюмах или на палубе. В пункте разгрузки их вновь спускают на воду и
буксируют к причалам.
Современный крупный лихтеровоз — очень выгодное судно: все грузовые операции занимают
не много
*Бар — гряда в прибрежной полосе морского дна, образованная наносами.
375
времени; он способен везти несколько десятков барж; может принять на борт и контейнеры.
Особенно необходимы такие суда, если груз нужно доставить в мелководные морские
или речные порты. В 1990 г. в Советском Союзе находилось в эксплуатации всего девять
лихтеровозов («Юлиус Фучик», «Борис Андреев», «Алексей Косыгин» и др.).
Атомный лихтеровоз «Севморпуть». 19ЯЯ г. СССР.
Первый и мире атомный лнхтерсиюх Построен на ыводс «Залив» в Керчи. Имеет ледокольный корпус; млы защищены пт битптг
кожухом. Может принимать на борт 74 баржи-лихтера или 1324 стандартных контейнера. Длина — 260,3 ,м: ширина — 32,2 м:
грузоподъемность — 33 9843 т: водоизмещение — 62 тыс. тонн; осадка — 11,78 м: скорость — 20 узлов (около 37 кмМ.
376
БАЛКЕРЫ (от англ, bulk — «наваливать», «насыпать») — суда для перевозки сыпучих грузов
(руды, угля и т. д.). Суда этого класса имеют трюмы с наклонными продольными переборками.
Поэтому даже при сильной качке груз не может сместиться к борту, угрожая опрокинуть судно.
Цементовозы обычно снабжены ленточными транспортёрами. В Советском Союзе в 1990 г.
насчитывалось около 160 балкеров («Зоя Космодемьянская», «Капитан Хромцов» и др.).
В составе Арктического флота есть многоцелевые суда — контейнеровоз, ролкер и балкер
одновременно. Они способны преодолевать ледяные поля толщиной до 1 м и работать при
температуре до -50 °C. Головной (т. е. первый) корабль этой серии — теплоход «Норильск»
Мурманского морского пароходства.
РЕФРИЖЕРАТОРЫ (от лат. refrigero — «охлаждаю») появились в составе торгового флота
СССР в 80-х гг. («Александра Коллонтай», «Чапаев» и др.). Они предназначены для
скоропортящихся грузов. Как правило, это многопалубные, достаточно скоростные суда. Чтобы
уменьшить потери холода во время погрузки и разгрузки, трюмы и люки делают небольшими.
Все грузовые помещения изолированы друг от друга.
ТАНКЕРЫ (от англ, tank — «цистерна») — суда для транспортировки жидких грузов в
трюмах. Впервые
они появились в России в 70-х гг. XIX в. Это были небольшие паровые шхуны, перевозившие
нефть по Каспию и Волге. А первым океанским танкером, построенным специально для
трансатлантических рейсов, стал немецкий «Глюкауф».
По мере развития транспортного судоходства увеличивались размеры танкеров. В начале
Первой мировой войны крупнейшим грузовым пароходом был американский танкер «Сан-
Мелито» грузоподъёмностью 17 840 т.
В 60-х гг. многие страны начали строить танкеры-гиганты: их грузоподъёмность достигала
100— 200 тыс. тонн. Самыми большими судами считались французские супертанкеры
«Батиллус» и «Пьер Гийом» грузоподъёмностью около 550 тыс. тонн. Скоро их опередил
японский танкер «Сиуайз Джайент». Хозяева судна вставили в корпус дополнительную
Перпым океанский танкер •Гшокауф». 188». г. Германна. .
Длина — 97 м; ширина 11,4 м; гру ммюдь&ммосгъ — S4MX) т; осадка — 5,8 м: сксцмм тъ — 10,5 узла (около 19,5 кмЛ«1.
Супертанкер «Батиллус». 1976 г. Франция.
Длина — 414,2 м: ширина — 63 м; грузоподьемногтк — 553 662 г; осадка — 28,6 м; скорость — 17 узлов (около 31,5 i
Проект танкера-снабженца.
Разработан Санкт-Петербургским морским бюро машиностроения «Малахит».
377
Ледокол «Юмер».
1433 г. Шв<Ч1и«
Г|е(Н1ЫИ ДИТеЛЬ- 1ЛГЬТрИ*ИЧКИИ
ледокол. Длина — 78,6 м:
ширина — 19.2 м;
водоизмещение — 4.130 т;
осадка — 6.4 м, скорость —
16 уэлов (около 30 к*лА<).
Ледокол «Кирок». Проект. 1934 г. СССР.
Водоизмещение — 7620 т; скорость — 16,2 узла
(30 км/ч); мощность силовой установки —
12 000 л. с.; запас топлива — 1900 т;
длина —109 м; ширина — 22.3 м;
высота борта — 12 м; осадка —
7Д м; экипаж —112 человек:
2 гидросамолета ледовой
разведки.
Атомный ледокол «Ленин*. 1459 г. СССР.
Г к*р«шй в мире атомный лелокпл. Длина -
124 м; ширина - 27,6 м: валон «мешение
17 277 т; ос.тлка - - 9,62 м: мощность
тнертоухтановки — 44 000 л. с; скорость
1В уллов (около 53 клуч).
Атомный ледокол Арктика*. 1975 г. СССР.
секцию, и его грузоподъёмность выросла до 565 тыс. тонн.
В 1990 г. в СССР насчитывалось 300 танкеров. Они оснащены новейшей навигационной
системой, которая позволяет в условиях плохой видимости безопасно разойтись с 12 кораблями
одновременно; спутниковой связью; аппаратурой для поиска судов и самолётов, терпящих
бедствие. В нашей стране созданы танкеры, которые могут одновременно перевозить четыре
сорта нефти, например «Победа». Это судно к тому же один из первых в мире «чистых»
танкеров. Опасность загрязнения моря в случае аварии сведена к минимуму: чтобы груз не
вытек, предусмотрены двойное дно и двойные борта. Есть даже цистерны, в которые собирают
грязную воду, оставшуюся после мытья грузовых ёмкостей. В дальнейшем воду сдают на
специальные суда-сборщики или береговые станции. «Победа» оборудована
автоматизированной системой тушения пожаров инертными газами.
Разновидность нефтеналивных судов — балктанкеры. Они перевозят как жидкие, так и
сыпучие грузы. Пример подобного судна — российский нефтерудовоз «Борис Бутома».
ЛЕДОКОЛЫ работают в замерзающих водных бассейнах. Разрушая ледяной покров, они
прокладывают путь другим судам.
Россия всегда обладала самым мощным в мире ледокольным флотом. Он зародился в 1864 г. —
тогда на английской верфи для России был построен пароход «Пайлот», способный
продвигаться во льдах. В 1899 г. появился первый арктический ледокол — российский
«Ермак». Спроектировал и руководил его строительством флотоводец и океанограф адмирал
Степан Осипович Макаров (1848 или 1849—1904).
Год 1959-й — начало нового этапа в мировом судостроении: в России создали атомный ледокол
«Ленин». Позже в эксплуатацию вошли атомоходы «Арктика», «Сибирь», «Россия», дизель-
электроходы «Ермак», «Адмирал Макаров» и «Красин».
РЕЧНЫЕ СУДА
В старину корабли из-за несовершенства конструкции большие объёмы грузов могли
перевозить только по рекам и озёрам, поэтому на протяжении веков основным видом водного
транспорта оставались речные суда. Против течения судно обычно шло на вёслах или под
парусом; иногда его тянули бечевой артели рабочих — в России их называли бурлаками. В XIX
в. широкое распространение получили коноводные суда. Их действительно «водили» кони.
Вверх по течению на лодке завозили специальный якорь, ка-
380
Речные пассажирские суда.
1. «Великая княжна Ольга
Николаевна» (будущий
• Володарский»). 1914 г.
2. «Виссарион Белинский*.
19Я0 г.
нат которого крепился к шпилю или кабестану (фр. cabestan) — лебёдке с барабаном,
насаженным на вертикальный вал. Вращали этот шпиль лошади (они ходили по кругу на
палубе), канат наматывался на барабан и подтягивал судно. В 1846 г. только по Волге плавало
около 200 таких кораблей.
Паровая машина изменила облик речного флота. В XIX в. на внутренних водных путях
конкурировали между собой механические установки разных типов. Например, были
пароходы, которые передвигались по принципу коноводных судов, только лебёдку приводили в
действие не кони, а пар. Им на смену пришёл туер (фр. toueur). Эти буксиры плавали весьма
оригинальным способом — вдоль цепи, проложенной по дну реки. Цепь проходила через
зубчатые барабаны на палубе, паровая машина вращала барабаны и таким образом тянула туер
вдоль цепи. Во второй половине XIX в. гребные колёса вытеснили все прочие типы
движителей.
В 1912 г. по рекам и озёрам Российской империи плавало около 30 тыс. судов. Их общая
грузоподъёмность составляла 13,5 млн. тонн; только по Волге ежегодно перевозили до 12 млн.
пассажиров и до 26 млн. тонн грузов. Именно в России в начале XX в. строили самые
совершенные для своего времени суда. Так, мощность буксира «Редедя князь Касожский»
(1889 г.) достигала 2000 л. с.; он мог тянуть против течения сразу десять барж общей массой 20
тыс. тонн. В 1911 г. на Волге появился первый большой колёсный пассажирский теплоход
«Урал», а два года спустя на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде построили грузовой
теплоход «Данилиха». По образцу «Данилихи» позже был создан класс самоходных барж, до
сих пор встречающихся на реках страны.
В конце XX в. речной флот России составляют буксиры, пассажирские, сухогрузные и
нефтеналивные
Пассажирский теплоход «Фёдор Гладков».
381
теплоходы. Это в основном плоскодонные суда с малой осадкой. Некогда популярных пароходов
с гребными колёсами почти не осталось: в качестве движителя давно используют винты, реже
водомёты.
Современные буксиры (от голл. boegseren — «тянуть») толкают баржи (от двух до четырёх)
впереди себя. Они полностью вытеснили своих собратьев, которые тянут баржи за собой. Самые
мощные в мире буксиры-толкачи, например «Маршал Блюхер» (водоизмещение 1100 Т;
мощность 4000 л. с), оснащены системой автоматической сцепки барж. На испытаниях такой
буксир с грузом 15 тыс. тонн развил скорость 10 узлов (18,5 км/ч).
Наиболее распространённый вид сухогрузных судов — теплоходы «Волго-Дон», часто
именуемые самоходными баржами. Грузоподъёмность их составляет от 5000 до 5300 т.
СУДА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
Идея увеличить скорость корабля или катера с помощью «воздушной смазки» родилась ещё в
конце XIX в. Суть её заключалась в следующем. Если мощным вентилятором под плоское днище
судна нагнетать воздух, то сопротивление воды уменьшится; следовательно, возрастёт скорость.
А чтобы воздух не «убегал» в стороны, корпус судна нужно оснастить продольными килями —
скегами. Впервые реализовать эту идею удалось австрийскому инженеру Дагоберту Мюллеру
фон Томамюлю в 1916 г. Созданный им торпедный катер смог развить скорость почти 40 узлов
(74,08 км/ч), мощность мотора составляла 480 л. с. В 30-х гг. XX в. возникла новая идея: скеги
заменили резиновой «юбкой».
Теперь нагнетаемый воздух выходил из-под днища ещё медленнее, и получалась настоящая
воздушная подушка. Суда такого типа действительно парят над водой, могут «выползать» на
берег и даже передвигаться по суше.
Впервые классические «подушечники» построили и испытали в России. В 1935—1941 гг. под
руководством профессора Московского авиационного института В.И. Левкова было создано
около 20 катеров. Один из них, Л-5, в 1937 г. на испытаниях в Финском заливе достиг рекордной
скорости — 73 узла (135,2 км/ч). За рубежом подобные корабли появились значительно позже, в
60-х гг. Одна из самых удачных разработок — созданный в Великобритании в 1972 г. 33-тонный
катер ВН-7 «Веллингтон». Он может нести 14 т груза и при этом лететь над водой со скоростью
около 60 узлов (111,12 км/ч).
В конце XX в. в России широко используют оба типа кораблей на воздушной подушке. Суда со
скегами хорошо ходят по мелководным рекам, могут преодолевать перекаты.
В 1987 г. в СССР был создан малый ракетный корабль «Бора» — самое крупное в мире судно на
воздушной подушке. Ему нипочём даже восьмибалльный шторм, а если море спокойно, он
движется со скоростью 53 узла (98,16 км/ч). Десантные корабли «Зубр» — классические
«подушечники». Они вооружены зенитными ракетными установками, шестиствольными 30-мм
автоматическими пушками и 140-мм реактивными миномётами. В 1999 г. 11 «Зубров»
находилось в составе российского флота и ещё два — в составе украинского.
382
Там, где шлюзы не могут пропускать большие корабли, скажем на Беломорско-Балтийском
канале, плавают 2700-тонные «Волго-Балты». В конце 70-х гг. речной флот России пополнился
построенными в ГДР контейнеровозами типа «Бахтемир» (скорость 11,4 узла, или около 21 км/ч;
грузоподъёмность 1640 т).
Первое крупное нефтеналивное судно — танкер «Великий» (грузоподъёмность 5000 т) был
построен в СССР в 1963 г. Позже началось серийное производство 4800-тонных танкеров типа
«Волгонефть», а также 2700-тонных типа «Нефтерудовоз-1».
Многие грузовые суда, вошедшие в строй в конце XX в., относятся к классу «река — море», т. е.
не только плавают по рекам, но и выходят в открытое море. Однако от ближайшего порта-
убежища они не удаляются на расстояние свыше 50 миль (92,6 км).
Ллтруллиый катер на аииушной полушке типа «Веллингтон*. Великобритания.
Скорость — 65 узлов (около 120 клл/ч).
I — ходовая рубка: 2 — служебное помещение: J — газовая турбина; 4 — 1кзюм<ял1е.ч>ный двигатель; 5 — палуба; 6 — кабина экипажа:
7 — пусковые установки ракет; 8 — выдвижные сходни; 9 — гибкое ограждение воиушнон подушки 1«юбка*).
383
СУДА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ
Развить высокую скорость судам мешает сопротивление воды: плотность её в 815 раз больше
плотности воздуха. Над тем, как поднять корпус корабля над водой, а значит, уменьшить её
сопротивление, размышляли многие конструкторы. В конце XIX в. во Франции российский
подданный Ш. де Ламбер предложил построить «крылатый корабль». Изобретатель считал, что
подводные крылья будут создавать при движении подъёмную силу, под действием которой
корпус частично или полностью выйдет из воды, сопротивление движению резко уменьшится, а
скорость соответственно увеличится. В 1897 г. де Ламбер построил такой катер и испытал его на
реке Сене. К сожалению, эксперимент не удался: из-за недостаточной мощности двигателя
(паровой машины) катеру так и не удалось подняться на крылья.
Победил сопротивление воды в 1905 г, итальянский авиаконструктор Э. Форланини. На свой
катер он поставил бензиновый мотор мощностью 75 л. с, крылья сделал многоярусными (внешне
они походили на лестницу-стремянку). Судно Форланини достигло рекордной для того времени
скорости — 38,8 узла (около 72 км/ч). А в 1918 г. «крылатый» катер американского изобретателя
А. Белла поразил мир новым рекордом — 70,86 узла (131,23 км/ч)!
В 30-х гг. немецкий инженер Г. фон Шертель применил V-образные крылья: они способны
поднимать корпус даже при значительном волнении. В 1944 г. фон Шертель построил 80-тонный
катер, который с грузом в 20 т мог развивать скорость до 40 узлов (около 74 км/ч) при высоте
волн 1,8 м.
В России суда на подводных крыльях разрабатывал выдающийся конструктор Р.Е. Алексеев
(1916—1980). Под его руководством были построены крупные серии таких кораблей: «Ракета»
(1957 г.; 66 пассажиров), «Метеор» (1959 г.; 128 пассажиров), «Комета» (1961 г.; 118
пассажиров), «Восход-2» (1979 г.; 71 пассажир), «Колхида» (1981 г.; 150 пассажиров) и др.
Алексеевские суда известны во всём мире. Их закупали США, Великобритания, Италия, Греция,
страны Ближнего Востока — всего более 20 государств.
Широко используют «крылатые» корабли и в военных целях. На вооружении Военно-морского
флота Российской Федерации состоит более 80 судов на подводных крыльях — от малых
пограничных катеров до ракетных и противолодочных кораблей типа «Ураган» и «Сокол».
Малый ракетный корабль на подводных крыльям «Сокол». 1987 г, СССР.
Длина — 50 м; волоилли'шеиие — 475 т; мощность газовых турбин — 40 000 л. с.; скорость — более 50 узлов (ок.ло 92,6 кы*ч); вооружение
2 автоматические пушки (калибра 76 мм и шестиствольная калибра 30 мм), 2 четырехтрубных торпедных аппарата или 2 установки
противолодочных ракетоторпед «Медведка».
Пассажирское судно на поллодных крыльях «Восход-2>. 80-е гт. СССР.
Водоизмещение — 28 т; длина — 27.6 м; ширима — 6,4 м: осадка на ходу —
1,1 м; мощность ди тельной установки — 1000 л. с.; скорость - 12,4 утла
(около 60 км/ч); пассажировместимость — 71 человек.
Самое крупное отечественное
пассажирское судно
на подводных крыльях
• Циклон». I486 г, СССР.
Длина — 43,8 м; ширина
7.3 м: водойсмешение — 137 п
осадка на ходу 2,4 м:
мощность I аистурСпнсиои
установки 8000 л. с.;
скорость — 42 утла (около
78 км/ч):
пас < ажировместимехть —
250 человек.
Рлкетный кд тер нл 1к1Л|нииы» крылья*
«Сгиреыро*. 1974 г. Италия.
Алина —. 24.6 м; жмоитмешсние — 62.5 г:
млшнпгть га мятых турбин — 4500 Л. с;
скорость — 50 узлов <92.6 км/ч); вооружение -
автоматическая пушка калибра 76 им,
2 лрсттивтжорабелытые ракеты «Опмат».
Восчнсый клер на оолаолных крыльях < ыдимоным
движителем «Тукумклри*. 1962 г. США.
Длина 21 .8 м: аолонзмешенне — 57,7 г: мощность
газотурбинной установки — ЛОО л. с .; скорость
4Я узлов (около 89 кмМ; Вооружение —
автоматическая пушка калибра 40 мм.
386
ШЛЮЗЫ
На реке или канале для перевода судов с одного уровня на другой (например, перед плотиной)
используют шлюзы (голл. sluis, от лат. exludo — «исключаю», «удерживаю», «отделяю»). Это
гидротехническое сооружение представляет собой камеру, ограждённую продольными стенками
и воротами. Предположим, нужно провести судно с нижнего бьефа (части реки или канала,
расположенной ниже шлюза по течению) на верхний. Сначала в нижних воротах открывают
задвижку, излишек воды сливается, и уровень воды в камере и нижнем бьефе становится
одинаковым. Ворота открывают, судно входит в камеру, затем снова
закрывают нижние ворота и отодвигают задвижку на верхних; камера заполняется водой до
уровня верхнего бьефа. После этого судно выходит из шлюза через верхние ворота.
Камеры наиболее крупных шлюзов имеют длину до 400 м, ширину до 33 м при глубине 5—15 м.
Такие сооружения могут пропускать одновременно несколько судов. Бывают шлюзы и
многокамерные.
Разновидность шлюзов — судоподъёмники. Они поднимают и опускают металлическую камеру
вместе с судном и некоторым объёмом воды с одного бьефа на другой. Судоподъёмники широко
используют в странах с тёплым климатом и гористой местностью, где реки не замерзают и
разность уровней воды большая.
Шлюз Беломорско-Балтийского канала. Карелия.
Схема однокамерного шлюза.
1 — шлюзуемое судно: 2 — нижние ворота: 3 — верхние ворота: 4, 5 — задвижки для пропуска
воды.
Как судно проходит через шлюз.
387
Речной трамвай «Москвич».
Первое из этой серии судно построено в Москве в 1949 г. Мощность двигателя — 150 л. с;
скорость — 10,3 узла (19 км/ч); пассажиро-вместимость — 140 человек.
Самоходная баржа.
Пассажирские суда по назначению можно разделить на две группы. К первой относятся
туристические теплоходы. Это большие трёх- и четырёхпалубные корабли, рассчитанные на
200—400 пассажиров. Большинство из них построено на верфях ГДР, Чехословакии, Венгрии и
Австрии. Самые крупные — суда типа «Валериан Куйбышев» (длина 135 м, ширина 16,4 м,
мощность 3000 л. с). В 1962 и 1974 гг. со стапелей завода «Красное Сормово» сошли на воду
оригинальные катамараны — «Отдых» (на 665 человек) и «Отдых-1» (на 1000 человек). Во
вторую группу входят суда для местного сообщения: небольшие теплоходы «Москвич» (их часто
называют речными трамваями), суда на подводных крыльях («Ракета» и «Метеор») и на
воздушной подушке («Горьковчанин», «Заря» и «Зарница»).
ТЕХНИКА ДЛЯ НАВИГАЦИИ
Подсчитано, что за всю историю мореплавания погибло столько кораблей, что сегодня на каждом
пятимильном квадрате дна Мирового океана покоится, как минимум, одно судно. В XX в.
ежегодно тонуло 160— 180 судов. И большинство — из-за несовершенства технических средств
навигации (кораблевождения) или ошибок в их использовании.
Компас появился в Европе не раньше XII в., и мореплаватели ориентировались в море главным
образом по Солнцу и звёздам. В полном смысле слова путеводной была Полярная звезда, всегда
показывающая направление на север. Помогали и местные признаки: течения, преобладающие
ветры, цвет воды. Моряки знали, что на мелководье вода преимущественно светло-серая, на
глубоких местах — зелёная. О приближении берега они судили по характеру дождя, появлению
птиц, пресноводных рыб и т. п. Христофор Колумб во время первого плавания к Америке понял,
что берег совсем близок, когда увидел плавающие зелёные ветки деревьев.
В докомпасный период мореплавания единственным навигационным инструментом был ручной
лот — размеченный трос (лотлинь) с привязанным к нему грузом. С помощью лота измеряли
глубину моря под днищем корабля. Традиционное пожелание моряку, отправляющемуся в
плавание: «Семь футов чистой воды под килем», красноречиво свидетельствует о
Магнитный компас. 1879 г. Великобритания.
388
том, как важно для судоводителя знать глубину. По характеру грунта, приставшего к грузу,
судили о приблизительном местонахождении судна. Грязевые осадки, например, оседали на
грузе вблизи устья реки.
Но ручным лотом нельзя измерять глубины более 50 м, а в океане под килем порой несколько
тысяч метров. В середине XIX в. появились механический и гидростатический лоты. Им
покорились глубины до 1,5—2 тыс. метров, а изобретённый в начале XX в. эхолот позволил
измерять любую глубину Мирового океана. В 1958 г. на советском судне «Витязь» эхолотом
обнаружена и точно измерена максимальная глубина (11 022 м) Мирового океана в Мариинской
впадине в западной части Тихого океана.
Эхолот — прибор, с помощью которого, измеряя время между излучением звукового сигнала и
приёмом эха, определяют пройденный звуком путь, а по нему — расстояние до дна. К идее
эхолота независимо и практически одновременно пришли сразу несколько человек: немецкий
инженер А. Бем из Данцига (Гданьска), американский инженер Р. А. Фессенден, французский
физик П. Ланжевен и инженер Константин Васильевич Шиловский (1880—1952) из Рязани,
работавший во Франции. Ланжевен и Шиловский создали ещё и первый гидролокатор.
В многовековой истории мореплавания магнитный компас был и остаётся самым значительным
изобретением. Большинство историков считают, что компас в виде плавающей в воде магнитной
стрелки придумали в Китае, а в конце XII — начале XIII в. арабские мореходы завезли его в
Европу. Соединив магнитную стрелку с диском, итальянец Флавий Джой в 1302 г.
сконструировал компасную картушку — впоследствии обязательный элемент всех компасов.
Картушка — это диск из немагнитного материала с равномерно нанесёнными делениями,
укреплённый на подвижной системе компаса.
И на военных, и на торговых судах, как правило, есть два магнитных компаса — главный,
расположенный на капитанском мостике, и путевой — в рулевой рубке (перед штурвалом
рулевого).
Для получения от компаса истинных (географических) направлений в его показания вводят
поправку на магнитное склонение и девиацию.
О значении компаса для мореплавания известный кораблестроитель и математик академик А Н.
Крылов говорил: «Компас — прибор небольшой, но без него Колумб Америку не открыл бы».
В начале XX в. немец Герман Аншютц и американец Элмар Сперри независимо друг от друга
изобрели гироскопический компас. В нём используется свойство оси гироскопа (волчка)
ориентироваться вдоль оси вращения Земли строго по направлению север — юг, независимо от
магнитного поля Земли.
В отличие от магнитного компаса гирокомпас показывает истинное направление на
географический полюс. Гирокомпас стал основным прибором курсоуказания на кораблях и
самолётах. Магнитный компас теперь держат в резерве — на тот случай, если выйдет из строя
гирокомпас.
Для измерения скорости корабля служит лаг, изобретённый в 1577 г. гравёром Гемфри Колем.
Единицей скорости является узел, который равен одной морской миле (1852,3 м) в час. До XX в.
применялись ручной и вертушечный (гакобортный) лаги, а на современных кораблях пользуются
гидродинамическими лагами. Они
Устройство современною
корабельного магнитного
компаса.
*Магнитное склонение — угол между направлениями на магнитный и географический полюса.
**Девиация — отклонение подвижной системы компаса от направления на магнитный полюс.
389
измеряют давление в струе забортной воды и преобразуют его значение в показания скорости и
пройденного расстояния. Находят применение и индукционные лаги. Работа этих лагов основана
на измерении электродвижущей силы, которая возникает в проводнике — струе воды при её
движении в поле электромагнита, жёстко скреплённого с кораблём.
В конце XX в. изобрели гидроакустический лаг. Это, по сути дела, гидролокатор. Он позволяет
вычислять скорость судна не относительно
воды, а относительно дна моря, что очень важно для точности кораблевождения.
С помощью лага и компаса можно определить, где находится корабль, в любой момент времени.
Однако координаты корабля (географическую долготу и широту) устанавливали и с помощью
двух других приборов — секстанта и хронометра. Секстант изобрели в 1731 г. Им легко
измеряют угловые высоты Солнца и звёзд и по полученным данным рассчитывают широту
местоположения корабля.
МАЯКИ
Один из важных навигационных ориентиров для судна — маяк. Заметив его огонь, капитан
всегда определит, где находится корабль. Что же представляет собой маяк? Это высокое
сооружение из железобетона, чугуна или камня, похожее на башню; на вершине установлена
оптическая система с мощным источником света, который можно увидеть с расстояния не менее
10 миль (около 19 км). Сигнал у каждого маяка свой: или непрерывный ровный свет, или
одинарные проблески, или постоянный огонь, меняющий яркость через равные промежутки
времени, и т. д.
Кроме береговых существуют плавучие маяки. Они стоят на якоре в точно установленном месте
и, так же как береговые, оснащены оптическим, радиотехническим и звукосигнальным
оборудованием. Плавучие маяки обычно выставляются на подходах к портам, поэтому на них
нередко находятся команды, готовые провести суда в порт по наиболее безопасному пути.
Первый русский маяк — деревянная вышка, на вершине которой разжигали костёр, — был
сооружён в 1702 г. по распоряжению Петра I
*Ручным лагом был трос с плавучим якорем (брезентовым мешком) на конце. В трос через
равные промежутки вплетались узлы из прочной шерстяной материи — флагдука. Плавучий
якорь опускали с борта идущего судна, в воде он мгновенно останавливался и тянул за собой
трос. Отсчитав число узлов, «пробегавших» за 30 с, получали скорость судна в милях в час. Эта
единица скорости и получила название «узел».
390
В 1735 г. англичанин Дж. Гаррисон сконструировал пружинный хронометр. Он работает в
корабельных условиях и хранит время по Гринвичу. Через этот английский город проходит
нулевой меридиан. Разность между временем на нулевом меридиане и местным временем равна
долготе той точки, где находится судно, выраженной в часах и минутах. Хронометр и секстант
стали основными инструментами мореходной астрономии.
Однако без карты, как и без компаса, ни одно судно в море не выйдет.
Секстант. 1854 г. Россия.
Маяк «Красный партизан».
Стоит на высоком берегу Татарского пролива близ Советской Гавани (Хабаровский край); его
огонь виден на расстоянии в десятки миль, а в туман включается сирена.
в устье Дона. Один из старейших на Балтийском море — маяк Толбухин, расположенный у
западной оконечности острова Котлин. В 1718 г. Пётр I приказал вице-адмиралу Корнелию
Ивановичу Крюйсу (1657—1727) «сделать Колм (маяк. — Прим, ред.) каменный с фонарём на
косе Котлинской». К записке прилагался эскиз башни маяка, составленный лично царём. В
следующем году маяк заработал, указывая судам путь в порт Санкт-Петербурга. На Чёрном море
первые маяки — Херсонесский и Тарханкутский — построили в 1783 г. при основании города
Севастополя.
В начале XX в. появились радиомаяки кругового (ненаправленного), а позже и секторного
(направленного) действия. По их сигналам, принимаемым судовым радиопеленгатором, штурман
определяет направление на маяк и точное положение судна. В зависимости от длины радиоволн и
условий их распространения дальность приёма сигналов радиомаяка достигает десятков, а иногда
и сотен миль. Дальность действия секторных радиомаяков превышает 1000 миль (около 1900 км).
Чтобы повысить безопасность плавания, во второй половине XX столетия стали строить
радиолокационные и лазерные маяки. Так, в 1970 г. маяк Толбухин был оснащён
радиолокационным маяком-ответчиком, позволяющим штурманам точно определять место судна
даже в условиях плохой видимости. Первый лазерный маяк установили в 80-х гг. на восточном
побережье Австралии, недалеко от того места, где в ходе своей первой кругосветной экспедиции
на корабле «Индевор» (1768— 1771 гг.) высадился английский мореплаватель Джеймс Кук.
Маяк в городе Анапе. Россия.
391
Морской хронометр с термометром. 1869 г. Россия.
У штурмана обязательно есть морские навигационные карты, на которые нанесены начальный
пункт плавания и порт назначения.
Начиная с конца XVI в. и до сих пор морские карты составляются в меркаторской проекции,
названной в честь её создателя, фламандского картографа Герарда Кремера, больше известного
под латинизированным именем — Меркатор. В последние годы в дополнение к морским
«бумажным» картам на кораблях появляются электронные навигационные карты. На экране
дисплея высвечивается участок района плавания с сушей, гаванями и другими объектами. По
электронной карте перемещается световая отметка, имитирующая судно.
В 1895 г. А. С. Попов изобрёл радио. Корабли получили радиосвязь. А со временем были
созданы и различные средства радионавигации: радиопеленгаторы, береговые и спутниковые
радионавигационные системы, радиолокационная техника.
По значению для судовождения радиолокацию (от лат. radio — «излучаю», «испускаю лучи» и
locatio — «расположение», «размещение») можно сравнить разве что с магнитным компасом. С
её помощью был, наконец, побеждён туман.
Для плавания атомных подводных лодок и ледоколов в околополярных широтах (компасы там
непригодны) были разработаны особые средства кораблевождения. Это автоматизированные
комплексы с инерциальными навигационными системами. Они измеряют ускорение судна и
вычисляют по этому ускорению скорость, пройденный путь и координаты.
Успешный запуск 4 октября 1957 г. первого советского искусственного спутника Земли и
последующие достижения науки и техники в освоении космического пространства дали
возможность создать системы спутниковой навигации. Первыми из них стали в 70-х гг.
советская «Цикада» и американский «Транзит». В последние годы XX в. начала действовать
глобальная спутниковая навигация на базе отечественной системы «Глонасс» и американской
«Навстар». Их появление — выдающееся событие в развитии навигационной техники.
Спутниковая навигация позволяет определять скорость движения любого объекта (корабля,
самолёта и др.) и его координаты во всех районах земного шара. Точность измерений в первом
случае составляет 0,3 м/с, во втором — 100 м. Для приёма сигналов со спутников корабли и
самолёты снабжены специальной приёмной аппаратурой (приёмоиндикаторами).
Искусство и техника судовождения будут совершенствоваться, пока Мировой океан остаётся
ареной деятельности человека.
392
ПОРТЫ и доки
Судну, как и человеку, нужен дом — удобная и безопасная стоянка, где корабль может
разгрузиться, принять на борт новый груз, запастись топливом, провиантом и пресной водой, а
экипаж — отдохнуть и подготовиться к очередному рейсу. Таким домом для пассажирских и
грузовых судов служит порт (от лат. portus — «гавань»), а для боевых — военно-морская база.
Для строительства морского порта выбирают участок берега моря с прилегающей акваторией (от
лат. aqua — «вода» и «территория») и оборудуют его причалами для стоянки судов и
погрузочно-разгрузочных работ, складами и, при необходимости, вокзалами. Порты бывают
пассажирские, торговые, рыболовецкие, лесные, нефтяные и др. Естественные порты укрыты в
глубоких бухтах или в устьях рек и нередко дополнительно защищены от штормов мощными
каменными валами — молами или волноломами.
На территории порта есть несколько причальных зон. У пирса (привокзального причала)
швартуются пассажирские суда, а сухогрузные располагаются у грузовых причалов с
подъёмными кранами. Тяжеловесные «штучные» грузы (реакторы, локомотивы, турбины,
трансформаторы и т.п.) переносят с помощью более мощных плавучих кранов. Самый большой в
мире плавучий кран — грузоподъёмностью 3 тыс. тонн — работает в японском порту Кобе.
Контейнеры, доставленные судами-контейнеровозами, переваливают на берег причальными
перегружателями с автоматическими захватами. Затем их перевозят контейнерными
погрузчиками и складывают в штабеля на терминалах, занимающих в портах большую площадь.
Один из крупнейших в мире — китайский порт Сянган (бывший Гонконг) имеет семь
терминалов общей площадью 140 га. Ежегодно через него проходит 3 млн. 460 тыс.
двадцатифутовых (1 фут = 0,3048 м) контейнеров. Все их фиксирует электронная система учёта, с
помощью которой можно быстро отыскать нужный.
Необходимые для судна припасы, прибывшие и предназначенные для отправки грузы хранят на
складах — обычных и специализированных. Например, зерно — в элеваторах (от лат. elevator
— «поднимающий»), а фрукты, овощи и другие скоропортящиеся грузы — в огромных
холодильниках. Грузы перевозят внутрискладским транспортом.
Как правило, в портах имеются сухие или плавучие доки, где суда
Тобольский порт. Россия.
Морской порт. Барселона. Испания.
393
Порт Восточный с высоты птичьего полёта. Россия.
ремонтируют. Навигационные приборы, радиоэлектронную технику, а также другие судовые
устройства и механизмы проверяют и ремонтируют на судоремонтном заводе порта или в
специализированных мастерских.
С появлением крупнотоннажных танкеров, осадка которых достигает 16—18 м, потребовалось
резко увеличить длину причалов и глубину мест погрузки-выгрузки. В некоторых портах для
таких танкеров построены выносные, в том числе и понтонные, причалы, оборудованные
донными или плавающими трубопроводами. Непременный элемент современного порта —
развитая сеть железнодорожных и автомобильных путей.
Когда все причалы заняты, суда ожидают своей очереди на якорной стоянке внутреннего или
внешнего рейда (голл. reede). Порты, расположенные далеко в устьях рек, нередко оборудуют
аванпортами (от фр. avant — «впереди» и лат. portus) возле самого моря. Аванпорты,
предназначенные прежде всего для танкеров и судов с навалочными грузами, позволяют
избежать больших потерь времени из-за медленного продвижения крупных морских судов по
речному фарватеру (от голл. varen — «плавать» и water — «вода»).
Ориентироваться при подходе к порту помогают радиолокаторы и маяк с прожектором и
сиреной, стоящий обычно возле входа в порт, у волнолома или в конце мола. Если судно
приходит в данный порт впервые, его капитан может вызвать лоцмана, который укажет наиболее
простой путь к стоянке, а портовые буксиры (от голл. boegseren — «тянуть») помогут большому
судну выполнить манёвр в акватории порта.
Крупнейшие порты мира — Роттердам, Нью-Йорк, Марсель, Антверпен, Лондон, Сингапур,
Санкт-Петербург, Шанхай, Далянь и некоторые другие. Их ежегодный грузооборот исчисляется
миллионами тонн.
Существуют и специализированные порты. Архангельск, например, ориентирован на операции с
лесом, английский порт Кардифф — с углём. Рыбные порты Калининграда и Мурманска служат
базами рыболовецкого флота. Сочи и Ялта — пассажирские порты, а сахалинский Холмск имеет
специальный причал для железнодорожных паромов.
Находка и Восточный, одни из самых молодых российских портов, а также Владивосток служат
морскими воротами страны на Тихом океане. Порт Тикси — базовый перевалочный пункт в
Центральной Арктике, в первую очередь для судов, следующих по Северному морскому пути.
После распада СССР Новороссийск и Туапсе стали основными черноморскими портами России.
Новороссийский морской торговый порт.
* Фарватер — безопасный проход по водному пространству.
394
Вблизи Санкт-Петербурга, на берегах Лужской губы Финского залива, будет построен новый
большой порт. Он заменит потерянные Россией в 1991 г. порты, находящиеся теперь на
территории Прибалтийских государств.
Чтобы осмотреть или отремонтировать подводную часть судна, его ставят в док. Существуют
доки сухие и плавучие. Сухой док представляет собой искусственный бассейн с
железобетонными стенами, дно которого расположено ниже уровня акватории. Он отделён от
моря батопортом (от греч. «ба'тос» — «глубина» и лат. portus), т.е. водонепроницаемыми
воротами. При открытом батопорте уровни воды в доке и акватории уравниваются, судно вводят
в док и закрывают ворота. Затем док осушают насосами, судно «садится» на опорные кильблоки
(килевую дорожку) на дне бассейна, и его подводная часть становится доступной для осмотра и
ремонта.
Сухие доки используют также на судостроительных верфях для постройки и спуска на воду
готовых судов. В строительных доках, как и в судоремонтных, применяют различные подъёмно-
транспортные устройства (например, краны и судовозные тележки). Ввод судов в бассейн и
вывод из него обеспечивает швартовотяговое оборудование.
Плавучие доки относятся к судам технического флота. Они представляют собой стальные или
железобетонные прямоугольные понтонные сооружения с танками (балластными отсеками). При
заполнении танков водой стапель-палуба (днище сооружения) погружается на глубину,
позволяющую ввести судно в док. После этого воду откачивают, док всплывает, и судно
«садится» на кильблоки, установленные на стапель-палубе. Закончив ремонт, док снова
притапливают, судно оказывается на плаву, и его выводят в море.
Для перевозки судов по водным бассейнам, глубина которых не позволяет кораблю
передвигаться самостоятельно, используют транспортные плавучие доки. Например,
построенные на речных судоверфях подводные лодки доставляют по рекам и каналам к морским
бассейнам только на таких доках.
Грузоподъёмность современных плавучих доков превышает 100 тыс. тонн, длина стапель-палубы
бывает более 400 м, а ширина достигает 90 м. Их оборудуют балластно-осушительными и
вентиляционными системами, подъёмными кранами, источниками электроэнергии.
Судно ставят в док регулярно, через определённые промежутки времени. Корпус корабля
очищают от морских организмов, которыми он успел обрасти, при необходимости заменяют
повреждённые листы обшивки, красят. Одновременно устраняют неисправности подводных
систем и устройств, антенн эхолотов и другой гидроакустической техники.
Плавучий док.
395
ГРАЖДАНСКАЯ АВИАЦИЯ
Авиация (от лат. avis — «птица») появилась в начале XX в. Сначала на самолёты смотрели как
на любопытную диковинку; они были скорее модным увлечением, чем обычным средством
передвижения. За столетие роль крылатых машин в жизни людей резко изменилась,
усовершенствовалась конструкция. Сегодня по воздуху перевозят сотни миллионов пассажиров,
десятки миллионов тонн грузов и почты. Самолёты тушат пожары, обрабатывают
сельскохозяйственные поля, проводят научные исследования. Существуют санитарные,
спасательные, спортивные машины. Воздушные корабли имеют разные скорости и размеры. Есть
сверхзвуковые лайнеры и
неторопливые «кукурузники», работающие в сельском хозяйстве; мощные «грузовики» и
частные (в основном легкомоторные) самолёты. Строят (иногда собственными руками) и
сверхлёгкие летательные аппараты — порой это машины с гибким крылом, часто без кабины,
рассчитанные на одного, реже на двух человек.
Каковы же вехи того пути, который прошла авиация?
ПЕРВЫЕ УСПЕХИ
О полёте человек мечтал с давних пор. Сначала образцом для подражания были птицы, однако,
попытки по-
АВИАЦИЯ ДВА ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ НАЗАД
Первым летательным аппаратом, поднявшим человека в небо, стал... воздушный змей.
Некоторые исследователи предполагают, что его изобрёл в IV в. до н.э. греческий философ,
математик, астроном и полководец Архит Тарентский. По другой гипотезе, родина змея —
Китай. Достоверные свидетельства о существовании необычного летательного аппарата
относятся только ко II в. до н.э. Как говорится в китайской летописи, военачальник Хан-син
запустил над лагерем противника воздушный змей с деревянными трещот-
Воин, поднявшись на воздушном змее, пускает горящие стрелы. Рисунок из старинной
японской рукописи.
ками. Грохот, доносившийся с неба, посеял панику среди врагов и решил исход битвы. Первым
человеком, сумевшим совершить полёт на змее, считают китайского изобретателя Ван-дана (I в.
до н.э.).
Не позднее VII в. н.э. воздушные змеи стали известны в Японии. К XII в. искусство их
изготовления достигло здесь такого совершенства, что начали строить и запускать гигантские
конструкции с экипажем на борту. Древняя японская легенда рассказывает, как прославленный
воин Минамото но Таметомо в 1156 г. жил в ссылке на пустынном острове. Герой построил
огромный воздушный змей, отправил на нём через бурный пролив сына, и тот благополучно
приземлился на материке. А вот «путешествие» разбойника Ишикавы Гоёмону закончилось
неудачно. Гоёмону перелетел на крышу императорского дворца в Нагое, чтобы отрезать у
установленных там золотых дельфинов три плавника, но его схватили и казнили.
«Пилотируемые» воздушные змеи использовались в Японии для разведки и других военных
целей.
В Европе точное и подробное описание этого летательного аппарата появилось в XIV в.
Итальянский путешественник Марко Поло (1254—1324), проживший в Китае 17 лет, дал его в
своей книге (1298 г.; издана в 1477 г., ранее известна по рукописным вариантам).
Первый удачный «европейский» полёт на змее датируют 1790 г. Тогда англичанин Дансетт на
плоской конструкции площадью 50 м2 (9»5,5 м) поднял на высоту 90 м некую даму. В 1856 г.
моряк Ж.-М. ле Бре построил воздушный змей в виде огромной птицы: размах крыльев достигал
почти 15 м, а длина корпуса, в котором лежал пилот, — 4 м. Угол атаки крыльев (их наклон)
пилот мог изменять с помощью проволочных тяг. На этом аппарате ле Бре поднимался на высоту
более 50 м.
396
строить летательный аппарат с машущим крылом оказались неудачными.
Опыты с воздушными змеями указали энтузиастам верный путь: змеи превратились в планёры.
На роль изобретателя самолёта есть немало претендентов — Адэр, Лэнгли, X. Максим, А. Ф.
Можайский. Но, как сказал один из пионеров авиации, изобрести аэроплан — почти ничего,
построить — уже кое-что, испытать его в полёте — всё!
Первый полёт аэроплана состоялся 17 декабря 1903 г. в американском местечке Китти-Хок в
Северной Каролине. (Специалисты уточняют: первый пилотируемый установившийся
управляемый моторный полёт.) Изобрели, построили и испытали воздушную машину
американцы — братья Уилбер и Орвилл Райты. В конце 1906 г. поднялся в воздух первый
европейский аэроплан конструкции Альберто Сантос-Дюмона (1873— 1932), и центр развития
авиации постепенно переместился во Францию. Всё новое и лучшее в авиации появлялось тогда
именно здесь: технические решения; фирмы, строившие самолёты; школы пилотов. Каждый год
проводились конкурсы и соревнования авиаторов. Когда в 1908 г. Райты отправились в
показательное турне по Европе, им уже пришлось соревноваться с французами.
В то время наука о летательных аппаратах только зарождалась. Теоретики бросались из одной
крайности в другую, подчас отрицая даже саму возможность создания самолёта. Поэтому
конструкторы действовали во многом по наитию. Тем не менее
Опыты с воздушными змеями способствовали зарождению авиации. Так, А. Ф. Можайский
(1825—1890) «обкатывал» конструкцию своего самолёта, привязав её на трос, как воздушного
змея. Тянула «змея» тройка лошадей. Вспоминая это событие, академик А. Н. Крылов писал:
«Удачно или нет, сказать не могу, но, во всяком случае, когда я его знал, он хромал и ходил,
опираясь на здоровенную дубину, так что никто не решался спросить, не было ли это
результатом его полётов на змее». В 1900 г. братья Райт испытали конструкцию будущего
знаменитого биплана, подняв его в виде пилотируемого змея. В начале XX в. полёты на змеях
приобрели особую популярность в Америке, Англии и Франции. Проводились конкурсы и
соревнования с вручением призов; создавались змейковые клубы (только в Соединённых Штатах
их насчитывалось более 500); на праздничных гуляниях акробаты и гимнасты выступали на
трапециях, поднятых змеем на высоту до ста метров.
Есть основание предполагать, что в Древней Руси с воздушными змеями познакомились раньше,
чем в Европе. Эпос «богатырского цикла» включает несколько рассказов о битве Алёши
Поповича со змеем Тугариным. По мнению одних исследователей, прототип Тугарина —
половецкий хан Тугор-кан, который в 1094 г. стал тестем князя Святослава, а спустя два года был
убит киевлянами. Другие учёные производят слово «Тугарин» от старославянского корня «туг»,
что означает «горе», «беда», «печаль», и считают его именем нарицательным — «обидчик»,
«угнетатель». Появилось слово, видимо, в период татаро-монгольского нашествия, в XIII в. В
русском фольклоре Тугарин — герой, который может летать по поднебесью. Конечно, «сказка —
ложь, да в ней намёк». В былине «Алёша Попович и Еким Иванович» есть интересный эпизод:
Покатился змей Тугарин
Из палаты белокаменной,
Надел крылья бумажные
И полетел на поле Куликово.
Даёт Господь туну с градом дождя,
Замочил Тугарин крылья бумажные,
Падает Тугарин, как собака, на сыру землю.
Что это? Описание волшебного превращения или действительного факта? Тугарин не обернулся
настоящим змеем, а только надел на себя некое устройство в виде крыльев, сделанных из бумаги,
и поднялся в воздух. Неожиданно налетевший дождь размочил бумажное сооружение, лишив его
несущей способности, и летательный аппарат потерпел аварию. Вряд ли «крылья бумажные»
были чем-то вроде планёра: для взлёта ему необходим разгон или запуск с холма. Тугарин же,
судя по тексту, стартовал с ровного места, поэтому подняться в воздух он мог только на
воздушном змее.
Если обратиться к историческим фактам, то такое предположение не покажется невероятным.
Завоевав в первом десятилетии XIII в. Китай, монголы использовали технические и военные
знания, накопленные в древней стране. При осаде городов они использовали артиллерию и
машины, созданные китайскими инженерами. Китайцы умели делать бумагу и применяли её
очень широко: на бумаге не только писали, рисовали, печатали книги, но и клеили из неё
воздушных змеев. Поэтому вполне возможно, что среди прочей военной техники у монгольских
войск была и «авиация» — боевые воздушные змеи, а в русском фольклоре сохранились о них
воспоминания.
*Проблема машущего полёта не решена до сих пор.
397
БРАТЬЯ УИЛБЕР И ОРВИЛЛ РАЙТЫ
Американские авиаконструкторы и лётчики братья Уилбер (1867—1912) и Орвилл (1871—1948)
Райты увлеклись техникой рано. Уже в юности они считались мастерами на все руки. В Дейтоне,
родном городе Райтов, никто не мог превзойти Уилбера и Орвилла в искусстве изготовления
воздушных змеев. В 1884 г. 13-летний Орвилл смастерил типографский станок, а спустя восемь
лет неугомонные братья открыли мастерскую, выпускавшую велосипеды их собственной
конструкции.
В 90-х гг. XIX в. небо пытались покорить с помощью планёров (от фр. planer — «парить») —
безмоторных летательных аппаратов. В августе 1896 г. все газеты мира обошла весть о гибели
немецкого инженера, известного планериста Отто Лилиенталя. Многочисленные публикации о
жизни этого незаурядного человека пробудили интерес братьев Райт к полётам. Они решили
построить управляемый планёр.
Уилбер и Орвилл перечитали всю литературу по планеризму, которую смогли достать. Немало
времени
Полёт У. Райта на планёре. 1902 г.
они провели, наблюдая за полётом птиц, особенно чаек и сарычей. «Мои наблюдения за полётом
сарычей, — писал У. Райт впоследствии, — привели к убеждению, что они восстанавливают
боковое равновесие, если порыв ветра нарушает его, с помощью закрутки концов крыльев. Если
задняя кромка правого крыла подкручивается вверх, а левого вниз, птица сразу же начинает
поворачиваться вокруг оси, проходящей от её головы к хвосту».
В 1902 г. братья Райт построили планёр с наиболее совершенной по тем временам системой
управления. Он, не теряя устойчивости, поворачивался и менял высоту полёта. Теперь можно
было переходить к созданию летательного аппарата с дви-
Ореилл и Уилбер Райты.
У. Райт на борту своего биплана перед полётом.
398
гателем внутреннего сгорания. В течение зимы и весны 1903 г. был изготовлен двигатель и
пропеллеры. А 17 декабря того же года в небо поднялся первый в мире самолёт с мотором.
Расстояние в 260 м он преодолел за 59 с. В 1905 г. Райты построили более крупный самолёт с
двигателем мощностью 20 л. с.
В воздухе такая машина держалась уже почти час и могла пролететь десятки километров.
Со временем изобретатели стали знаменитыми. Они создали авиационную компанию, имевшую
акционеров в США, Англии, во Франции и в Германии. Сам король Испании Альфонс XIII брал
у Уилбера уроки управления самолётом. Большой интерес к работе братьев Райт проявлял и
король Англии Эдуард VII. На международных выставках, ежегодно проводившихся с 1909 г. в
Реймсе (Франция), их самолёты совершали показательные полёты на высоте до 50 м.
Размышляя о будущем своего изобретения, Уилбер и Орвилл Райты во многом, к сожалению,
заблуждались. Развитие авиации, считали они, положит конец войнам. С самолётов можно
наблюдать за передвижением армий, поэтому мировое сообщество будет в состоянии
предотвратить военные конфликты. Люди станут разумными и миролюбивыми. На деле всё
сложилось иначе. Спустя 11 лет после первого полёта началась война 1914—1918 гг.
Французская армия имела к тому времени на вооружении 1500 самолётов, германская — 1000. В
сражениях XX столетия авиация превратилась в одну из ударных сил армий многих стран.
Самолёт братьев Райт. 1903 г.
399
Биплан Фармана. Почтовая открытка. 1910 г.
авиация за первые пять лет (1904— 1908 гг.) проделала громадный путь: улучшалась
конструкция самолётов, росло понимание основ аэродинамики, совершенствовалось искусство
пилотирования.
К 1910 г. самолёты обрели все главные компоненты: фюзеляж, крыло, оперение, шасси и
силовую установку (двигатель с воздушным винтом).
Сложились три основные конструктивные схемы самолёта. Моноплан (фр. monoplan) имел одно
крыло, которое крепилось сверху или снизу фюзеляжа; мотор и винт находились впереди, за
ними сидел лётчик (или лётчики), сзади размещалось оперение.
У биплана (от фр. biplan) было два крыла: одно под другим. В бипланах, где фюзеляж заменяла
ферма (так называемые ферменные бипланы, или схема «Фарман»), крылья соединялись с
оперением металлическими трубами либо деревянными брусьями. Двигатель в такой машине
был с толкающим винтом, и ставили его над задней кромкой крыла; экипаж размещался на
нижнем крыле, без кабины — благо скорости едва превышали 50 км/ч. Руль высоты нередко
располагали на ферме впереди пилота, а стабилизатор и рули направления — сзади.
Впоследствии на ферменных бипланах появилась кабина (небольшая гондола).
В 1903 г. самолёт Райтов был оснащён «лёгким» (80 кг) мотором, мощность которого едва
достигала 16 л. с. Пятью годами позже появились 50- и даже 70-сильные моторы. В те годы очень
популярен был ротативный (от лат. roto — «вращаюсь») двигатель: вокруг вала, крепившегося
неподвижно к мотораме самолёта, вращались цилиндры и картер вместе с пропеллером (поэтому
всё устройство хорошо охлаждалось). Первые самолёты могли находиться в воздухе до 1,5 ч, а их
скорость составляла около 70 км/ч.
То была романтическая эпоха. Европа буквально помешалась на авиации, и каждое новое
достижение вызывало бурю восторженных откликов. Редакции газет и состоятельные люди
учреждали призовые фонды, из которых выплачивали вознаграждения лучшим пилотам и
конструкторам. Вот два рекорда тех лет. 25 июля 1909 г. француз Луи Блерио перелетел Ла-
Манш на самолёте «Блерио» XI. 29 сентября 1913 г. его соотечественник Морис Прево на
«Депердюссене» развил небывалую скорость — 204 км/ч!
В глазах многих самолёт был лишь игрушкой для людей, любящих острые ощущения. Тем не
менее, авиация начала служить человеку, когда ей едва исполнилось семь лет. 18 февраля
Лётчик Альбер Гюио на моноплане Блерио. Фотография. 1910 г.
*Аэродинамика (от греч. «аэ'р» — «воздух» и «ди'намис» — «сила») исследует, как движется газ,
например воздух, какие силы возникают на поверхности обтекаемого газом тела, как
распределяется давление газа на его поверхности и т. д.
400
1911 г. некий Генри Пекетт впервые перевёз на самолёте почту. Произошло это не в Европе, а в
далёкой от технических новшеств Индии. Уже через четыре дня Пекетт и капитан У. Дж.
Уиндхэм объявили об открытии регулярной почтовой линии. 4 июля того же года можно считать
днём рождения грузовых воздушных перевозок: тогда пилот срочно доставил заказчику коробку
с лампами от компании «Дженерал электрик».
В 1913 г. появился первый многомоторный самолёт — «Русский витязь» конструкции И. И.
Сикорского. У этой машины с четырьмя моторами была полностью закрытая (остеклённая)
кабина для пассажиров и двух лётчиков. Комфорт для самолёта того времени невероятный, не
уступавший по удобству лучшим купейным вагонам. «Русский витязь» стал последним
достижением в гражданском самолётостроении перед Первой мировой войной.
МЕЖДУ ДВУМЯ ВОИНАМИ
Годы Первой мировой войны отмечены значительным прогрессом в самолётостроении, а её
завершение создало благоприятные условия для развития гражданской авиации. Пилоты,
штурманы и механики, уволенные с военной службы, искали применения своим силам на мирной
поприще. Авиационные фирмы, лишившиеся военных заказов, были готовы на любую работу.
Наконец, высвободилось различное авиационное имущество — вплоть до новых
бомбардировщиков. Превратить их в пассажирские самолёты не составляло особого труда.
Расцвет гражданской авиации был предрешён.
Уже через считанные недели после окончания войны открылось регулярное воздушное
сообщение (почтовое и пассажирское) между крупными городами Европы. В феврале 1919 г. на
линию Берлин — Веймар вышли немецкие самолёты, а 22 марта французская компания
«Авиалинии Фарман» связала Париж и Брюссель. Рейс 22 марта стал дебютом французского
самолёта F-60 «Голиаф». Его начали строить как тяжёлый бомбардировщик, но опоздали и
переделали в пассажирскую машину. В мае начались рейсы между Лондоном и Манчестером. В
качестве лайнера выступал также бывший бомбардировщик «Хэндли Пейдж-0/400».
Эти французские и английские «лайнеры» мало отличались друг от друга — двухмоторные
бипланы, сделанные из дерева или из дерева и металла. Экипаж из двух человек сидел в
открытой кабине за ветровым козырьком, а пассажиры (от 10 до 14 человек) — в закрытом
салоне, который не отапливался и не защищал от рёва двигателей. Почти не различались и
лётные данные: рейсовая скорость достигала 140 км/ч, потолок не превышал 4000 м. Лишь по
дальности полёта «Голиаф» заметно проигрывал: 400 км против 750—800 км у «англичан».
Такие машины не могли развить высокую скорость и летали на сравнительно короткие
расстояния. Главное их достоинство состояло в другом — в надёжности и основательности, с
которой они были сделаны. Именно эти качества помогли в короткие сроки завоевать доверие
пассажиров и превратить самолёт из модного увлечения в транспортное средство, правда пока
ещё дорогое и не очень комфортное.
В том же, 1919 г. произошло событие, которое открыло новую эру в истории воздушного
транспорта. 25 июня в воздух поднялся моноплан F13 немецкого конструктора Гуго Юнкерса
(1859—1935). Этот одномоторный самолёт для четырёх пассажиров
ПОКОРЕНИЕ АТЛАНТИКИ
14 июня 1919 г. английские военные лётчики — пилот Джон Элкок и штурман Артур Уиттен-
Браун оторвали свой «Виккерс Вими» (переоборудованный бомбардировщик) от ровной
площадки на побережье острова Ньюфаундленд и взяли курс на восток. Более чем через 16 ч их
самолёт, преодолев 3000 км, приземлился в Ирландии. После этого перелёта Китай сделал в
Англии невероятный по тем временам заказ — на 40 самолётов. В стране, где железных дорог
было мало, возлагали большие надежды на новый вид транспорта. Закупленные машины в
основном перевозили почту из Пекина в провинцию.
401
КАК УСТРОЕН САМОЛЁТ
Современный воздушный лайнер — это сложная система, для создания которой использованы
новейшие достижения строительной механики, высоких технологий, радиоэлектроники,
кибернетики. Поэтому сначала лучше познакомиться с устройством более простой машины —
одноместного спортивного самолёта типа моноплан, т. е. с одним крылом.
Основа конструкции — фюзеляж, или корпус, который соединяет все части машины. В его
тесных отсеках помешается оборудование: радиостанция, аккумуляторы, пилотажно-
навигационные приборы, часто — баки для горючего и смазки.
В полёте подъёмную силу, поддерживающую машину в воздухе, создаёт крыло. Как это
происходит, можно понять, если проделать совсем простой опыт. Слегка согните две полоски
бумаги размером примерно 5x12 см. Поставьте их на ребро вертикально (как раскрытую книгу)
выпуклой стороной друг к другу на расстоянии приблизительно 2 см. Теперь тихонько подуйте в
пространство между полосками. Они не разлетятся, а двинутся навстречу друг другу: в потоке
воздуха давление понижается. V крыла нижняя поверхность плоская, а верхняя выпуклая,
поэтому воздух обтекает верхнюю поверхность с большей скоростью, чем нижнюю. Над крылом
возникает область пониженного давления, которая «тянет» крыло, а вместе с ним и весь самолёт
вверх. Так возникает подъёмная сила.
Собирают крыло из лонжеронов (основных продольных несущих балок), нервюр (поперечных
элементов), стрингеров (продольных элементов) и обшивки. К нижней части фюзеляжа крепится
центроплан (средняя часть крыла), а уже к центроплану — правая и левая консоли (съёмные
части), или несущие плоскости.
На задней кромке крыла находятся элероны — небольшие подвижные плоскости, с помощью
которых лётчик регулирует крен машины. Если ручку управления перевести влево, левый
элерон поднимется, правый опустится, и самолёт накренится влево. Если ручку перевести
вправо, правый элерон поднимется, левый опустится, и машина накренится вправо.
Под крылом расположены щитки и закрылки. Это отклоняющиеся вниз поверхности, которые
предназначены для повышения устойчивости и управляемости машины во время взлёта и
приземления. При взлёте их выпускают на небольшой угол, а при посадке (чтобы уменьшить
скорость) — полностью.
Воздушный винт, или пропеллер (англ, propeller, от лат. propello— «гоню», «толкаю вперёд»),
вращается двигателем самолёта. Винт захватывает воздух подобно тому, как пароходный винт
загребает воду, и отбрасывает его назад, создавая тягу, толкающую машину вперёд. На крыле
при движении возникает подъёмная сила. Число оборотов двигателя пилот регулирует в
зависимости от режима полёта.
В хвостовой части фюзеляжа размещаются киль, руль поворота, стабилизатор и руль высоты.
Все вместе эти элементы составляют хвостовое оперение. Оно нужно, чтобы самолёт был
устойчив в полёте — не клевал носом, не заваливался вправо-влево, не проседал на хвост. В
известной степени хвостовое оперение можно сравнить с... весами. Положил в нужный момент
нужную гирьку — и чаши весов уравновесились. Только у лётчика такими «гирями» служат
рули, с помощью которых он изменяет величину аэродинамических сил, воздействующих на
оперение.
Руль поворота отклоняют ножными педалями. «Дал правую ногу» — руль отклонился вправо, и
самолёт развернулся в ту же сторону. «Дал левую ногу» — самолёт повернул влево.
Руль высоты иногда ещё называют рулём глубины. Когда ручка управления «взята на себя», руль
отклоняется вверх, и самолёт задирает нос. Если же «отдана от себя», руль отклонён вниз, и
самолёт опускается. Крутой спуск называется пикированием, пологий — планированием.
На элеронах, руле высоты и руле поворота у большинства самолётов распо-
]
4
Мгмммы крыла.
1 — элерон: 2 — дну чше леном мкрылок;
J — тормоэмой шитик; 4 — умы
крепления крыла, 5 — лонжерон:
ft — стрингер; 7 — нервюра;
в — преджры чок
ложены маленькие отклоняемые плоскости, именуемые триммерами. С помощью триммеров
изменяют нагрузку на органы управления.
Сами органы управления (ручка, педали, рычаг управления двигателем) и приборы находятся в
кабине лётчика. Сверху кабина закрыта откидывающимся прозрачным колпаком, который
принято называть фонарём.
И, наконец, самолёт не может обойтись без шасси (фр. chassis, от лат. capsa — «ящик»). Это его
«ноги». На них самолёт разбегается при взлёте, катится после приземления. В полёте шасси —
обуза: оно создаёт лишнее сопротивление, снижает скорость. Поэтому практически все
современные самолёты строят с убирающимся шасси. В воздухе колёса и стойки втягиваются в
особые отсеки — купола, расположенные внутри фюзеляжа или центроплана, иногда — крыла.
Все элементы спортивного самолёта, представленные на рисунке, есть и в воздушных лайнерах.
Это основные элементы устройства любого самолёта. Правда, на многих современных больших
машинах нет воздушного винта. Почему?
402
Схемы реактивных двигателей: турбовентиляторного (А), турбореактивного (Б),
турбовинтового (В).
Поршневые моторы внутреннего сгорания верой и правдой служили в авиации долгие годы.
Росла их мощность, но настал момент, когда моторы и по габаритам, и по весу сделались просто
неподъёмными для крылатых машин. И тогда им на смену пришли реактивные двигатели.
Подавляющее большинство таких двигателей обходится без воздушных винтов.
Упрощенная схема реактивного двигателя выглядит так: турбина (1) вращает вентилятор (2),
который разгоняет поток воздуха, поступающего в камеры сгорания (3). Здесь он смешивается с
топливом из бака (4), смесь сгорает, и образуется масса газа, значительно превышающая массу
воздуха, поступившего в двигатель. Вырываясь наружу, струя горячего газа создаёт тягу,
приводящую в движение самолёт.
403
и двух лётчиков оказался революционным во всех отношениях. Во-первых, до F13 не знали
самолёта, который с самого начала создавался бы в качестве пассажирского лайнера. Во-
вторых, это был свободнонесущий (т.е. без расчалок и подкосов) моноплан с закрытой кабиной.
И, наконец, всю его конструкцию изготовили из металла. Фирменные черты
всех самолётов Юнкерса того времени — довольно толстое крыло и гофрированная обшивка.
Гофрированный (т. е. прокатанный так, что получалась небольшая «гармошка») лист дюраля
позволял получить достаточно жёсткую и прочную конструкцию. Оснащённый 185-сильным
мотором, F13 развивал скорость около 170 км/ч и мог покрыть 1200 км.
МНОГОМОТОРНЫЕ САМОЛЁТЫ И РУССКИЕ АВИАКОНСТРУКТОРЫ
Первые самолёты ещё не могли конкурировать с широко применявшимися в начале XX в.
дирижаблями. Считалось, что самолёт менее надёжен: отказ двигателя обычно приводил к
катастрофе, а дирижабль мог спокойно приземлиться. По грузоподъёмности и дальности
полётов новые летательные аппараты также уступали своим бескрылым конкурентам.
Изменить общественное мнение удалось лишь после появления многомоторных машин.
Первый двухмоторный самолёт поднялся в воздух в 1910 г.
Спроектировал его русский инженер Б. Г. Луцкой, работавший в фирме «Даймлер» в Германии.
Ав 1913 г. произошло событие, которое открыло новую эпоху в истории авиации: появился
четырёхмоторный самолёт авиаконструктора из России Игоря Ивановича Сикорского (1889—
1972). «Русский витязь» был построен на Русско-Балтийском вагонном заводе. Он поразил
современников не только своими размерами (длина составляла 20 м, а размах крыла — 27 м).
Рекордной стала и грузоподъёмность: «Русский витязь» в течение почти двух часов летал над
Петербургом с семью пассажирами на борту, не считая лётчика.
В том же, 1913 г. И. И. Сикорский построил ещё более крупный четырёхмоторный самолёт
«Илья Муромец». Размах крыла новой машины достигал 32 м, длина фюзеляжа — 22 м, а
скорость доходила до 100 км/ч. Самолёт был настолько устойчив в полёте, что пилоты могли
ходить по крыльям и фюзеляжу. «Русский витязь» и «Илья Муромец» стали первыми
четырёхмоторными самолётами. За рубежом такие машины появились лишь несколько лет
спустя.
После Октябрьской революции Сикорский был вынужден уехать из России. В американском
городе Стратфорде он организовал фирму, которая выпускала тяжёлые самолёты, авиетки
(одно- или двухместные самолёты) и амфибии (машины с шасси, приспособленные для взлёта с
земли и воды). У Сикорского работало много российских специалистов. Со временем в
Стратфорде образовалось целое русское поселение, в котором действовали православная
церковь, русская школа, клуб и даже опера.
В конце 30-х гг. И. И. Сикорский получил всемирную известность и как создатель вертолётов.
Первый вертолёт его конструкции поднялся в воздух 14 сентября 1939 г. Испытывал новый
летательный аппарат сам авиаконструктор, которому к тому времени исполнилось 50 лет.
Серийно производить эти машины стали с 1941 г. В начале 60-х гг. Сикорский разработал
модель с газотурбинным двигателем, а также вертолёты S64 и S65, имевшие рекордную
грузоподъёмность. Не только в США, но и в других странах Сикорского называют «отцом
вертолётостроения».
Игорь Иванович Сикорский.
Андрей Николаевич Туполев.
404
Он стал самым популярным самолётом середины 20-х гг.: до 1929 г. выпустили 322 машины.
Следующий шаг в самолётостроении был сделан в Голландии. В 1925 г. в США проходил
очередной конкурс «Самый надёжный пассажирский самолёт». Организовал его
«автомобильный король» Генри Форд. Наибольший успех здесь достался самолёту голландской
фирмы «Фоккер». История его создания такова. За несколько недель до начала конкурса
инженеры фирмы превратили одномоторный (400 л. с.) пассажирский «Фоккер» F.VIIa в
трёхмоторный (каждый двигатель по 200 л. с.) «Фоккер» F.VII/Зш. Новую «семёрку» облетал
сам Антони Фоккер. Пассажирские самолёты первых послевоенных лет были не очень
Знаменитый четырёхмоторный самолёт И. И. Сикорского «Илья Муромец» идёт на
посадку.
Испытание вертолёта VS-300. 1939 г.
На месте пилота — И. И. Сикорский.
Однако и в самой России были авиаконструкторы, успешно продолжавшие лучшие традиции
отечественной школы аэродинамики. Самый выдающийся из них — Андрей Николаевич
Туполев (1888—1972). В 1925 г. он создал двухмоторный цельнометаллический самолёт ТБ-1,
отличавшийся высокими лётными данными и считавшийся одним из лучших в мире
бомбардировщиков. Спустя семь лет в небо поднялся усовершенствованный самолёт Туполева
ТБ-3. В 1937 г. на нём была осуществлена высадка экспедиции на Северный полюс. Большим
успехом в создании многомоторных самолётов стало появление в 1934 г. модели «Максим
Горький». Эта машина с шестью двигателями имела полезную площадь более 100 м2 и могла
перевозить до 72 пассажиров.
После Второй мировой войны конструкторское бюро А. Н. Туполева выпустило новую модель
— реактивный бомбардировщик Ту-16, способный развивать скорость более 1000 км/ч. В этом
же бюро появился и первенец отечественной реактивной гражданской авиации — самолёт Ту-
104. Выдающиеся заслуги академика А. Н. Туполева в развитии отечественной авиации были
отмечены многими государственными премиями и орденами.
Четырёхмоторный самолёт ТБ-3.
405
«Юнкере» F13. 1919 г.
Германия.
Фото Lufthansa.
Этот самолёт способствовал развитию воздушного транспорта в 20-х гг. На фотографии
представлен поплавковый вариант, который работал на авиалиниях вдоль рек Бразилии.
надёжны. Форсированные военные двигатели, которые стояли на них, не обладали большим
ресурсом, а внезапное изменение погоды, например встреча с грозовым фронтом, могло
оказаться для самолёта роковым. Меньшей зависимости от погоды и технических неполадок
хотели пассажиры, а значит, и авиакомпании. Полуторакратный прирост мощности позволял
«семёрке» при необходимости быстрее взлетать, а в случае неудачного захода на посадку
спокойно увести лайнер на второй круг. Отказ одного двигателя не вёл к неминуемой
катастрофе: на двух других лётчик мог довести машину до аэродрома или, по крайней мере,
выбрать место для вынужденной посадки. Одним словом, понятия «безопасный пассажирский
самолёт» и «трёхмоторный лайнер» стали почти синонимами.
Сравнивая F13 и F.VII, можно заметить особенности компоновки и технологии производства
самолётов, характерные для фирм «Юнкере» и «Фоккер». Принципиально разными были
выбранные материалы — «Юнкере» был верен цельнометаллической конструкции (более
надёжной и долговечной, но требующей высокой квалификации рабочих и более дорогой), а
«Фоккер» оставался приверженцем смешанной (основа фюзеляжа — ферма из стальных труб,
обшивка — фанера и полотно, крыло — с деревянным набором и фанерной обшивкой).
Благодаря простоте и дешевизне голландский самолёт стал «хитом» фирмы в конце 20-х гг.
(выпущено около 150 машин) и производился во многих странах по лицензии (ещё около 50
аэропланов). По образцу F.VII были созданы новые самолёты, самым знаменитым из которых
стал американский «Форд» 4-АТ. Конструкторы удачно соединили в нём принцип компоновки
«Фоккера» с материалом и технологией «Юнкерса». «Форды» отличались высокой
надёжностью и долголетием (один из лайнеров выполнял регулярные рейсы ещё в начале 70-х
гг.!). Около 200 машин «Форд» 4-АТ и его увеличенного варианта 5-АТ составляли основу
самолётного парка американских авиакомпаний почти 10 лет.
В конце 20-х, а особенно в 30-х гг. были популярны пассажирские гидросамолёты — самолёты
на поплавках вместо колёс — и так называемые летающие лодки, в которых основной большой
поплавок и фюзеляж представляют единое целое. Главное их до-
«Фоккер» F. VIIb/3m. 1925 г. Голландия. Фото KLM.
Фоккеровская «семёрка» благодаря дешевизне и надёжности стала одним из самых
популярных пассажирских самолётов конца 20-х — начала 30-х гг.
КТО БЫСТРЕЕ?
Скорость — главное преимущество авиатранспорта, ради которого пассажиры готовы и терпеть
неудобства (по сравнению с поездом или судном), и мириться с большей опасностью, и
переплачивать за билет. В июне 1928 г. было проведено интересное состязание —
пассажирский самолёт и скорый поезд, одновременно стартовав из Лондона, направились к
столице Шотландии Эдинбургу. Лайнеру удалось опередить поезд всего на 15 минут... Эта
история наглядно показывает, что в стране с развитой сетью железных дорог самолёту в конце
20-х гг. было трудно соревноваться с поездом, особенно на коротких расстояниях.
406
стоинство — возможность использовать естественные, идеально гладкие и не требующие ухода
взлётно-посадочные «полосы», длина которых практически не ограничена. 12 июля 1929 г. в
первый полёт отправилась гигантская 12-моторная летающая лодка немецкой фирмы «Дорнье».
Однако машина оказалась слишком тяжёлой, поэтому ей не удалось подняться выше 420 м.
Впрочем, со многими остановками она всё же сумела перелететь из Германии в США (Нью-
Йорк).
Между тем авиационная наука двигалась вперед, и тот, кто пользовался её достижениями,
добивался впечатляющих результатов. Оказалось, что скорость можно существенно увеличить,
если уделить больше внимания сопряжению крыла с фюзеляжем, подобрать капоты для
моторов, обтекатели для стоек и колёс шасси. «Вылизанный» по этим принципам, небольшой
пассажирский высокоплан «Вега» (1927 г.) фирмы «Локхид» легко держал на маршруте 250
км/ч, а максимальная скорость перевалила за 300 км/ч.
7 марта 1932 г. в воздух поднялся новый лайнер «Юнкерса» — Ju 52/Зш. Его конструкция
принципиально не отличалась от F13, за исключением того, что три двигателя, каждый по 660
л. с, были тщательно закапотированы, колёса «обулись» в большие каплевидные обтекатели и
появилась мощная механизация задней кромки крыла. Пассажиры и члены экипажа Ju 52 —
всего 20 человек — могли рассчитывать на скорость 250 км/ч. Надёжный и неприхотливый,
самолёт стал самым «продаваемым» авиалайнером европейской конструкции за весь
предвоенный период. Но во многих отношениях он оказался «последним». Последний для
компании «Юнкере» самолёт с гофрированной обшивкой, последний массовый трёхмоторный
лайнер с неубирающимся шасси...
К началу 30-х гг. помимо магистральных лайнеров в гражданской авиации сформировалась ещё
одна категория машин — самолёты местных линий. Они отличались меньшей дальностью
полёта, небольшим числом мест (в то время от 6 до 8), коротким разбегом/посадкой и
невысокой (даже
«Дорнье» Do X. 1929 г. Германия. Фото Lufthansa.
Гигантская летающая лодка поражала своими размерами: размах крыла достигал 48 м, длина
— 40 м: 70 посадочных мест: 12 моторов. Тогда это был крупнейший самолёт в мире.
для небольших авиакомпаний) ценой. Британская фирма «Дэ Хэвилленд» в 1932 г. выпустила
удачный двухмоторный деревянно-полотняный биплан DH 84 «Дрэгон», а позже — его вариант
DH 89 «Дрэгон Рапид». Благодаря отличной аэродинамике «Дрэгон Рапид» смог со
слабенькими 200-сильными двигателями удерживать на маршруте скорость 225 км/ч. До войны
авиакомпании закупили более 300 машин обеих модификаций.
Тем временем авиаконструкторы фирмы «Локхид» создали машину, ставшую сенсацией.
«Орион» вышел на линии в 1931 г. Маленький одномоторный (550 л. с.) самолёт на 6
пассажиров выглядел как истребитель, но
«Юнкере» Ju 52/Зт. 1932 г. Германия. Фото Lufthansa.
«Рабочая лошадка» многих европейских авиакомпаний в 30-х гг. На фотографии хорошо видна
гофрированная обшивка.
* У высокоплана крыло располагается над фюзеляжем.
**Крыло с механизацией оснащено кроме элеронов аэродинамическими приспособлениями для
улучшения поведения машины на режимах взлёта и посадки — щитками, закрылками,
предкрылками.
407
БЕЯ*
1)11 89 «Дрэгон Рапид». 30-е гг. Великобритания.
В 30-х гг. и в первые послевоенные годы эти самолёты получили широкое распространение на
местных линиях.
ни один истребитель не мог тягаться с ним в скорости — 364 км/ч! Причина была опять-таки в
скрупулёзном следовании советам аэродинамиков. Для самолёта выбрали конструкцию
низкоплан (крыло снизу фюзеляжа), и это позволило сделать шасси убирающимся, а его стойки
— короткими, прочными и лёгкими.
С ростом скорости стал необходим новый винт. Пока разбег, взлёт и полёт укладывались в
диапазон скоростей 0—300 км/ч, обычный пропеллер вполне справлялся со своими
обязанностями. Когда скорость выросла, стало очевидно, что лопасти, врезающиеся в воздух
под постоянным углом, теряют эффективность на одном из режимов — либо на высокой
скорости (тогда самолёт недодавал скорость), либо на малой (винт, рассчитанный на
скоростной полёт, имел низкую эффективность на разгоне и взлёте). Решением стало создание
винта изменяемого шага, у которого угол установки лопастей менялся в соответствии с
режимом полёта.
К середине 30-х гг. мощность и надёжность моторов значительно возросли. Теперь отказ
одного двигателя не приводил к аварии не только в полёте, но и на взлёте.
Такими качествами обладал новый лайнер американской фирмы «Дуглас» DC-3,
отправившийся в первый полёт в декабре 1935 г. и воплотивший все черты «идеального»
пассажирского самолёта того времени. Он представлял собой двухмоторный (2x1200 л. с.)
моноплан цельнометаллической конструкции, с гладкой работающей обшивкой и низко
расположенным крылом. Двигатели были тщательно закапотированы и оснащены винтом
изменяемого шага. Механизированное крыло плавно сопрягалось с фю-
DC-3 «Дакота». 1935 г. США.
Завоевал огромную популярность ло Второй мировой войны
На ру<5еже II и III тысячелетий в строю ешё около тысячи (!)
таких самолетов. Самым «молодым» из них перевалило
на 50 лет. а некоторым — (малыш* 60!
408
зеляжем. Шасси убиралось в мотогондолы. DC-3 мог перевозить 21 пассажира (позже 28) со
скоростью 310 км/ч на расстояние около 2500 км.
Спрос на самолёт оказался огромным: несмотря на высокую цену — 79,5 тыс. долларов,
себестоимость перевозки пассажиров была в несколько раз ниже, чем на других машинах. DC-3
стал самым экономичным лайнером в мире; он буквально преобразил мировое воздушное
сообщение. До конца 1941 г. «Дуглас» успел продать 430 машин. В Америке через два года
после начала серийного выпуска на DC-3 приходилось уже 80 % самолётного парка, они
выполняли 95 % всего объёма перевозок. СССР и Япония купили лицензии и производили свои
варианты — Ли-2 и L2D соответственно.
Лайнеры нового поколения L-10A «Электра» и L-14 «Супер Электра» (меньше и дешевле DC-3)
выпустил и «Локхид». В Европе в то время продолжали строить трёхмоторные лайнеры.
Несмотря на недостатки — плохой обзор для пилотов, повышенная вибрация в салоне, по
основным характеристикам они почти не уступали «американцам».
Летом 1938 г. регулярное беспосадочное пассажирское сообщение между США и Европой
(Нью-Йорк — Лиссабон) открыла громадная летающая лодка «Боинг-314» (74 пассажира). Для
морских лайнеров это стало началом конца.
В самом конце 1938 г. впервые отправился в полёт «Боинг-307», отличавшийся большим
комфортом, скоростью и экономичностью. Пассажирские самолёты в то время не поднимались
выше 4000 м. За этой отметкой из-за разрежённости воздуха мощность двигателей падала, а
люди без кислородной маски теряли сознание. Конструкторам «Боинга-307» удалось решить
обе проблемы. Благодаря герметичному фюзеляжу, на какую бы высоту ни забирался самолёт,
экипаж и пассажиры будто бы и не поднимались выше 2500 метров над уровнем моря.
Компрессоры поддерживали давление в салоне и подавали недостающий воздух к двигателям.
Теперь лайнер мог лететь на безопасной высоте над горами и подниматься над облаками (если
облачность не была сплошной), чтобы исключить возможность обледенения. Кроме того, на
большей высоте воздух спокойнее и пассажиры не страдают от «воздушных ям». Наконец, в
разрежённом воздухе скорость машины заметно возросла. «Боинг-307» перевозил без посадки
33 пассажира (позже 38) на расстояние 3700 км при рейсовой скорости 354 км/ч.
*Компрессор (отлат. compressus — «сжимание») — устройство для сжатия воздуха, газа, пара.
**3а годы Второй мировой войны было изготовлено 10 123 самолёта С-47 (военный вариант
DC-3). Кроме того, после сентября 1945 г. авиакомпании получили 850 новых машин,
производство в Японии добавило к этому числу 500 самолётов, а выпуск советских Ли-2,
завершившийся лишь в 50-х гг., — ещё 4863 экземпляра.
409
ПОСЛЕ ВОЙНЫ
В 1945 г. ситуация в воздушном сообщении напоминала 1918 год. Во время войны в огромных
количествах выпускали транспортные самолёты, которые после её завершения продавались по
невероятно низким ценам. Почти новый С-47 можно было купить за 25 тыс. долларов (до
войны DC-3 стоил 80 тыс. долларов!), а иногда даже дешевле. Это осложняло разработку и
выпуск новых двухмоторных машин — кто стал бы их покупать, если они должны были стоить
втрое или вчетверо дороже DC-3?
Наступила эра больших и дальних четырёхмоторных машин. В 1946 г. «Дуглас» выпустил
пассажирский DC-4. По вместимости, скорости и — что особенно важно — дальности полёта
(6800 км) он оставлял далеко позади все предвоенные конструкции. Не останавливаясь на
достигнутом, инженеры компании «Дуглас» в том же, 1946 г. начали выпускать новую модель
— DC-6. У «шестёрки» фюзеляж был удлинённым и герметичным. Этот самолёт (64—92
пассажира;
«Локхид» L-1649. 50-е гг. США. Фото Lufthansa.
Этот дальний четырёхмоторный лайнер по праву считался одним из красивейших самолётов
второй половины 50-х гг.
«Конвэр» CV-340. 1951 г. США. Фото Lufthansa.
рейсовая скорость 456—500 км/ч; дальность полёта 6200—7800 км; 4»2500 л. с.) стал символом
послевоенной гражданской авиации, одним из наиболее совершенных лайнеров с поршневыми
двигателями.
В серьёзного соперника «Дугласа» в производстве тяжёлых самолётов превратилась компания
«Локхид». В 1943 г. появился L-49 «Констеллейшн», а позже и более совершенные варианты L-
149, L-649, L-749, которые превзошли DC-4. В ответ на выпуск DC-6 «Локхид» сконструировал
L-1049 «Супер Констеллейшн», обогнавший «шестёрку» почти по всем параметрам.
В середине 50-х гг. мощность двигателей достигала 3400 л. с, что позволило увеличить
взлётный вес самолёта. Последние четырёхмоторные лайнеры DC-7/7C и L-1649 оказались
близки по лётным данным (72— 99 пассажиров; рейсовая скорость 550 км/ч; дальность полёта
7800— 9100 км; 4^3500 л. с.) и стали вершиной развития крупных поршневых самолетов.
Большие четырёхмоторные лайнеры с поршневыми двигателями строили и в Англии, но ни
один не смог конкурировать с самолётами компаний «Дуглас» и «Локхид». Не повезло и
«Боингу»: его модель 377 «Стратокрузер», созданная на основе бомбардировщика В-29, из-за
низкой экономичности не нашла широкого спроса.
К началу 50-х гг. рынок двухмоторных лайнеров, ранее наводнённый DC-3, несколько
оживился. Пассажиры хотели тех же удобств, что и в больших самолётах, — герметичный
салон, большую скорость полёта; авиакомпаниям же требовалась большая вместимость.
Воплощением этих чаяний стали машины фирмы «Конвэр» — CV-240, CV-340, CV-440. Они
были рассчитаны на 40—50 пассажиров и трассы малой и средней (до 2800 км) дальности.
Рейсовая скорость превысила 450 км/ч, и оказалось, что себестоимость перевозки одного
пассажира на борту CV-240 на 12% ниже, чем на DC-3.
ЭПОХА РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ
В 50-х гг. стало ясно, что будущее — за самолётами с реактивными двигателями. Появились
они в военной авиации ещё в 1944 г. Сначала использовали несколько типов, но затем
конструкторы остановились на турбореактивных двигателях (ТРД). На входе такого двигателя
установлен компрессор, который сжимает поступающий воздух, и тот нагревается. После
впрыска и сгорания топлива образуется большое количество газов. Вырываясь с высокой
скоростью из сопла', истекающие газы, по закону сохранения импульса, сообщают самолёту
движение в противоположном направлении. Попутно они приводят во вращение турбину, а та
— компрессор, и процесс становится самоподдерживающимся.
Первыми к созданию пассажирских реактивных самолётов приступили англичане. В 1949 г.
прошёл испытания новый самолёт DH 106 «Комета» фирмы «Дэ Хэвилленд». Он был рассчитан
на 36 пассажиров и мог держать на маршруте скорость почти 700 км/ч. Для пассажиров
переход на новые двигатели означал не только высокую скорость полёта, но ещё и увеличение
комфорта — шум и вибрация значительно снизились. На «Комете» установили четыре
410
двигателя тягой по 2030 кгс. 2 мая 1952 г. «Комета-1» вышла на пассажирские линии, но после
двух катастроф весной 1954 г. эксплуатация была прекращена. Расследование показало, что
фюзеляж не выдерживал нагрузок, которые лайнер испытывал во время взлёта. Лишь в 1958 г.
«Комета» вернулась на пассажирские линии, но в значительно изменённом виде. «Комета-4»
(106 пассажиров; 4»4767 кгс; рейсовая скорость 846 км/ч; дальность полёта 4380 км) стала
первым реактивным лайнером, совершавшим регулярные пассажирские рейсы через
Атлантику.
Осенью 1952 г. на линии вышел другой английский лайнер — «Виккерс Вайкаунт». Этот
самолёт был оснащён турбовинтовыми двигателями (ТВД), в которых турбина вращает не
только компрессор, но и воздушный винт, создающий основную долю тяги. Такая конструкция
обеспечивает хорошие взлётные характеристики и значительно большую экономичность на
скоростях 500— 600 км/ч. «Вайкаунт» (43—53 пассажира, позже до 65; 4» 1500 л. с.; рейсовая
скорость 500 км/ч; дальность полёта 2800—3600 км) имел огромный успех, и вскоре разные его
модификации уже летали по всему миру. После «Вайкаунта» наступил недолгий период
увлечения сравнительно крупными турбовинтовыми самолётами (британские «Вэнгард» и
«Британния», американский «Локхид» L-188 «Электра»). Однако на Западе время
магистральных турбовинтовых лайнеров ушло безвозвратно — на средних и дальних трассах
стали безраздельно господствовать реактивные самолёты.
В конце 50-х гг. в США построили два самолёта, успех которых во многом предопределил
бурное развитие авиаперевозок в следующем десятилетии. 20 декабря 1957 г. поднялся в воздух
первый «Боинг-707», а полгода спустя — новый самолёт компании «Дуглас» DC-8, ставший
основным конкурентом «707-го». Эти две очень похожие машины определили облик дальнего
лайнера, и сегодня пассажирские самолёты внешне мало
«Виккерс Вайкаунт». 1952 г. Великобритания.
Первый пассажирский самолёт с турбовинтовыми двигателями. Авиакомпании кутили почти
450 таких машин.
«Боинг-707-320». 1957г. США.
Один из самых знаменитых лайнеров 60— 70-х гг. На нём можно было добраться до самых
отдалённых уголков Земли не более чем за сутки. «707-320-й» развивал скорость около 900
км/ч: дальность полёта составляла более 9000 км, а пассажировместимость — 188 человек.
«Каравелла». 1955 г. Франция.
Этот первый французский реактивный лайнер стал образцом для подражания во многих
странах.
411
«Боинг-727-200». 1967г. США.
К концу 70-х гг. в мировом воздушном сообщении «727-200» играл почти ту же роль, что и
DC-3 тридцатью годами ранее.
«Боинг-737-200». 1968г. США.
«737-200» (135 мест) может прибыльно эксплуатироваться на линиях разной дальности (от
сотни до нескольких тысяч километров).
DC-9. 1965 г. США.
Эти самолёты первого поколения строились в разных вариантах; со временем увеличились
число мест (с 90 до 140) и дальность полёта.
отличаются от них. Ранние (выпуска 1958—1959 гг.) «Боинг-707» и DC-8 обладали примерно
одинаковыми данными: 105 — 179 пассажиров, 4 турбореактивных двигателя тягой по 6120
кгс.
С появлением «707-го» фирма «Боинг» заняла лидирующее положение на рынке пассажирских
самолётов, сохранив эту позицию до сегодняшнего дня.
Реактивные двигатели той поры имели большой расход топлива, что препятствовало созданию
действительно дальних машин с ТРД. Выход нашли английские моторостроители. Они сделали
двухконтурный ТРД. В отличие от обычного ТРД турбина вращала два компрессора: высокого
давления (подавал воздух к самой турбине) и низкого давления (отбрасывал сжатый воздух во
второй — внешний контур). Это нововведение значительно повышало коэффициент полезного
действия и, следовательно, экономичность двигателя и на взлёте, и во время полёта.
К концу 50-х гг. на местных линиях появились двухмоторные самолёты с турбовинтовыми
двигателями: в ноябре 1958 г. началось производство голландского «Фоккер» F.27, а чуть
позже — английского «Хокер Сиддли» HS 748. Оба были рассчитаны на 40—56 пассажиров и
выпускались много лет. Третьим в этом классе стал советский Ан-24.
В 1955 г. французские авиастроители предложили новую схему компоновки двигателей,
представив самолёт SE 210 «Каравелла» для трасс средней дальности. Двигатели в машине
были установлены по бокам хвостовой части фюзеляжа. Неудачной оказалась попытка
англичан использовать эту схему на дальнем четырёхмоторном «Виккерс» VC-10 — он заметно
уступал «707-му».
На Западе схема «двигатели в хвосте» применялась почти на всех самолётах для трасс средней
протяжённости. Первыми были английские лайнеры «Трайдент» (третий двигатель установили
в фюзеляже под килем) и В АС-111 — небольшой двухмоторный самолёт, имевший
значительный ус-
412
пех. Но самыми популярными самолётами 60-х гг. считались трёхмоторный «Боинг-727» (для
трасс средней протяжённости) и двухмоторный DC-9 (малой и средней протяжённости).
Лайнер компании «Боинг» (вышел на трассы в 1964 г.) выпускался в течение 20 лет (1832
машины) и составил основу парка многих авиакомпаний. DC-9 (1965 г.) вначале имел
сравнительно небольшую вместимость и дальность полёта. В последующих модификациях оба
параметра увеличились. В середине 80-х гг. были созданы DC-9 второго поколения (MD-81,
MD-82, MD-87), а в настоящее время выпуск этих лайнеров продолжается под маркой «Боинг-
717».
В 60-х гг. одним из немногих исключений из компоновки «двигатели в хвосте» стал «Бэби
Боинг» — широко известный теперь «Боинг-737». Фирма настойчиво совершенствовала
самолёт (после «737-200» появились новые модификации — от «737-300» до «737-800»
включительно); в результате производство машины продолжается более 30 лет (в январе 1998 г.
был выпущен 3000-й самолёт). Разумеется, последние модификации достаточно сильно
отличаются от первых «Бэби Боингов», вышедших на линии в 1968 г.
К концу 60-х гг. прогресс в двигателестроении позволил создать сверхзвуковой пассажирский
самолёт. Разработки начались в США, Европе и СССР. Но лишь англо-французский «Конкорд»
после длительных испытаний (с 1969 г.) начал в январе 1976 г. регулярные коммерческие
перевозки. Было построено всего 14 машин. Эксплуатация лайнера (128 пассажиров; 4» 17 500
кгс; рейсовая скорость 2130 км/ч; дальность полёта 6580 км) продолжалась многие годы по
соображениям скорее национального престижа, нежели коммерческой выгоды. «Конкорд»
значительно сократил время перелёта из Парижа и Лондона в Нью-Йорк, Вашингтон или
Майами, но позволить себе такие путешествия могли только состоятельные люди.
В 50—60-х гг. интенсивность полётов значительно возросла. Количество рейсов увеличилось
настолько,
«Конкорд». 1969 г. Великобритания/Франция.
Единственный сверхзвуковой пассажирский самолёт. Однажды «Конкорд» и «Боинг-747»
компании «Эр Франс» одновременно стартовали соответственно из Бостона и Парижа
навстречу друг другу’. «Конкорд» приземлился в Париже, провёл 68 мин в аэропорту и
направился обратно в Бостон. Он появился там на 11 мин раньше «747-го»!
«Боинг-747». 1969 г. США.
Первый в мире широкофюзеляжный лайнер.
DC-10. 1970 г. США.
Выпуск самолёта продолжался до конца 80-х гг.; в 1990 г. появился усовершенствованный
вариант — K1D-11.
413
А-300 — первый европейский аэробус. Фото Airbus Industrie.
Этот забавный уродец, названный «Супер Гуппи», предназначен для перевозки
крупногабаритных грузов небольшого веса. Консорциум «Эрбас Индастри» на четырёх
таких машинах доставлял части самолётов с разных заводов к месту окончательной
сборки в Тулузе (Франция).
АТР. Великобритания. Фото British Aerospace.
Самолёты местных линий рассчитаны на 50—70 пассажиров и оснащены преимущественно
высокоэкономичными ТВД с многолопастными винтами. АТР очень похож на лайнеры того
же класса — шведский SAAB 340 2000 и советский Ил-114.
что аэропорты перестали справляться с их обслуживанием. Порой время ожидания очереди на
взлёт превышало время полёта. Интервалы между посадками лайнеров иногда сокращались до
30—40 с, что ставило пилотов и диспетчеров воздушного движения в очень трудные условия.
Возрастала вероятность ошибок, последствия которых измерялись десятками и сотнями жертв.
Одним из способов снизить напряжённость стало создание лайнеров на 300 и более пассажиров
(заодно снижались расходы на одного пассажира). Большая вместимость обеспечивалась, в
частности, за счёт «толстого» фюзеляжа — один ряд в самолёте состоял из 10 кресел.
Первым из самолётов-гигантов стал знаменитый «Боинг-747» «Джамбо Джет» («Реактивный
слон»), появившийся в 1969 г. Ранние модификации «747-го» брали на борт до 450 пассажиров,
а позже более мощные двигатели и изменение конструкции позволили довести это число до
560.
Если «747-й» был самолетом для «богатых» авиакомпаний, то «Макдоннелл-Дуглас» и
«Локхид» приступили к созданию сравнительно дешёвых трёхмоторных широкофюзеляжных
лайнеров. В 1970 г. DC-10 (380 пассажиров) и L-1011 (400 мест) совершили первый полёт и
вскоре вышли на линии.
Разразившийся в 1973 г. топливный кризис поставил авиакомпании в трудное положение — как
никогда требовались деньги для покупки более экономичных самолётов нового поколения, а
прибыли резко сократились. Однако именно в это время консорциум «Эрбас Индастри»
(несколько ведущих европейских производителей аэрокосмической техники), полный
решимости противопоставить «Боингам» и «Дугласам» самолёты собственной разработки,
вышел на рынок широкофюзеляжных лайнеров средней и большой дальности с двухмоторным
самолётом А-300. За 350-местным А-300 последовала машина поменьше — А-310, а в середине
80-х гг. консорциум потеснил своими А-320, А-321 и А-319 признанных фаворитов рынка
самолётов малой и
414
А-319, А-320, А-321.
Европейский
консорциум «Эрбас
Инллсгри*,
Фото Airbus Industrie.
Узкофвтзеляжные
минеры: базовый
А-320 1160 мест»,
удлинённый вариант
А-321 1190 мест»
н укороченный А-319
1125 мест».
А-340. Коней 80-« гт.
• Боннг-767*. 1982 г.
США.
Первый ЛИТ ЧАИ >торный
реактивный лайнер,
совершивший
трансатлантический
рейс (1 феврали
1985 г.|. Тёмное кольцо
на двигателе —
открытые створки
реверса (устройства,
отбрасывавшего газы
вперёд и таким образом
тормозящего самолёт!.
Фото Airbus Industrie.
Один из лучших
дальнемагистральных лайнеров:
сочетает высок уст
экономичность, комфорт
и безопасность полёта.
На фотографии видна развитая
механизация крыла
415
средней дальности — «Боинг-737» и DC-9. В конце 80-х «Эрбас» выпустил четырёхмоторный
А-340 и двухмоторный А-330, ставшие конкурентами «Боинга-747» и «Боинга-767»
соответственно.
Начиная с середины 70-х гг. внешний вид лайнеров изменился достаточно мало. Основными
направлениями развития стали совершенствование приборного оборудования, автоматизация,
разработка более экономичных двигателей большой степени двухконтурности (где компрессор
низкого давления превратился в огромный многолопастный вентилятор). Разработчики
самолётов, пользуясь компьютерными средствами (системами автоматизированного
проектирования и моделирования конструкции с точки зрения аэродинамики, прочности и
веса), стремятся сэкономить во всём — ни одного лишнего килограмма веса, минимальное
сопротивление воздуха, широкие возможности для модернизации (самолёт стоит дорого и
должен служить, не устаревая достаточно долго). Счёт в экономии топлива идёт уже не на
проценты, а на доли процентов; снижение массы самолёта на несколько десятков килограммов
(при взлётном весе более сотни тонн!) считается хорошим достижением.
В начале 80-х гг. компания «Боинг» выпустила два новых лайнера, разработанных в
соответствии с этими принципами, — «Боинг-757» и «Бо-инг-767». «767-й» предполагалось
использовать в качестве универсальной машины большой вместимости, способной
обслуживать как дальние, так и средние линии. Оба самолёта имеют большой успех, и их
выпуск (как и «737-го», «747-го») продолжится и в XXI столетии.
АВИАЦИЯ В СССР
Воздушные перевозки в Советском Союзе начались в 20-х гг. Однако это были
преимущественно полёты в интересах народного хозяйства, а не
ПАССАЖИРСКИЙ САМОЛЁТ ЛИ-2
Этот цельнометаллический авиалайнер, разработанный специалистами американской компании
«Дуглас» под маркой DC-3, совершил первый полёт 17 декабря 1935 г. В июле 1936 г.
Советский Союз приобрёл лицензию на его производство, и с декабря самолёт начали
выпускать на авиационном заводе №84 в подмосковных Химках под обозначением ПС-84
(пассажирский самолёт 84-го завода). Перед этим под руководством конструктора В.М.
Мяси'щева чертежи перевели с американской дюймовой системы в метрическую. ПС-84
оснащался отечественными двигателями мощностью 1000 л.с. с винтами регулируемого шага.
При запасе бензина в 2300 кг дальность полёта составляла 2500 км, что по тем временам было
вполне достаточно. В 1942 г. машину переименовали в Ли-2 в честь инженера Б.П. Лисунова,
руководившего его внедрением в производство.
Для того времени самолёт был достаточно комфортабельным; в пассажирском салоне имелась
вентиляция, отопление и индивидуальное освещение, в распоряжении лётчиков— автопилот,
радиополукомпас, радиостанция.
В пассажирском варианте Ли-2 вмешал 14—21 человека. В десантном — принимал 25 бойцов с
оружием. Имелся подъёмный кран грузоподъёмностью 850 кг для погрузки
тюков, пушек, авиамоторов и других предметов общей массой до 2 т. Санитарный Ли-2
поднимал 18 носилок для больных и раненых.
В Великую Отечественную войну выпускали Ли-2 — ночной бомбардировщик. На его
фюзеляже стоял турельный пулемёт, ещё два монтировались в бортах, подвешивали авиабомбы
общей массой 2 т и реактивные неуправляемые снаряды.
Всего было произведено свыше 4800 машин этого типа, прослуживших до 60-х гг.
416
Ан-2. 1949 г. СССР.
На протяжении многих лет выполнял самые разнообразные задачи: был пассажирским
самолётом местного сообщения,
«пожарным», работал в сельском хозяйстве. Эксплуатировался на колёсах, лыжах и
поплавках.
Ил-14. 1950 г. СССР.
Долгое время оставался основным самолётом на местных линиях. Благодаря надёжности и
неприхотливости заслужил признание полярников.
Ан-24. 1962 г. СССР.
Этот самолёт сменил Ил-14 на местных линиях.
417
ОРАНЖЕВЫЙ «ЧЁРНЫЙ ЯЩИК»
В сообщениях об авиационных катастрофах часто мелькает фраза: «Ведутся поиски „чёрного
ящика"». Что же представляет собой «чёрный ящик» и зачем его ищут?
Сам термин «чёрный ящик» заимствован из кибернетики (науки об управлении, связи и
переработке информации). Так обозначается некий объект, внутреннее устройство которого
неизвестно. В авиации же это название одного из многих приборов, которые во время полёта
собирают и обрабатывают данные о функционировании техники, действиях экипажа, скорости
и т. д. Все вместе они составляют бортовую систему регистрации параметров полёта.
Рассказать, как действует такая система, можно на примере магнитного регистратора МРСП-64.
Регистратор включает в себя 64 датчика, устройства для сбора и преобразования информации,
кассетный и защищённый накопители и пульт управления.
Датчики определяют высоту, скорость, курс самолёта, положение штурвала, педалей, углы
отклонения элеронов, рулей высоты и направления, режим работы различных систем (частоту
вращения роторов двигателей, расход топлива) и т. д. Измеряемую величину датчики
преобразуют в импульс тока. Вот как работает, например, датчик высоты полёта. Это барометр,
мембрана которого соединена с подвижным контактом потенциометра — переменного
сопротивления. При изменении высоты, а значит, и атмосферного давления мембрана
прогибается, перемещая движок потенциометра и меняя таким образом напряжение на выходе
датчика. Число оборотов турбины двигателя «подсчитывает» специальный прибор. Небольшой
магнит, прикреплённый к валу турбины, вращаясь, вызывает появление импульса тока.
Похожим образом устроен и датчик расхода топлива, только там турбинку с магнитом вращает
поток керосина в трубопроводе. Для каждого датчика установлено соответствие между
величиной замеряемого параметра и выходным напряжением. Полученные непрерывно
меняющиеся электрические сигналы принято называть аналоговыми.
Существует ещё один тип сигналов — двоичные, типа «да-нет». Они отражают одно из двух
состояний какой-либо системы, например шасси выпущено или нет, закрылки убраны или нет.
Все сигналы поступают в электронный коммутатор. Условно его можно описать как ряд
расположенных по кругу неподвижных контактов, каждый из которых соединён со «своим»
датчиком. Их роль играют электронные «ключи» — схемы на полупроводниках. Они
последовательно подключаются к центральному контакту, вращающемуся с постоянной
скоростью. Один оборот — полный цикл подключений — называется кадром. Кадр МРСП-64
содержит 64 канала.
Аналоговый сигнал, таким образом, поступает в коммутатор через определённые промежутки
времени. Для медленно меняющихся величин — высоты или скорости — частота опроса может
быть невелика. По-иному обстоит дело с быстро меняющимися параметрами, скажем
вертикальной перегрузкой. Этот показатель особенно важен при приземлении. В момент
касания земли вертикальная перегрузка у самолёта резко возрастает, и, чтобы получить её
максимальное значение, нужно увеличить частоту опроса. В регистраторе МРСП-64 для
медленно меняющихся параметров принята частота 2 Гц (подвижный контакт совершает два
оборота в секунду), а для быстро меняющихся — 8 Гц.
Из коммутатора через выходной контакт сигнал попадает в аналого-цифровой преобразователь.
Здесь полученная в виде электрических импульсов информация переводится в цифровую
запись. В МРСП-64 используют код, при котором все величины представлены целыми числами
от 0 до 255. Точность регистрации составляет 1/255, что соответствует возможной ошибке в 0,5
%. Оценить точность всей измерительной системы — задача достаточно сложная; для её
решения требуются иногда лётные испытания. Большинство параметров измеряется с
погрешностью до нескольких процентов.
Перед началом полёта экипаж с пульта управления вводит в кадр дату, номер рейса, бортовой
номер летательного аппарата и текущее время. На пульте есть сигнализация,
свидетельствующая о нормальной работе регистратора.
Преобразованная информация поступает в защищённый бортовой накопитель (ЗБН) и
кассетный бортовой накопитель (КБН).
Защищённый бортовой накопитель, собственно, и есть «чёрный ящик». Вот только он не
чёрный, а... оранжевый. Яркая окраска необходима, чтобы его было легче найти на месте
катастрофы. «Чёрный ящик» — это контейнер обтекаемой формы, внутри которого находится
лентопротяжный механизм, магнитные головки и катушки с магнитной лентой. Катушки
расположены одна под другой, и лента перематывается с верхней на нижнюю или с нижней на
верхнюю. Каждая вмешает информацию о 17—20 ч полёта. Как только лента переметается с
одной катушки, направление её движения автоматически меняется, и запись продолжается, а
данные о последних 17—20 ч сохраняются.
ЗБН называется защищённым не случайно. Контейнер сделан из высокопрочных, материалов и
покрыт теплозащитным слоем, чтобы даже в экстремальных условиях записанная информация
уцелела. В соответствии с требованиями Норм лётной годности ЗБН выдерживает ударную
нагрузку до 1000 g (единица ускорения силы тяжести g = 9,8 м/с2) и температуру до 1100 °C в
течение 50 мин на 50 % своей поверхности. После таких воздействий контейнер из оранжевого
часто становится действительно чёрным...
Обычно ЗБН устанавливают в хвостовой части самолёта, насколько возможно далеко от
двигателей и потенци-
418
альных очагов пожара. Питается прибор от аккумулятора, напряжение в котором сохраняется
даже при выключении всех бортовых генераторов. Накопитель автоматически включается в
начале полёта и выключается в конце. Словом, предусмотрено всё, чтобы сохранить
информацию в любой ситуации. ЗБН открывают редко — только когда проверяют состояние
систем самолёта через каждые несколько сот часов работы. Для записи текущей информации
(только скорость, высота и некоторые другие параметры) служит КБН; его кассету снять легко
— как с обычного магнитофона.
На многих самолётах и вертолётах установлен ещё один оранжевый «чёрный ящик» —
звуковой регистратор. Наиболее распространённый тип — «Марс-БН». Он записывает
переговоры членов экипажа друг с другом и с землёй; сохраняются данные о последних 30 мин.
Прослушивают такие записи на специальных магнитофонах, на которых можно выделять
сигналы с определённым спектром частот, многократно прослушивать особо интересный
участок разговора и выполнять некоторые другие операции.
Для воспроизведения, обработки и анализа информации о параметрах полёта нужна более
сложная техника, в частности ЭВМ. Информацию с бортового накопителя переписывают на
жёсткий диск, затем обрабатывают и получают таблицы или графики изменения параметров.
По ним судят о работе техники и действиях экипажа, рассчитывают траекторию полёта. Один
час полёта может быть прочитан примерно за минуту. Анализ данных проводят специалисты
высочайшей квалификации. Подобная информация нужна не только для того, чтобы выяснить
причины аварии, но и для решения повседневных задач, например для оценки ресурса
летательного аппарата.
3 14 2 7 • 1
Разыгшеыме основных элементов ызгмигного регистратора МРСП-Ы на борту самолета Ту-154 и параметры. которые он ыпмсыаает
F высота: 2 — скорость'. 3 — угол атаки; 4,5 — перетрума; 6 — отклонение руля высоты; 7 — крен; в —- курс; 9 — положение рукоеткм
управления отелем; 10 — мгновенный раскол топлива, JI — частота вращения ротора двигателя; 12 —- ход штурвала: 13
419
рейсы для обычных граждан. Ни благосостояние, ни полуказарменное положение населения не
способствовали развитию авиатранспорта. После войны основу парка «Аэрофлота»
(единственной авиакомпании СССР) составляли самолёты Ли-2. Удар по их монополии
нанесло конструкторское бюро С. В. Ильюшина: в 1946 г. оно выпустило двухмоторный Ил-12,
а через четыре года его улучшенный вариант Ил-14 (27—32 пассажира; рейсовая скорость 350
км/ч), ставший одним из самых удачных совет-
ских самолётов. «14-й» выпускался в больших количествах (более 3 тыс. за всё время
производства) и стал основной машиной «Аэрофлота» вплоть до начала 60-х гг.
В 1948 г. началась эксплуатация Ан-2 — едва ли не самого удачного лёгкого многоцелевого
самолёта в мире. Схема биплана, выбранная для него, казалась в конце 40-х гг. явным
анахронизмом. Однако этот одномоторный самолёт (12 пассажиров; 1x1000 л. с.; рейсовая
скорость 200 км/ч; дальность полёта 550 км)
ПАССАЖИРСКИЙ САМОЛЁТ ТУ-334
Над этим самолётом работали с 1989 г. в Научно-техническом комплексе имени А. И. Туполева
для замены выпускавшегося ранее Ту-134. Они схожи, выполнены по одинаковой
компоновочной схеме.
Ту-334 предназначен для перевозки 102 пассажиров на расстояние до 2500 км. У него улучшена
аэродинамика, снижен расход горючего. Два двухконтурных турбореактивных двигателя А-436
размешены по бортам в хвостовой части фюзеляжа. У новой машины он шире, поэтому в
салоне стало просторнее и комфортнее.
8 февраля 1999 г. Ту-334 впервые поднялся в воздух. На его основе планируется создать целое
семейство авиалайнеров нового поколения и к 2010 г. выпустить 500—600 самолётов этого
типа, в том числе грузовые.
На базе Ту-334 разрабатывается проект самолёта Ту-336, двигатели которого станут потреблять
сжиженный природный газ.
ИЛ-96Т
Транспортный самолёт для дальних магистралей Ил-96Т взлётным весом 270 т разработан в
Авиационном комплексе имени С. В. Ильюшина. Машина способна перевезти 92 т груза в
герметичной грузовой кабине (объём 776 м3) с верхней палубой и двумя нижними отсеками на
расстояние до 14 000 км. Кабина оборудована широкими дверями и швартовыми устройствами.
Благодаря современному радиоэлектронному оборудованию экипаж транспортника удалось
ограничить всего двумя пилотами.
Силовая установка Ил-96Т включает в себя четыре импортных малошумных двигателя «Пратт-
Уитни» тягой 17 030 кгс каждый, которые обеспечивают самолёту крейсерскую скорость 870
км/ч на высоте 19 100 м.
420
вскоре доказал, что для большинства работ, на которые он был рассчитан, такая схема
практически идеальна. В последующие годы замену ему создать так и не удалось — в
результате самолёт выпускали более 40 лет (сначала в СССР, затем в Польше и КНР), и на свет
появилось около 15 тыс. Ан-2, завоевавших всеобщее признание.
Гордостью отечественного самолётостроения в 50-х гг. стал Ту-104 (рейсовая скорость 850
км/ч; дальность полёта 3300 км; 100 пассажиров) — хотя и второй после «Кометы», зато вполне
успешный реактивный лайнер. Быстрое создание Ту-104 (начало проектирования — 1954 г.,
первый полёт — июнь 1955 г., начало эксплуатации — 1956 г.) объясняется тем, что основой
для него послужил бомбардировщик Ту-16.
Трансформация бомбардировщиков в лайнеры (с новым, более вместительным фюзеляжем)
практиковалась к этому времени только в Советском Союзе — на Западе после
«Стратокрузера» все лайнеры строились изначально только для перевозки пассажиров. После
Ту-104 в нашей стране ещё один бомбардировщик «породил» пассажирский самолёт —
стратегический межконтинентальный бомбардировщик Ту-95 превратился в Ту-114, самый
скоростной, самый большой и самый вместительный лайнер с ТВД. Три десятка построенных
«114-х» бы-
ли скорее демонстрацией возможностей советской авиапромышленности, чем успешными
пассажирскими машинами.
Настоящими «рабочими лошадками» стали (помимо Ту-104) другие самолёты. В 1959 г.
начались пассажирские рейсы двух лайнеров с ТВД — Ан-10 и Ил-18. Оба самолёта имели
примерно одинаковые размеры, число пассажиров (100—120), одни и те же двигатели (4»4000
л. с.) и близкие лётные данные. Эксплуатация Ан-10 на пассажирских линиях завершилась в
1972 г., а уцелевшие экземпляры Ил-18 (пик их применения пришёлся на 60—70-е гг.) служат и
сейчас.
Неожиданное продолжение в СССР имели французская «Каравелла» и английский VC-10.
Схему французского самолёта решили использовать для Ту-134. Эта машина (были выпущены
сотни экземпляров) стала
Ту-134. 1967 г. СССР.
Основной самолёт на коротких (1000—2000 км) линиях. До 1984 г. было выпушено 852
самолёта.
Ил-18. 1957г. СССР.
Самый массовый самолёт (569 машин) среди газотурбинных лайнеров первого поколения (Ту-
104, Ту-114, Ан-10). Единственный из них встретил в строю XXI столетие.
421
основным лайнером небольшой вместимости для трасс малой протяжённости. «Двойник» VC-
10, советский Ил-62, появился в 1963 г., а в 1967 г. начал совершать регулярные рейсы. Многие
годы Ил-62 (186 пассажиров; дальность полёта 8000—10000 км) эксплуатировался в
социалистических странах как единственный дальнемагистральный самолёт. Производство его
завершилось лишь в 1994 г. В 1970 г. в воздух поднялся новый лайнер — Ту-154, призванный
заменить Ту-104 и Ил-18. Фактически это советский «Боинг-727», но созданный семью годами
позднее. При том
же количестве пассажиров Ту-154 был оснащён гораздо более мощными и соответственно
более прожорливыми двигателями. Советская машина превосходила «Боинг» лишь по
дальности полёта. Хотя Ту-154 во многом уступает другим лайнерам того же класса, заменить
его пока не удалось. Он стал основным пассажирским самолётом стран социалистического
лагеря. К концу века уже выпущено около тысячи машин.
В конце 70-х гг. появился четырёхмоторный широкофюзеляжный Ил-86, бравший на борт 350
пассажиров. Был создан и сверхзвуковой пас-
Ту-154. 1969 г. СССР.
ad 180 ructажириа. К концу
8О-х гг. этот лайнер составлял
основу парка магистральных
самолётов в СССР
и большинстве
социалистических стран.
Ил-62. 1963 г. СССР.
На протяжении 70—8О-х гт. Ил-Ь2 был
единственным дальним лайнером
авиакомпаний социалистических стран
Ту-204. 1990 г. СССР/Россив.
Создан для замены Ту-154. Из-за высокой
цены и недостаточного уровня налёаногги
авиакомпании пока не первоенашают парк
этими самолётами.
422
АМФИБИЯ БЕ-200
На Международном аэрокосмическом салоне летом 1999 г. в подмосковном городе Жуковском
этот самолёт после взлёта круто развернулся и направился к Москве-реке. Над ней он снизился,
коснулся поверхности, несколько секунд шёл в режиме глиссирования. Потом вновь появился
над лётным полем и неожиданно вылил на бетонку несколько тонн воды. Так Бе-200
продемонстрировал то, для чего предназначен. А создана машина была для тушения пожаров.
Этот аппарат создан в Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе имени Г. М.
Бериева, единственном в мире предприятии, проектирующем гидросамолёты.
Бе-200 разрабатывался на основе так и не пошедшей в серийное производство амфибии А-40
«Альбатрос», на счету которой 140 мировых
рекордов. Скользя на глиссировании над рекой либо озером, Бе-200 забирает 12 т воды в
восемь баков, расположенных под полом герметичной кабины и сбрасывает её на горящий лес
или постройки.
сажирский лайнер Ту-144. Наладили даже серийное производство этого самолёта, но после
двух катастроф его предали забвению.
В конце 80-х гг. в СССР для замены Ту-154, Ил-62 и Ил-86 были созданы новые магистральные
лайнеры — двухмоторный Ту-204 (аналог «Боинга-757») и широкофюзеляжный сверхдальний
четырёхмоторный Ил-96. Но распад СССР и последовавший за этим экономический кризис
опрокинули все расчёты разработчиков. Из-за отсутствия финансирования испытания и
доводка Ту-204 растянулись на долгие пять или даже семь лет. К тому же отечественные
двигатели ПС-90 имеют низкую надёжность, и новые лайнеры (если их не оснащать западными
двигателями) имеют мало шансов завоевать доверие заказчиков и, соответственно, вряд ли
смогут окупить хотя бы затраты на разработку.
ВЕРТОЛЕТЫ
Вертолёт может делать то, на что обычный самолёт не способен: вертикально взлетать и
приземляться, висеть неподвижно в воздухе и разворачиваться на месте, перемещаться влево-
вправо, вперёд-назад. Подъёмная сила создаётся одним или несколькими несущими винтами на
вертикальной оси. Несущий винт — главный агрегат вертолётов, однако иногда они
оснащаются и крыльями, создающими дополнительную подъёмную силу.
На вертолётах перевозят людей и грузы в районы бездорожья, переправляют терпящих
бедствие и больных. С вертолётов обрабатывают сельскохозяйственные угодья, тушат пожары,
патрулируют дороги и т. д. При монтажных и строительных работах эти летательные аппараты
перемещают на внешней подвеске крупногабаритные грузы и устанавливают их точно в
нужное место.
Больше всего в мире вертолётов с одним несущим винтом. На хвосте этих машин установлен
рулевой винт значительно меньшего диаметра, чем несущий, и с горизонтальной осью.
423
Двухвинтовые вертолёты принято различать по схеме размещения винтов на корпусе машины:
соосной, продольной, поперечной, с перекрещивающимися осями. Вертолёты соосной схемы
уже много лет успешно строит российская фирма «Камов». Их несущие винты находятся один
над другим, а ось верхнего винта проходит внутри оси нижнего. На вертолётах продольной
схемы несущие винты располагаются один за другим. Эти вертолёты выпускала американская
фирма «Боинг-Вертол». Когда несущие винты размещаются рядом, поперёк машины, схема
называется поперечной. Она использована, в частности, в вертолёте Ми-12, самом большом в
мире. В схемах с перекрещивающимися осями винты максимально сближены и установлены с
небольшим развалом. Поэтому требуется особо тщательно синхронизировать их вращение,
чтобы избежать «схлёстывания» лопастей; отсюда и название таких вертолётов —
синхроптеры. Их производит только американская фирма «Каман».
Вертолёты с числом несущих винтов более двух строились очень редко и не выходили из
стадии эксперимента.
Силовыми установками на вертолётах служат газотурбинные и поршневые двигатели
мощностью от 80 до 11 500 л. с. Чтобы повысить безопасность полётов, на вертолётах
устанавливают не менее двух двигателей. Они, как правило, располагаются в фюзеляже
(корпусе) и передают мощность на несущий винт и другие агрегаты при помощи трансмиссии.
Основная часть трансмиссии — главный редуктор, который монтируется непосредственно под
несущим винтом и распределяет мощность двигателей между ним, рулевым винтом и прочими
агрегатами. Трансмиссия —
*Трансмиссия (от лат. transmissio — «передача») — устройство для передачи вращения от
двигателя к рабочим машинам.
**Редуктор (от лат. reductor — «приводящий обратно») — здесь устройство для снижения
числа оборотов винта.
424
ВЕРТОЛЕТ МИ-8
Эта машина выполнена по традиционной для конструкторского бюро М.Л. Миля одновинтовой
схеме. Она оснащена двумя двигателями, которые вращают несущий винт.
В 1962 г. первый экземпляр Ми-8 поднялся в воздух, а с 1965 г. машина пошла в серийное
производство. Выпускалось несколько вариантов вертолёта: пассажирский, 28-местный, был
оборудован багажным отделением и гардеробом; у грузового в кормовой части имелись
открывающиеся створки и трапы; в санитарном предусматривались места для 12 носилок.
В 1964 г. на Ми-8 установили несколько мировых рекордов, в том числе по скорости (203 км/ч)
и дальности полёта (2464 км).
425
ОТ ИГРУШКИ К ВЕРТОЛЕТУ
Способность крутящегося винта подниматься в воздух была известна ещё в Древнем Китае.
Примерно в I в. до н.э. там появилась игрушка, дожившая до наших дней, — деревянная
палочка с винтом на конце. Когда палочку раскручивали в ладонях, она взлетала. К XVII в. это
устройство в Европе превратилось в трубку с «двигателем» — пучком упругих жил внутри,
которые вертели в разные стороны винты на обоих концах трубки. Этот нехитрый механизм
предвосхитил конструкцию современного вертолёта соосной схемы.
В 320 г. н.э. китайский учёный Го Хун предложил для путешествий по воздуху использовать
экипаж с вертикальным винтом. Это была первая попытка применить ещё не существовавшую
машину.
Первый проект вертолёта разработал Леонардо да Винчи в 1489 г. В 1754 г. М. В. Ломоносов
продемонстрировал в Академии наук модель «аэродромической машины», предназначенной
для подъёма метеорологической аппаратуры в верхние слои атмосферы. Судя по
сохранившимся протоколам, это был аппарат вертикального взлёта с винтами, которые
раскручивала пружина. Но дальше модельных испытаний «машинки маленькой» дело не
пошло.
Со второй половины XIX в. предпринимались неоднократные попытки строить вертолёты, но
оторваться от земли смогли только аппараты французов Л. и Ж. Бреге и П. Корню в 1907 г. В
1912 г. русский учёный Борис Николаевич Юрьев (1889—1957) развил теорию воздушного
винта и предложил вертолётную схему, ставшую классической. По ней в 30-х гг. XX в. он
сконструировал первый экспериментальный одновинтовой вертолёт, заложив основы
отечественного вертолётостроения. Однако из-за сложности конструкции вертолёты начали
эксплуатироваться значительно позже, чем самолёты. Произошло это в годы Второй мировой
войны. Первыми серийными вертолётами стали машины немецкого конструктора Генриха
Фокке и И.И. Сикорского. В СССР наибольший вклад в создание вертолётов внесли
конструкторы А.М. Черёмухин, И.П. Братухин, М.Л. Миль и Н.И. Камов.
Многоцелевой вертолёт «Белл-Бонн г» V22 «Ос при*. 1989 г. США. л
Этот винтокрылый летательный аппарат относится к самолётам вертикального
взлёта и посадки, или вертолётам-самолётам. За рубежом такие аппараты
именуют конв«?ртоп.ланал«и 1англ. converter, от .лат. converters — < изменять»,
»превращать»). Благодаря особой конструкции они способны взлетать
и приземляться, как вертолёты, — вертикально, а поступательный полёт
осуимчтвлять. подобно самолётам, с большой скоростью. Известно много
различных видов конвертопланов, »«о все они до сих пор не вышли из стадии
экспериментальных исследований. V22 — исключение: он выпус кается серийно
и прсдставляс' собой одно из наиболее перспективных направлений
вертолётостроения. Оси его поперечно размещённых винтов при взлете
и посадке располагаются вертикально, а при переходе к поступательному
движению поворачиваются в горизонтальное положение, превращая несущие
винты о тянущие. При этом скорость V22 может достигать 600 кч'ч.
самый сложный элемент вертолёта, поэтому неоднократно пытались обойтись без неё,
например, размещая на концах лопастей несущего винта реактивные двигатели. Но из-за
большого расхода топлива и сильного шума вертолёты с реактивным приводом так и не нашли
широкого применения. В 50—60-х гг. XX в. для увеличения скорости полёта некоторые
опытные модели вертолётов оснащались дополнительными движителями (например,
реактивными). Эти машины назывались винтокрылами, но в серийное производство не
поступили.
В настоящее время во всём мире известно свыше 500 типов вертолётов. Общее число
выпущенных машин превышает 100 тыс. Их взлётная масса колеблется от нескольких десятков
килограммов до 105 т, грузоподъёмность достигает 40 т, скорость — 400 км/ч, высота полёта —
12 500 м, а дальность — из-за возможности дозаправки в воздухе — практически не
ограничена.
Современные вертолёты способны выполнять почти все фигуры высшего пилотажа и вести
манёвренный воздушный бой.
426
ЭКРАНОПЛАН И ЭКРАНОЛЁТ
В 20-х гг. во время испытаний самолётов с крылом, прикреплённым к нижней части фюзеляжа
(тип низкоплан), конструкторы заметили, что подъёмная сила крыла при посадке несколько
увеличивается и в результате машина продолжает лететь над полем, как бы не желая садиться.
Подобный эффект иногда приводил к авариям: центр давления крыла (точка приложения
подъёмной силы) в этом случае перемещается к его задней кромке и самолёт может
опрокинуться.
Дальнейшие исследования показали, что между крылом самолёта и поверхностью земли воздух
сжимается и становится плотнее. Так возникает дополнительная подъёмная сила, которая и
поддерживает аппарат в воздухе. Открытое явление назвали жранным эффектам (экран —
поверхность земли или воды). В 1922 г. появилась одна из первых работ об экранном эффекте
— статья Б.Н. Юрьева «Влияние Земли на аэродинамические свойства крыла». В 30-х гг.
изучением эффекта занимались В.В. Голубев, Я.М. Серебрийский, Ш.А. Биячуев, Н.А
Черномашинцев.
Параллельно с теоретическими исследованиями велись работы по созданию летательного
аппарата, использующего экранный эффект. Такие машины — в дальнейшем их назвали
экранопланами и экранолётами — казались очень выгодными. Действительно, чем меньше
высота полёта, тем существеннее влияние экрана и, следовательно, выше несущая способность
крыла. Поэтому для экраноплана нужны двигатели в два-три раза менее мощные, чем для
самолёта той же грузоподъёмности. Довольно тяжёлый летательный аппарат достаточно
оснастить обычным автомобильным мотором.
Создать экраноплан, который мог бы летать над пустыней и водой, снегами и льдами, мечтал
известный авиаконструктор и изобретатель П.И. Гроховский. В 1932 г. он разработал проект
экраноплана-амфибии с двумя моторами и с вполне современной аэродинамической
компоновкой. В 1935 г. финский инженер Т. Каарио построил первый аппарат для
экспериментального изучения экранного эффекта.
Работы по созданию подобных аппаратов велись под руководством Р.Е. Алексеева в
Центральном конструкторском бюро судов на подводных крыльях (город Горький, ныне —
Нижний Новгород). В 1961—1966 гг. здесь построили многоместные экспериментальные
экранопланы серии СМ с поддувом воздушно-газовой струи под крыло. В 1966 г. свой первый
полёт совершил самый большой в мире экраноплан КМ («Корабль-макет») со взлётной массой
540 т и максимальной скоростью полёта 500 км/ч. КМ (за рубежом его называют «Каспийский
монстр») имел десять турбореактивных двигателей В Д-7 с максимальной тягой 13 тс каждый.
Р.Е. Алексеев возглавлял также проектирование таких экранопланов, как «Орлёнок», «Волга-
2», «Стриж», ракетоносец «Лунь».
Разрабатывал летательные аппараты, использующие экранный эффект, и советский
авиаконструктор Р.Л. Бартини. В 1972 г. прошёл испытания экранолёт его конструкции ВВА-
14М.
В США, ФРГ, Японии и Китае начиная с 60-х гг. было спроектировано и построено несколько
лёгких экспериментальных экранопланов и экранолётов.
До середины 90-х гг. XX в. точной классификации этих летательных
Десантный экраноплан «Орлёнок». 1979 г. СССР.
Скорость — 375 км/ч; дальность — 1300 км (максимальная); экипаж — б человек; полезная
нагрузка — 40 т.
427
аппаратов — экраноплан или экранолёт — не существовало, так как для них не требовался
сертификат лётной годности. Создавались такие машины для экспериментов и в военных
целях; коммерческих и пассажирских рейсов они не выполняли.
В конце XX столетия появился Кодекс безопасности для экранопланов, утверждённый
Международной морской организацией (ММО). В соответствии с Кодексом все аппараты,
использующие экранный эффект, делятся на три типа.
Тип А — экраноплан; даже теоретически он не может выйти за пределы экранного эффекта.
Тип В — экранолёт; способен летать за пределами влияния экранного эффекта и даже на
короткое время подниматься на ограниченную высоту.
Тип С — экранолёт; использует экранный эффект только для взлёта и посадки.
Впервые в мире сертификат лётной годности получил экраноплан «Амфистар» (тип А),
созданный в Нижнем Новгороде под руководством Д. Н. Синицына. «Амфистар» оснащён
автомобильным двигателем, имеет автоматическую систему сохранения заданной высоты
полёта. В 1998 г. в Москве успешно прошёл испытания экранолёт (тип В) «Иволга-2» (главный
конструктор В. В. Колганов). В ближайшие годы экранопланы и экранолёты будут выполнять
регулярные коммерческие рейсы в труднодоступных районах земного шара.
ДИРИЖАБЛЬ
Полёт аэростатических аппаратов основан на законе Архимеда: если тело легче окружающей
среды, оно движется вверх, а если тяжелее — вниз.
Началом эры воздухоплавания считается день 5 июня 1783 г. Тогда в небо поднялся воздушный
шар, или аэростат (от греч. «аэ'р» — «воздух» и «ста'тос» — «неподвижный»), братьев
Монгольфье.
Простой воздушный шар (так называемый свободный аэростат) летит туда, куда его гонит
ветер. Поэтому усилия изобретателей были сразу же направлены на поиск средств управления
аэростатами. Сначала, по аналогии с плаванием по воде, хотели использовать паруса, рули и
вёсла. Так, в 1784 г. француз Жан Пьер Бланшар поставил на аэростат парус и два весла, а
члены Дижонской академии наук (Франция) изготовили воздушный шар с крыльчатыми
вёслами. Были даже курьёзные решения: австриец Кайзерер в 1801 г. предложил запрягать в
воздушные шары... дрессированных орлов. Немецкий механик Ф. Леппих в 1812 г. пытался
построить «летучий
*Воздухоплавание — летание на аппаратах легче воздуха (аэростатах). В начале развития
авиации это слово обозначало также и летание на аппаратах тяжелее воздуха (планёрах,
аэропланах).
428
РОЖДЕНИЕ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ
Воздушный шар построили и впервые запустили в небо братья Монгольфье — Жозеф Мишель
(1740—1810) и Жак Этьен (1745—1799). Наблюдая за облаками, изобретатели пытались
разгадать природу их движения. Постепенно возникла идея создать с помощью пара
«искусственное облако». Однако наполненная водяным паром оболочка оказалась слишком
тяжёлой, а пар быстро конденсировался. Тогда Монгольфье решили использовать дым,
образующийся при горении шерсти и сырой соломы.
После ряда неудачных опытов 5 июня 1783 г. братья Монгольфье в присутствии
многочисленных зрителей, наконец, запустили первый аэростат (объём 600 м3, диаметр 11,5 м).
Оболочка из оклеенного бумагой холста, стянутая верёвочной сеткой, поднялась на высоту
около 2000 м. С тех пор аэростаты, наполненные горячим воздухом, в память их изобретателей
стали называть монгольфьерами.
2 7 августа того же года в Париже состоялся первый полёт аэростата конструкции французского
учёного Жака Шарля. Оболочку для своего аппарата Шарль изготовил из шёлка, пропитанного
каучуком, и наполнил её водородом. Аэростаты, работающие на лёгком газе (водороде, гелии
или светильном газе), с тех пор иногда именуют шарлъерами.
Следующее важное событие произошло 19 сентября всё того же, 1783 г. В Париже поднялся в
воздух и через 10 минут успешно приземлился монгольфьер, к которому была подвешена
клетка с петухом, уткой и бараном. А 21 ноября 1783 г. в полёт на монгольфьере отправились
люди — французы Пилатр де Розье и Франсуа д'Арланд. За 20 минут аппарат преодолел
расстояние около 9 км и совершил посадку в пригороде Парижа.
Через девять дней свой первый полёт совершил и Ж. Шарль. Изобретатель и его помощник
летали уже два с четвертью часа и приземлились в 40 км от места старта. Аэростат Шарля был
совершеннее монгольфьеров. Гондола крепилась не к нижней части оболочки, а к сетке,
которая обхватывала оболочку, поэтому нагрузка распределялась более равномерно. По мере
подъёма аэростата (и соответственно понижения атмосферного давления) водород в оболочке
расширяется и, в конце концов, может разорвать её. Чтобы избежать этого, отверстие, через
которое оболочка наполняется водородом, Шарль оставил открытым. В верхней части аппарата
был предусмотрен клапан: выпустив через него часть газа, можно было уменьшить подъёмную
силу и снизиться. Чтобы подняться, из мешков, привязанных к корзине, высыпали песок
(балласт). В оснащение шарльера входил якорь: с его помощью аппарат останавливали и
закрепляли.
Как правило, аэростаты запускали в дни особых праздников и торжеств. В России, например,
первый аэростат запустили 24 ноября 1783 г. у Эрмитажа в Санкт-Петербурге, на
тезоименитство Екатерины II.
Практически с самого момента своего появления аэростаты (сначала привязные) начали
применять в научных целях, а также на войне — для наблюдения за противником и
бомбардировки с воздуха (впервые в Австрии в 1849 г.).
Русский военный аэростат.
Открытка. 1896 г.
Первый полёт монгольфьера с экипажем.
21 ноября 1783 г.
429
Научно-фантастический проект летающей лодки Ф. де Лана-Терци. 1670 г.
«ЛЕТУЧАЯ БАРКА»
Уже в одном из первых проектов аэростатического аппарата, принадлежавшем итальянскому
монаху-иезуиту Франческо де Лана-Терци, управлять кораблём предлагалось с помощью
паруса. В 1670 г. де Лана-Терци пришёл к мысли, что можно сделать воздушный корабль,
который будет легче воздуха и взлетит без помощи крыльев. «Летучую барку» поднимут
четыре полых тонкостенных шара (диаметр 7,5 м, толщина стенок 0,5 мм), из которых выкачан
воздух. Практически проект невыполним: тонкие стенки шаров сплющит атмосферное
давление.
К ЛУНЕ НА ПУЗЫРЯХ И БУТЫЛКАХ
В знаменитом романе «Иной свет, или Государства и империи луны» французский писатель
Савиньен Сирано де Бержерак (1619—1655) рассказал о фантастических изобретениях. Одно из
них поразительно напоминает будущий аэростат Монгольфье. Герой романа долетел до Луны
на бычьих пузырях, наполненных дымом. В другом полёте он использовал множество бутылок
с водой. Под действием солнечных лучей вода испарялась, и образующийся при этом «туман»
поднимал человека в воздух.
корабль», чтобы бомбить с него войска Наполеона.
Первый научный проект управляемого аэростата создал в 1783 г. французский военный
инженер Мёнье. Именно он разработал принципы, по которым в дальнейшем стали строиться
управляемые аэростаты: тип движителя — воздушный винт, форма оболочки — удлинённая и
неизменяемая. Изобретатель предложил использовать три воздушных винта и расположить их
между гондолой и оболочкой (в то время винты не применялись даже на судах). Управлять
аэростатом предполагалось с помощью руля. Весь механизм должны были приводить в
движение 80 человек. Форма оболочки способствовала уменьшению сопротивления воздуха в
полёте. Внутри оболочки, наполненной водородом, предполагалось поместить мягкие ёмкости
с воздухом — баллонеты. Когда дирижабль поднимается, атмосферное давление падает, а
водород расширяется. Тогда воздух из баллонета нужно было выпустить и таким образом
уравнять давление. При спуске воздух надлежало накачать снова. Тем самым обеспечивалась
неизменяемая форма оболочки и постоянство давления в ней.
Объём аэростата Мёнье должен был составить 79 000 м3, длина — 84,5 м, диаметр — 42 м. В
сущности, это был первый проект дирижабля (от фр. dirigeable — «управляемый») —
управляемого аэростата с двигателем. Однако свои идеи Мёнье так и не сумел реализовать, и
лишь много лет спустя большинство его технических предложений использовали другие
изобретатели.
На первых порах серьёзным препятствием для создания управляемого аэростата было
отсутствие лёгкого и мощного мотора, позволяющего лететь против ветра. В то время
двигатель внутреннего сгорания ещё не изобрели, паровой же двигатель мощностью 50 л. с.
имел массу около 5 т. Для подъёма его самого потребовался бы аэростат огромного объёма.
Только в 1851 г. талантливому механику Анри Жиффару удалось создать паровой двигатель
мощностью 3 л. с. и массой всего 45 кг специально для аэростата. Через год изобретатель
построил и сам аэростат. Его оболочка (объём 2500 м3, длина 44 м, диаметр 12 м) наполнялась
светильным газом. 23 сентября 1852 г. Жиффар поднялся на своём аппарате на высоту 1800 м,
пролетел со скоростью 10,8 км/ч небольшое расстояние по прямой и затем совершил посадку.
Так началась эпоха управляемого воздухоплавания, а первым дирижаблем стал аэростат
Жиффара.
В России над созданием летательного аппарата с электрическими двигателями работал А.Н.
Лодыгин.
Гравюра неизвестного автора.
430
«АЭРОСТАТ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ»
Одним из первых использовать для дирижабля жёсткий корпус предложил русский учёный К.
Э. Циолковский. В работе «Аэростат металлический управляемый» (1892 г.) он описал
принципиально новую конструкцию дирижабля — с тонкой металлической оболочкой. А в
1896 г. учёный представил подробно разработанный проект
цельнометаллического аппарата, который не нуждался в баллонах. Корабль (объём 70 000 м3,
длина 210 м, диаметр 25,4 м) был рассчитан на перевозку 200 пассажиров и 14 т груза.
Скорость до 43 км/ч должны были обеспечивать 8 воздушных винтов, приводимых в движение
паровыми машинами. Оболочку из листов железа (толщиной 0,3 мм) для увеличения прочности
Циолковский предложил сделать гофрированной. Аля поддержания необходимого
соотношения температур газа, наполняющего дирижабль, и окружающего воздуха, а также
обеспечения постоянной подъёмной силы на различных высотах газ предполагалось нагревать
теплом двигателей. Предусматривалась возможность изменять объём дирижабля, деформируя
при помощи системы блоков гофрированную оболочку.
Проект не получил признания, и автору в средствах на постройку дирижабля отказали. Лишь в
середине 30-х гг. на работы Циолковского обратили внимание и при его участии построили
несколько моделей с гофрированным кор-
К. Э. Циолковский с изготовленными им моделями дирижаблей. Фотография. 1913 г.
пусом. На них отрабатывалась технология изготовления и сборки оболочки. Но, к сожалению,
опытный дирижабль построить так и не удалось.
431
Не найдя признания на родине, изобретатель в 1870 г. запатентовал свой «электролёт» во
Франции. Однако из-за отсутствия средств аэростат не был построен. Занимался вопросами
воздухоплавания и Д. И. Менделеев. Он спроектировал два дирижабля, а в 1880 г. по его
инициативе был создан VII Воздухоплавательный отдел Русского технического общества.
В 1883 г. во Франции конструкторы братья Г. и А. Тиссандье впервые построили дирижабль с
электродвигателем. Энергию для него вырабатывали четыре батареи общей массой 200 кг.
Максимальная скорость аппарата — 14,4 км/ч. Год спустя появился дирижабль с
электрическим двигателем французских офицеров Шарля Ренара и Артура Кребса. Мощность
мотора составляла около 8 л. с. при массе 96 кг; аппарат развивал скорость до 21,6 км/ч.
Дирижабль Ренара и Кребса пролетел 8 км и приземлился в месте старта. Газеты всего мира
писали о триумфальной «победе над воздухом». Этот первый по-настоящему управляемый
аэростат назвали «Франция».
Новые возможности для создания управляемых аппаратов открылись после того, как в 1886 г.
во Франции и США наладили производство алюминия в промышленных масштабах. В 1897 г.
австрийский инженер Д. Шварц построил первый в мире жёсткий цельнометаллический
дирижабль из алюминия, ставший прообразом будущих дирижаблей жёсткой
системы с бензиновым двигателем. Ещё раньше работу над цельнометаллическим дирижаблем
начал К.Э. Циолковский.
С УТРА ДО НОЧИ КТО БУДЕТ СТРОИТЬ ДИРИЖАБЛИ?..
В 1894 г. отставной немецкий генерал Фердинанд фон Цеппелин (1838— 1917) представил на
рассмотрение правительственной комиссии проект дирижабля. Жёсткий каркас аппарата
представлял собой сложную систему ферм, стержней и тросов из алюминия. Проект отклонили
из-за гигантских размеров дирижабля: его длина превышала 100 м. Создание фон Цеппелина
называли «чудовищем», а самого графа — полоумным. Однако неудача не остановила
изобретателя. Он основал акционерное общество, собирал средства и в 1898 г. на Боденском
озере в Германии построил огромный эллинг, который поддерживали 80 понтонов.
Через два года появился первый дирижабль фон Цеппелина — LZ-1. Оболочка из
прорезиненной хлопчатобумажной ткани, покрытая лаком, обтягивала фермы алюминиевого
каркаса, состоявшего из 17 отсеков. В отсеках размещались сферические газовые баллоны с
водородом (общий объём около 11 300 м3). Воздушный корабль достигал в длину 128 м, в
диаметре — 11,6 м. Под оболочкой размещалась 56-метровая балка с двумя гондолами на
концах. В каждой находился четырёхцилиндровый бензиновый двигатель мощностью 16 л. с,
который вращал четырёхлопастные винты. Для управления дирижаблем предусматривались
два вертикальных руля и один горизонтальный. LZ-1 совершил всего три полёта (максимальная
скорость около 29 км/ч) и показал при этом хорошие лётные качества. Но акционерное
общество распалось, и только через четыре года фон Цеппелин смог вновь приступить к
созданию нового, более совершенного корабля.
Фердинанд фон Цеппелин. С открытки.
Воздушный корабль LZ-6. 1909 г.
* Эллинг — здесь крытое сооружение для постройки и ремонта дирижаблей.
432
Тысячи насмешек стерпел Фердинанд фон Цеппелин, его произведения разбивались и горели,
их крушил штормовой ветер, но изобретатель настойчиво продолжал работу. Упорным трудом
и громадным напряжением воли фон Цеппелин всё-таки добился успеха. Его воздушные
корабли жёсткой конструкции — целое семейство LZ — сыграли ведущую роль в
дирижаблестроении. И остались в истории воздухоплавания под именем «цеппелины».
«ПОСМОТРИТЕ НА МИР ИЗ ОКНА ДИРИЖАБЛЯ!»
В конце XIX — начале XX столетия в европейских странах начало бурно развиваться
дирижаблестроение. Воздушные корабли стали более совершенными. Сформировалось три их
типа: жёсткие, полужёсткие и мягкие.
Дирижабли жёсткой конструкции (цеппелины) имеют прочный металлический каркас из
ферм, к которому крепится оболочка из многослойной прорезиненной хлопчатобумажной
ткани (перкаля), покрытая несколькими слоями лака с примесью алюминиевого порошка.
Уже на первых дирижаблях полужёсткой системы их создатели пытались устранить
продольный прогиб оболочки, чтобы равномерно распределить на неё нагрузку. Для этого
между оболочкой и гондолой помещали деревянную балку (А. Жиффар); удлиняли гондолу (Ш.
Ренар); прикрепляли оболочку к ферме из стальных труб и устанавливали жёсткий киль
(Жюлио). Самую совершенную конструкцию создал Умберто Нобиле. Характерным для
кораблей этого типа является наличие жёсткой килевой балки.
Дирижабли мягкой конструкции каркаса не имели, а гондолы подвешивались к сеткам,
прикреплённым к оболочке (Мёнье, А. Парсеваль). Внутри оболочки находились баллонеты с
воздухом.
В 1902 г. во Франции на средства богатых сахарозаводчиков братьев
Схема дмрмж«|Ьхв жёсткой конструкции.
/ — каркас; 2— шпангоут; J — оболочка; 4 — газовый баллон; 5 — киль; б — руль
направления; 7 — руль высоты; 8 — стабилмзатор, 9 — шнартсмючные канаты;
10 — моторная гондола: 11 — гондола; 12 — причальное устройство.
Дирижабль «Виль де Пари». 1906 г. Франция.
Дирижабль «Клеман Баяр». 1908 г. Франция.
В 1909 г. «Клеман Баяр» приобретает Россия, и он получает название «Беркут».
433
Воздушный корабль «Граф Цеппелин» нал Нью-Йорком. Фотография. 1928 г.
Лебоди конструктор Жюлио построил дирижабль «Лебоди», который положил начало целому
семейству аппаратов полужёсткой системы. В июле 1905 г. во Франции проходили большие
военные манёвры, на которых и продемонстрировали «Лебоди». Удачные полёты доказали, что
дирижабли можно использовать в военных целях. Вскоре они были приняты на вооружение
армий Франции, Германии, России, Италии и Великобритании. В тот же период во Франции
строятся управляемые аэростаты мягкой системы: «Виль де Пари» (1906 г.) и «Клеман Баяр»
(1908 г.). На последнем в 1909 г. был установлен мировой рекорд высоты для дирижаблей —
1500 м. Наиболее удачную конструкцию для дирижаблей мягкой системы разработал в
Германии А. Парсеваль.
К началу 10-х гг. управляемый аэростат стал достаточно эффективным видом транспорта. В
июне 1910 г. отправился в первый рейс по маршруту Люцерн — Риги-Кульм (высокогорный —
1415 м над уровнем моря — курорт в Швейцарии) дирижабль «Город Люцерн». Вскоре другой
воздушный аппарат — «Парсеваль» — открыл регулярное пассажирское сообщение между
Мюнхеном и Берлином. К строительству специальных дирижаблей, предназначенных для
перевозки пассажиров, приступили на верфях фон Цеппелина (основная находилась во
Фридрихсхафене). Летом 1910 г. поднялся в воздух первый такой аппарат LZ-7 («Германия»)
(длина 148 м, диаметр 14 м). Салон был рассчитан на 20 человек.
После Первой мировой войны появляются по-настоящему комфортабельные пассажирские
дирижабли. В Англии, а затем в США начинают строить воздушные корабли по схеме
«цеппелин». В то время в Соединённых Штатах открыли месторождение гелия, который, в
отличие от водорода, не горит. Это послужило толчком для развития дирижаблестроения в
Америке. В 1922 г. в Германии по заказу воздушного флота США начали строить самый
крупный корабль того времени — LZ-126 (объём 70 000 м3). Американским конструкторам
была предоставлена возможность изучать опыт немецких коллег и непосредственно
участвовать в работах. Одновременно в США под руководством специалистов цеппелиновской
верфи строился аналогичный дирижабль ZR-1 («Шенандоа»), наполнявшийся гелием. В 1924 г.
оба дирижабля были построены. Дирижабль LZ-126 (получил название «Лос-Анджелес»)
совершил перелёт из Германии в Америку.
Итальянские конструкторы работали в основном над дирижаблями полужёсткой конструкции.
Построенный в 1923 г. N-1 (проекту. Нобиле)
ВОЕННАЯ «ПРОФЕССИЯ» ДИРИЖАБЛЯ
Во время Первой мировой войны с управляемых аэростатов проводили разведку вражеской
территории, бомбили войска противника; аэростаты охраняли караваны кораблей и морские
рубежи. К концу войны их количество возросло до 470.
Дирижабли применялись и в годы Второй мировой войны. Сто пятьдесят американских
воздушных кораблей без единой потери эскортировали через Атлантический океан 89 тыс.
морских транспортов, провели сотни спасательных операций на море. В Советском Союзе
дирижабли «СССР В-1» и «СССР В-12» доставляли военные грузы, а дирижабль «Победа»
разыскивал на Чёрном море затонувшие корабли и морские мины. Вплоть до запуска первых
искусственных спутников Земли американские дирижабли несли военную службу — были
«радиолокационными дозорными».
*Дирижабли типа «Лебоди»: «Патри» (1906 г.), «Републик» (1908 г.), «Либертэ» (1910 г.).
Дирижабль «Републик» развивал скорость до 48,6 км/ч и поднимался на высоту до 1000 м.
434
прославился удачным полётом к Северному полюсу.
В 1928 г. отправился в полёт самый совершенный из всех 117 кораблей, построенных на
цеппелиновских верфях, — дирижабль LZ-127 («Граф Цеппелин»), Поражали не только
размеры воздушного корабля (объём 105 000 м3, длина 236,6 м, диаметр 30,5 м) — по уровню
комфортабельности он не уступал океанским лайнерам. Пять двигателей мощностью по 530 л.
с. позволяли развивать скорость до 128 км/ч. Двигатели работали на так называемом блау-газе,
имевшем такую же плотность, что и воздух, поэтому подъёмная сила корабля по мере
выработки топлива не изменялась. «Граф Цеппелин» перелетел через Атлантику и обратно,
после чего был сдан в эксплуатацию. Он перевёз 13 ПО пассажиров, 143 раза пересёк
Атлантический океан, преодолев около 1 700 000 км.
В 1929 г. «Граф Цеппелин» совершил кругосветный перелёт по маршруту Фридрихсхафен —
Токио — Лос-Анджелес — Лейкхерст — Фридрихсхафен. Расстояние в 35 000 км LZ-127
преодолел за 20 суток со средней скоростью 116 км/ч. В 1931 г. на этом дирижабле отправилась
в Арктику международная экспедиция.
В 30-х гг. XX столетия мир восхищался успехами воздухоплавания: на дирижаблях покоряли
Северный полюс, они выполняли кругосветные перелёты, осуществляли регулярные
межконтинентальные пассажирские, почтовые и грузовые перевозки. «Посмотрите на мир из
окна дирижабля!», — призывала туристов реклама.
РОССИЙСКИЕ ДИРИЖАБЛИ
Первый дирижабль в России построили по проекту А.И. Шабского и назвали его «Учебный».
Мощность двигателя не превышала 25 л. с, поэтому скорость составляла всего 36 км/ч. В 1909
г. Россия приобретает во Франции у братьев Лебоди аэростат «Лебедь», почти точную копию
дирижабля «Републик». Летом того же года был построен дирижабль «Кречет»;
его основой была наиболее удачная конструкция полужёсткой системы «Патри». Объём
оболочки дирижабля составлял 6000 м3, длина — 70 м; два двигателя, мощностью 85 л. с.
каждый, позволяли развить скорость до 40 км/ч. После первого полёта «Кречета» (30 июля 1910
г.), показавшего, что он может конкурировать с лучшими европейскими дирижаблями,
воздушный аппарат был принят на вооружение российской армии.
Осенью 1910 г. на Ижорском заводе был построен второй управляемый аэростат мягкой
системы — «Голубь» (объём 2275 м3). В это же время на московском заводе «Дуке» построили
дирижабль такого же типа — «Ястреб» (объём 2700 м3).
Русский дирижабль мягкой конструкции «Альбатрос» был создан по проекту Б.В. Голубова и
Д.С. Сухоржевского в 1911 г. Крупный по тому времени корабль (объем 9600 м3, длина 77 м, с
двумя баллонетами по 1200 м3) имел два двигателя мощностью по 160 л. с, которые позволяли
развивать скорость до 68 км/ч. Алюминированная оболочка уменьшала нагрев солнечными
лучами несущего газа и служила целям маскировки. К началу Первой мировой войны Россия
имела семь дирижаблей отечественной постройки, ещё восемь были приобретены за границей.
Самые крупные воздушные корабли поступили на вооружение армии и совершали потом
боевые вылеты.
Но для военных целей требовались корабли больших объёмов, ив 1915 г. начались испытания
самого крупного отечественного дирижабля — «Гиганта». Воздушный аппарат
Русский военный воздушный корабль «Зодиак». 1910 г.
По этому же типу были построены дирижабли «Голубь» и «Орёл».
Офицер постоянного состава Офицерской воздухоплавательной школы в парадной форме
для строя. 1914 г. Россия.
435
ГИБЕЛЬ ДИРИЖАБЛЕЙ-ГИГАНТОВ
Судьба некоторых дирижаблей-гигантов оказалась трагичной. Так, в мае 1928 г. после удачного
полёта к Северному полюсу разбился о лёд дирижабль N4 («Италия»), В поисках У. Нобиле и
восьми участников экспедиции, выброшенных на льдину, участвовали многие страны. Нобиле
был спасён шведским лётчиком, а остальных оставшихся в живых нашла советская
спасательная экспедиция на ледоколе «Красин». Английский жёсткий дирижабль R-101 (1929
г.; объём 140 000 м3), предназначенный для рейсов Англия — Канада, Англия — Египет —
Индия — Австралия, погиб в первом же пробном полёте в Индию. Подобная участь постигла и
американские дирижабли ZRS-4 («Акрон») (1933 г.) и ZRS-5 («Мекон») (1933 г.). Оба
воздушных корабля затонули в результате аварий: «Акрон» — в Атлантическом океане, а
«Мекон» — в Тихом. Объём каждого составлял 184 000 м3, длина — 239 м, диаметр — 40,5 м.
Исследования показали, что аппараты разломились из-за больших изгибающих моментов; по
той же причине порой гибнут длинные морские танкеры.
Крупнейший в истории воздухоплавания — дирижабль LZ-129 («Гинденбург»), Его объём
составлял 200 000 м3, длина — почти четверть километра, диаметр — 41,2 м. Четыре двигателя
мощностью 1100 л. с. каждый позволяли со скоростью до 135 км/ч преодолевать 15 000 км,
имея при этом полезную нагрузку 88 т. Трёхсменный экипаж состоял из 40 человек команды и
10 — обслуживающего персонала. С момента первого полёта (март 1936 г.) «Гинденбург»
совершил 21 рейс через Северную Атлантику и 16 — через Южную, перевёз более 3 тыс.
пассажиров.
...6 мая 1937 г. произошло трагическое событие, не менее знаменитое, чем гибель «Титаника».
В сильный дождь «Гинденбург» снижался к причальной мачте в Лейкхерсте (США).
Непосредственно перед швартовкой раздался взрыв, и огромный дирижабль, охваченный
пламенем, на глазах у потрясённых людей рухнул на посадочную площадку. На борту
находились 97 человек; из них погибли 35, остальные получили ранения и ожоги.
Долгие годы причиной катастрофы считалось возгорание водорода от искры заряда
статического электричества, но позднее появилась другая версия. Возникло предположение,
что «Гиденбург», гордость Третьего рейха, был уничтожен взрывом мины. В пользу этой
версии говорит и то, что пламя охватило не поверхность воздушного корабля, а возникло
изнутри.
Последней в цепи катастроф стала гибель 5 февраля 1938 г. лучшего советского дирижабля
«СССР В-6» («Осоавиахим»), Ко второй половине 30-х гг. В-6 уже не раз летал в районы
северных морей. И когда 1 февраля пришло сообщение, что льдину с экспедицией И. Д.
Папанина вынесло в Гренландское море, на спасение полярников отправили именно
«Осоавиахим». На пути к Мурманску, в районе Кандалакши, дирижабль врезался в гору, не
обозначенную на штурманской карте.
Nero Vorft ' American
HINDENBURG EXPLODES
AT LAKEHURST; 35 DEAD
МЮЙТТ МОНЛВСЯ or пв «ГГ COMO A FA1WKJ УГЛА C
Гибель «Гинденбурга». Страница из газеты «Нью-Йорк америкен».
полужёсткой системы был построен по проекту А. И. Шабского. Он имел объём около 20 000
м3, длину 150 м, четыре двигателя по 215 л. с. каждый. Во время испытаний дирижабль
переломился и опустился на землю, но для ремонта оказался непригодным и поэтому был
разобран. В это же время пытались построить ещё один крупный дирижабль — «Воздушный
крейсер» (объём 32 000 м3) по проекту Б.В. Голубова и Д.С. Сухоржевского. Суммарная
мощность его двигателей предположительно должна была составить 2000 л. с. Но
строительство этого воздушного аппарата так и не было завершено: техническая отсталость не
позволяла ни наладить выпуск мощных двигателей, ни создавать крупные дирижабли.
436
После революции в России возобновилось строительство управляемых аэростатов. В июне 1925
г. совершил первый полёт «Московский химик-резинщик» (МХР) конструктора Н.В. Фомина,
построенный на средства рабочих химической промышленности. На собранные — по
инициативе газеты «Комсомольская правда» — средства студенты Высшего аэромеханического
училища под руководством Фомина построили дирижабль (объём 2550 м3), который так и
назвали — «Комсомольская правда». На борт он мог брать 12 человек. Первый полёт состоялся
29 августа 1930 г., а в октябре над Красной площадью в Москве впервые поднялся советский
дирижабль. В 1932 г. воздушный корабль был модернизирован и получил название «СССР В-4»
(В-4).
Созданная в столице организация «Дирижаблестрой» (1931 г.) за короткий срок
сконструировала целый ряд дирижаблей мягкой системы — В-1, В-2, В-3 и первый
управляемый
ДИРИЖАБЛИ «АЭРОСТАТИКА»
В последние годы началось повсеместное возвращение к дирижаблям, но на базе современных
технологий. После полувекового перерыва в небе России вновь появились дирижабли:
«Аэроста-тика-01» (1994 г.) и «Аэростатика-02» (1995 г.), созданные научно-производственной
фирмой «Аэростатика» (главный конструктор А. Н. Кирилин). Они способны проводить
инструментальную (например, геофизическую) разведку; наблюдение за состоянием
окружающей среды; патрулирование крупных городов, прибрежных и приграничных районов;
картографирование; кино-, фото- и телесъёмку; рекламные полёты.
Дирижабль «Аэростатика-02» (объём 650 м3, длина 27,6 м, максимальная скорость 97 км/ч) —
одноместный летательный аппарат классической (сигарообразной) формы, с мягкой оболочкой,
наполненной гелием. Оболочка выполнена из плёночно-тканевого материала, снабжена
центральным баллонетом (ёмкостью, наполняемой воздухом), воздухозаборным устройством,
газовым и воздушным клапанами, электровентилятором. К передней её части крепится носовое
усиление, к хвостовой — восьмиплановое (из восьми металлических пластин) оперение.
На гондоле дирижабля установлены австрийский двигатель ROT АХ 582; движитель типа «винт
в кольце» с системой управляемых поворотных профилей, позволяющих изменить направление
тяги на 90°; балластный и топливный баки, снабжённые устройствами для аварийного слива
балласта и топлива; двухколёсное шасси велосипедного типа с самоориентирующимися
колёсами.
Дирижабль «Аэростатика-02» экспонировался на международных авиационно-космических
салонах МАКС-95 и МАКС-97, на авиационном параде в Тушине (Москва, 1999 г. ); принимал
участие в съёмках двух художественных фильмов киностудии «Мосфильм»; совершил перелёт
по маршруту Москва — Нижний Новгород — Москва. С 1997 г. «Аэростатика-02» регулярно
выполняет рекламно-демонстрационные полёты над Москвой.
Дирижабль «Аэростатика-02». Фотография. 1999 г.
УгтроАспм) гондолы лмрмждь\я «Аэросгдп«кд-02».
I — оболочка; 2 — клапан воздушном системы: 3 —- электровентиляторы: 4 — блок
управления рулями с матяжигелями тросi*; 5 — подгимлсыьнан рама, 6 — апмухогаборни»
< обратным клапаном. 7 •— механизм управления вектором тяг и. в — топливный бак
(с правой стороны балластный 6a*F 9 •— аккумулггторы; IО — двигатель КОТАХ 5Я2
437
Русские дирижабли «Кречет». 1909 г.: «Альбатрос». 1911 г.: «Гигант». 1915 г.
аэростат полужёсткой системы В-5. Дирижабли В-2 и В-4 известны тем, что в марте 1934 г.
участвовали в спасении челюскинцев. В этом же году вступает в строй лучший отечественный
дирижабль полужёсткой системы «СССР В-6» — «Осоавиахим» (объём 18 500 м3, длина 104,5
м, диаметр 18,8 м). Корабль мог брать на борт до 20 пассажиров, имел три двигателя по 270 л.
с, позволявшие ему развивать скорость до 113 км/ч. С полезной нагрузкой 8500 кг дальность
его полёта составляла 2000 км. В 1937 г. «Осоавиахим» превысил мировой рекорд
продолжительности полёта, принадлежавший немецкому гиганту LZ-127 («Граф Цеппелин»),
на 11 часов. Вслед за В-6 с верфей «Дирижаблестроя» сходят дирижабли В-7 (1934 г.), В-7-бис
(1935 г.), В-8 (1936 г.), В-10 (1937 г.) и В-12 (1942 г.), применявшийся в годы Второй мировой
войны. Последними в то время были построены небольшие корабли «Победа» (1944 г.) и
«Патриот» (1947 г. ) по проекту Б. А. Гарфа.
ДИРИЖАБЛИ ВОЗВРАЩАЮТСЯ
Начиная с 30-х гг. XX в. неторопливых воздушных гигантов стали вытеснять их более
стремительные родственники — самолёты. А когда дирижабли один за другим начали сгорать
при авариях, интерес к ним резко упал. Однако к началу 70-х гг. вновь вспомнили о большой
грузоподъёмности дирижаблей, низком расходе топлива, практически неограниченной
дальности и продолжительности полёта. А ещё о том, что для этих огромных воздушных
кораблей не нужны аэропорты со взлётно-посадочными полосами.
Достижения в авиационно-космической технике, материаловедении и приборостроении
позволяли создавать всё более совершенные и надёжные управляемые аэростаты, поэтому во
многих странах (в том числе в СССР) стали появляться конструкторские бюро
дирижаблестроения.
Сегодня дирижабли летают в Великобритании, Германии, Франции, США, Японии, Канаде,
Австралии, Китае и России. Несущим газом вместо водорода служит инертный гелий. Это
устранило опасность пожара — главный недостаток воздушных кораблей прошлого.
Дирижабли возвращаются, но... пока только для исследовательских, рекламных и спортивных
полётов. В некоторых странах их используют для патрулирования, проведения полицейских
операций и в качестве ретрансляторов.
Существуют проекты «рабочих» дирижаблей. Например, дирижабли-краны могли бы
доставлять из заводских цехов на место установки гидротурбины и турбогенераторы, мачты
для высоковольтных линий электропередачи, буровые вышки и даже секции жилых домов.
Управляемые аэростаты способны заменить вертолёты в сельском и лесном хозяйстве,
геологоразведке, рыбном промысле и навигации.
Есть проекты дирижаблей — летающих санаториев и больниц. Пассажирские и туристические
дирижабли чрезвычайно удобны для перевозки людей на сравнительно небольшие расстояния,
а неторопливое «плавание» позволит туристам рассматривать достопримечательности с высоты
птичьего полёта.
438
ТРАНСПОРТ «ЗЕМЛЯ — КОСМОС»
Для того чтобы стать искусственным спутником Земли, любое материальное тело должно
разогнаться до скорости около 8 км/с. Ещё чуть-чуть — 11 км/с, и оно улетит от нашей планеты
совсем. Разогнаться до такой скорости — почти 29000 км/ч — можно только при помощи
ракетного двигателя.
ОГНЕННОЕ СЕРДЦЕ
В принципе ракетный двигатель — устройство для разгона и отбрасывания рабочего тела, в
результате чего создаётся реактивная тяга. Это может быть газ, жидкость и т. д. На практике
применяют два способа разгона: с помощью электромагнитного поля или химической реакции в
ёмкости с повышенным давлением — камере сгорания.
Камера сгорания получила такое название потому, что чаще всего давление в ней поднимают до
требуемых величин путём сжигания химического топлива. Как правило, топливо состоит из двух
компонентов — горючего и окислителя. Если их смесь твёрдая, двигатель называется
твердотопливным (РДТТ); если жидкая (или когда система её подачи устроена так, будто она
жидкая) — жидкостным (ЖРД). Возможен вариант, когда один компонент жидкий, другой —
твёрдый; тогда двигатель именуется гибридным.
Рассмотрим на примере ЖРД, как устроен ракетный двигатель. Форсунки, через которые
подаются топливные компоненты, расположены в передней части камеры сгорания, а задняя —
представляет собой сужающуюся часть сопла.
Сопло состоит из двух участков. Первый из них — сужающийся. В нём реактивная струя
движется с дозвуковой скоростью, разгоняясь по мере уменьшения площади сечения сопла. В
самой узкой его части — критическом сечении — скорость газов достигает скорости звука, и
характер их течения радикально меняется. Теперь уже скорость струи повышается с увеличением
сечения, поэтому во втором участке сопло имеет колоколообразную форму.
Эффективность двигателя тем выше, чем больше температура в камере сгорания. Но
возможности материалов далеко не безграничны, и поэтому во всех современных агрегатах
применяется охлаждение: холодные компоненты топлива, прежде чем поступить в камеру,
проходят через её двойные стенки.
Ещё один обязательный элемент ЖРД — турбонасосный агрегат. Приводом для него служат
газовые турбины, работающие либо на продуктах сгорания основных топливных компонентов,
либо на специальном топливе (например, перекиси водорода).
Рабочим телом ракетных двигателей служат газообразные продукты сгорания. Они обычно
весьма ядовиты, кроме того, имеют большую молекулярную массу, а, следовательно, меньшую,
чем хотелось бы, скорость
Ракетный двигатель РД-180 для ракеты-носителя «Атлас» фирмы «Локхи-Мартин». 1998 г.
США.
*При'вод — устройство для приведения в действие машин; состоит из двигателя, силовой
передачи и системы управления.
439
истечения (она определяет энергетическое совершенство двигателя). Поэтому уже давно были
предложены и испытаны на стендах ядерные ракетные двигатели (ЯРД), в которых рабочее тело,
например водород, нагревается в атомном реакторе. А в космосе успешно работают
электроракетные
«СОЮЗ-У»
«Союз-У» — представитель самого массового в мире семейства баллистических ракет и ракет-
носителей (выпушено около 1 тыс. экземпляров). Стартовая масса — 310 т; длина — 50,67 м;
размах стабилизаторов — 10,3 м; продолжительность разгона — 520— 540 с; грузоподъёмность
— до 7 т на низкую круговую орбиту; топливо — керосин и жидкий кислород (для привода
турбонасосных агрегатов применяется перекись водорода).
Первоначальный вариант ракеты создан в 1954— 1957 гг. под руководством С. П. Королёва. Она
имеет уникальную компоновку: четыре конических блока первой ступени окружают вторую,
двигатели обеих ступеней запускаются одновременно на Земле. Вторая ступень работает вдвое
дольше, чем первая, и отделяется после запуска двигателя третьей ступени, которая размешается
сверху. В таком виде носитель получил название «Спутник» и после запуска трёх первых
искусственных спутников Земли применялся для вывода на орбиту космического аппарата
«Полёт».
С кабиной космонавта в третьей ступени (блок «Е») машина получила название «Восток» —
именно она вывела в космос первый корабль с человеком на борту. С более мошной третьей
ступенью (блок «И») ракета превратилась в «Союз». Четырёхступенчатая модификация
«Молния» отправила первые станции к Венере и Марсу; сейчас она применяется для запуска
спутников связи на высокоапогейные орбиты.
Установка ракеты «Союз-У» перед запуском. Космодром Байконур. Фотография. 1998 г.
Старт ракеты-носителя «Союз-У».
440
«ПРОТОН»
«Протон» (УР-500К) — носитель тяжёлого класса. Создан в начале 60-х гг. в филиале ОКБ-52 на
заводе имени М.В. Хруничева. Длина с ракетным блоком «ДМ», но без головного обтекателя —
42,3 м; диаметр корпуса — 4,1 м; габаритный диаметр — 7,4 м. При стартовой массе более 600 т
выводит на низкую околоземную орбиту груз массой до 21 т, на геостационарную орбиту с
Байконура — более 1,8 т, на траекторию к Луне — около 5 т.
Характерная конструктивная особенность: на первой ступени параллельно размешены
центральный бак с окислителем и 6 боковых баков с горючим. Под баками с горючим
установлены ЖРД суммарной тягой около 900 т. Вторая ступень имеет 4 двигателя, один из
которых обеспечивает ещё и наддув баков.
Двухступенчатый вариант «Протона» дважды доставлял на околоземную орбиту сверхтяжёлые
спутники с таким же названием для исследования космических лучей. Трёхступенчатый вариант
применяется для вывода модулей орбитальных станций и различных аппаратов, созданных на их
базе. Однако сначала появилась четырёхступенчатая версия, причём в качестве четвёртой
ступени использован ракетный блок «Д» (позднее — «ДМ»), созданный в ОКБ-1. Этот носитель
запускал межпланетные станции и спутники на высокие орбиты.
Ракета-носитель «Протон» с модулем «Заря» на стартовой площадке. Фотография. 1998 г.
плазменные двигатели. Они с огромной скоростью выбрасывают поток ионизованных атомов
ксенона, ускоренных электрическим полем. Источником питания плазменных двигателей служат
солнечные батареи. Но мощность этих двигателей мала, и взлететь с Земли на них невозможно.
Их используют только для стабилизации искусственных спутников и космических станций на
орбите и для перехода с одной орбиты на другую. Очень удобны они и для межпланетных
перелётов. Для полёта на Марс, например, понадобится всего-навсего несколько сот
килограммов ксенона вместо десятков тонн жидкого топлива.
РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ
Конструкции ракет-носителей, в значительной степени определяющиеся типом применяемого
двигателя, справедливо относятся к вершинам технической мысли.
Существует так называемая формула Циолковского, согласно которой конечная скорость ракеты
равна произведению скорости истечения реактивной струи на натуральный логарифм отношения
масс заправленной и пустой машины. Величина первой космической скорости однозначно задана
размерами и массой Земли и равна, как уже говорилось, приблизительно 8 км/с. Скорость
истечения реактивной струи для лучших существующих ЖРД составляет около 4,5 км/с (чаще
3,8 км/с), а у твердотопливных — ещё меньше. Следовательно, масса носителя с топливом
должна быть, по крайней мере, в шесть раз больше, чем без топлива!
Конструкция носителей с ЖРД прошла долгий путь развития и совершенствования. Сначала
нагрузки от двигателя (ускорение и вибрации) и набегающего воздушного потока
441
СВЕРХТЯЖЁЛЫЙ НОСИТЕЛЬ Н1
Н1 —сверхтяжёлый носитель, который предназначался для пилотируемого полёта на Луну.
Однако задумывался Н1 как многоцелевой, в частности и для военных нужд. «Лунный»
вариант обозначался как Hl-ЛЗ и имел следующие характеристики: длина — 105 м; диаметр —
16 м; стартовая масса — 2750 т; грузоподъёмность — 95 т на орбиту высотой 220 км.
Конструкция Н1 уникальна для машин такого класса. На трёх ступенях использованы
подвесные сферические топливные баки, причём топливопроводы из верхнего (керосинового)
бака на каждой ступени проходят по внешней поверхности обшивки. На первой ступени
установлено 30 ЖРЛ, на второй — 8, на третьей — 4.
В 1969—1974 гг. проведено четыре пуска, окончившихся авариями, после чего работы были
прекращены.
Схема ракетно-космического комплекса Н1 -ЛЗ (в составе трёхступенчатой ракеты Н1 и
лунного комплекса ЛЗ).
«САТУРН-5»
«Сатурн-5» —сверхтяжёлая ракета-носитель (США), предназначенная для доставки человека
на Луну; использовалась для запуска пилотируемой орбитальной станции «Скайлэб».
Разрабатывалась под руководством Вернера фон Брауна. Длина — 102 м; диаметр — 10,1 м;
стартовая масса — 3038,5 т; полезный груз — 118 т на низкую околоземную орбиту, 47 т на
траекторию к Луне; топливо на первой ступени — керосин и жидкий кислород, на второй и
третьей — жидкие водород и кислород.
Лётные испытания «Сатурна-5» начались 9 ноября 1967 г., и все 13 пусков прошли успешно.
Последний раз носитель стартовал 14 мая 1973 г.
Запуск ракеты «Сатурн-5».
воспринимал жёсткий каркас, к которому крепились топливные баки. Потом — и это явилось
колоссальным шагом вперёд — воспринимать все нагрузки стали сами баки. Более того, их
начали надувать, что позволило значительно облегчить конструкцию без снижения её
жёсткости (вспомните, насколько прочен надутый воздушный шарик).
Впереди ракеты находится отсек полезного груза. Выводимый на орбиту спутник, или
космический корабль, или модуль орбитальной станции закрывается головным обтекателем,
который защищает конструкцию от набегающего потока воздуха и, как правило, сбрасывается
после прохождения плотных слоёв атмосферы — на высоте около 40 км.
В двигательном отсеке, в хвостовой части, находятся маршевые и (если есть) рулевые
двигатели с приводами. (Силовая конструкция этого отсека зачастую является той опорой,
которая удерживает ракету на стартовом столе.) Здесь же устанавливается огневая защита,
предотвращающая попадание в отсек газов, истекающих из двигателей (в лабиринте стартовых
газоотводов и в разрежённых верхних слоях атмосферы газы могут обволакивать корпус
аппарата).
Управляют носителем в полёте либо специальными рулевыми двигателями, либо поворачивая
камеры или сопла маршевых агрегатов. На твердотопливных двигателях используют ещё один
способ: в сопло вдувают газ, смещая вбок реактивную струю.
Все современные ракеты-носители многоступенчатые. По мере выгорания топлива ступени с
опустевшими баками отделяются от ракеты и падают на Землю. При этом заметно уменьшается
масса аппарата, а кроме того, по мере подъёма можно переходить на другое топливо и
двигатели оптимальной для данной высоты конструкции — в разрежённой атмосфере размеры
сопла должны быть в несколько раз больше, чем у поверхности Земли.
Космическую технику приходится не только выводить в космос, но и
442
возвращать на Землю. Спускаемые аппараты с экипажем и приборами на борту приземляются
на парашютах. Попытки «спасти» отработанные первые ступени, оснастив их крыльями или
парашютами, успехом не увенчались: системы после полёта и приземления становятся
ненадёжными.
Поэтому избрали другой путь — создание аппаратов многоразового использования. В нашей
стране был построен корабль «Буран», в США — серия космических челноков типа «Шаттл»
различного назначения.
Многоразовые корабли напоминают реактивный самолёт с треугольным крылом. Кабина
экипажа герметизирована, а грузовой отсек в космосе может открываться, «выпуская» спутник
или выгружая конструкции орбитальной станции. Все «Шаттлы» оснащены стыковочными
узлами с переходными отсеками, которые позволяют им причаливать к станции «Мир» и
международной космической станции (её строительство началось в 1998 г.).
Запускают челноки при помощи пороховых ускорителей первой ступени и ЖРД — в него
поступает горючее из огромного бака второй ступени. Ускорители и опустевший бак
сбрасываются. Спуск на Землю осуществляется в режиме планирования, с выключенным
двигателем. Система наведения сажает аппарат на аэродром, как обыкновенный самолёт.
При входе в плотные слои атмосферы поверхность аппарата порой разогревается до 1000°С
Поэтому его носовая часть и передние кромки крыльев выложены керамическими плитками,
спасающими кабину от перегревания, а саму конструкцию — от разрушения.
Американский космический корабль многоразового использования «Шаттл» на орбите.
Створки грузового люка открыты; виден герметичный отсек для астронавтов, соединённый
переходным коридором в форме трубы с люком в стыковочном узле.
443
ОТ РАЗВЛЕЧЕНИЯ К УВЛЕЧЕНИЮ
ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
Великий греческий учёный Аристотель ещё в IV в. до н.э. описал любопытное явление. Свет,
проходящий сквозь маленькое отверстие в оконной ставне, рисует на стене тот пейзаж,
который виден за окном. Изображение получается перевёрнутым и очень тусклым, но
воспроизводит натуру без искажений.
КАК НАЧИНАЛАСЬ ФОТОГРАФИЯ
Прошли века, и появилась камера-обскура (от лат. camera — «комната» и obscurus —
«тёмный») — приспособление для точного срисовывания пейзажей и натюрмортов.
Конструкция её менялась и совершенствовалась, но основой оставался ящик с маленькой
дырочкой в передней стенке. Впоследствии камеру снабдили собирающей линзой, а ящик
делали из двух половинок, которые можно было двигать, чтобы сфокусировать картинку.
Изображение стало гораздо ярче, а потому устройство иногда называли камерой-люциной (от
лат. camera и
Первое известное изображение камеры-обскуры. Из трактата 1545 г.
444
lucinus — «светлый»). Именно благодаря этому нехитрому устройству мы сегодня знаем,
например, как выглядел Архангельск в середине XVII в.: точную его «першпективу» сняли в те
времена с помощью камеры-обскуры. Техника позволяла получать изображение. Оставалось
только зафиксировать его без участия рисовальщика.
Первое сообщение о химическом действии света — почернении поверхности пластинки из
слоновой кости, обработанной азотнокислым серебром, — относится к концу XVII в. Но ещё
200 с лишним лет зафиксировать изображение не удавалось. Впервые это смог сделать француз
Жозеф Нисефор Ньепс (1765—1833). Он покрывал металлические пластинки (или
литографский камень) битумным (от лат. bitumen — «горная смола») лаком.
Под действием света лак становился нерастворимым, но на различных участках в разной
степени — в зависимости от яркости освещения. После обработки пластинки (или камня)
растворителем и травления кислотой на ней возникал рельеф, подобный гравированному. Свой
способ Ньепс назвал гелиогравюрой (от греч. «ге'лиос» — «Солнце» и фр. gravure). Съёмка по
методу Ньепса длилась б— 8 ч на ярком солнце.
Целой эпохой в истории фотографии явилось изобретение Луи Жака Манде Дагера (1787—
1851). Изображение (дагеротип) получали на серебряной пластинке, обработанной парами
йода. После экспонирования в течение 3—4 ч пластинку проявляли в парах ртути и
фиксировали горячим раствором поваренной соли или гипосульфита.
Дагеротипы отличались очень высоким качеством изображения, но можно было получить лишь
один снимок.
Третьим человеком, стоявшим у истоков фотографии, был англичанин Уильям Генри Талбот
(1800— 1877). Он делал снимки на бумаге, пропитанной солями серебра; полученное
негативное изображение изобретатель печатал контактным способом и с увеличением. Свой
способ
Устройство для рисования. 1769 г.
Лун Ашер и его имсра-о6<1к\рл
Фотоателье. Начало XX в.
Экспозиция при съёмке могла длиться 10—15 мин, поэтому голову «модели» фиксировали при
помощи штатива. В ателье нередко держали кошку, чтобы по размеру её зрачков определять
время выдержки.
*Литографский (от греч. «ли'тос» — «камень» и «гра'фо» — «пишу») камень — камень-
известняк, используемый для изготовления печатной формы. Изображение наносят на его
поверхность специальной (водоотталкивающей) краской. Затем форму смачивают и
прижимают к бумаге, на которой остаётся отпечаток.
**Экспонирование (от лат. ехропеге — «показывать») — здесь выдержка на свету.
445
Талбот назвал калотипией (от греч. «кало'с» — «прекрасный» и «ти'пос» — «отпечаток»),
В середине XIX в. был создан фотографический материал, доживший до наших дней, —
фотопластинки. Небольшие листы стекла поливали смесью солей серебра с коллодием —
раствором нитроцеллюлозы в спирте, а затем экспонировали и проявляли не высушивая.
Отправляясь на съёмку, фотограф нёс на себе не только громоздкую камеру с запасом
пластинок, но и целую фотолабораторию с химикалиями, посудой и палаткой для работы в
темноте. И, тем не менее «мокрый» коллодионный процесс положил начало бурному развитию
фотографии. Спустя несколько лет пользовались уже сухими пластинками с желатиновой
эмульсией, а производство фотоматериалов превратилось в отрасль промышленности. В 1889 г.
появилась фотоплёнка
Дж. Истмен с фотоаппаратом «Кодак» №2. 1890 г.
Фотография сделана плёночным аппаратом «Кодак» № 2, который снимал на круглый кадр.
Джордж Истмен.
Дж. Истмен сконструировал первую портативную фотокамеру «Кодак» № 1, прототип всей
современной фотографической техники.
446
на бумажной подложке (после проявки желатиновый слой с неё снимали), а через год — на
целлулоидной ленте. Фотографическая эмульсия становилась всё чувствительнее, а камеры —
совершеннее. Были сконструированы объективы, позволяющие делать снимок за доли секунды
вместо нескольких часов. Камеры начали снабжать затворами, точно отмеряющими время
экспозиции (от лат. expositio — «выставление напоказ»). Фотоаппарат постепенно приобретал
знакомый нам вид.
В 1889 г. американец Джордж Истмен, основатель фирмы «Истмен-Кодак», создал плёночный
фотоаппарат «Кодак» № 1. Портативная камера, лёгкая, простая и удобная, сразу же приобрела
невероятную популярность. Фотография из профессии немногих превратилась в повальное
увлечение. Девизом фирмы стало изречение Истмена: «Вы только нажимайте на кнопку, мы
сделаем всё остальное». Этот принцип в полной мере выполняется и сегодня.
СОВРЕМЕННЫЕ ФОТОАППАРАТЫ
Фотоаппарат по-прежнему представляет собой коробку со светочувствительным материалом и
объективом в передней стенке. Но конструкции современных камер весьма разнообразны.
Фотоаппараты снабжены автоматикой, электроникой, встроенной лампой-вспышкой,
экспонометром, миниатюрными электромоторчиками и даже локаторами-дальномерами.
Чувствительность заряженной плёнки закодирована на её зарядном хвосте или на корпусе
кассеты и считывается автоматически.
В соответствии с чувствительностью плёнки и показанием экспонометра электроника
«назначает» выдержку и при необходимости включает вспышку.
Подавляющее большинство аппаратов рассчитано на перфорированную ленту с 36 кадрами
размером 24^36 мм. Профессиональные фотографы работают на аппаратах среднего формата с
кадром от 60x45 до 60x120 мм на неперфорированной плёнке. Встречаются и миниатюрные
камеры для 16-миллиметровой плёнки, а в фотомастерских и технических фотолабораториях
можно увидеть аппараты для пластинок и плоских плёнок форматом 90x120 мм и более.
Очень удобны аппараты, позволяющие мгновенно получать цветные снимки. Наиболее
известны камеры «Полароид». В них экспонированный светочувствительный материал
проходит между валиками, которые раздавливают микрокапсулы с растворами веществ,
проявляющих и фиксирующих изображение одновременно.
И, наконец, одна из последних новинок фотографической техники — цифровой фотоаппарат,
которому не нужна фотоплёнка. Его объектив фокусирует изображение на матрице, состоящей
из 1,5 млн. микроскопических элементов — так называемых приборов с зарядовой связью
(ПЗС).
Кассета с пяёнкой.
На корпус кассе гы и ларяднын коней
фотоплёнки нанесены метки. появоляктшме
фотоаппарату и проявочной машине считывать
значение не чувствительности и автоматически
устанавливать выдержку при съемке и режим
Фотограф отправляется на съёмку. Вторая половина XIX в.
Миниатюрный фотоаппарат MINOX ЕС. Формат кадра — 8*11 мм: масса — 58 г.
Германия.
* Фотографическая эмульсия (от греч. «фос» и лат. emulgere — «доить»; одной из первых
изученных эмульсий было молоко) — препарат на основе желатина, в котором распределены
частички солей серебра, чувствительных к свету.
**3арядный хвост (или зарядный конец) — концевой участок плёнки, обрезанный в форме
язычка.
447
$. «АеМа I А*. 20-е rr. XX в.
Портативный атиират — прототип все* ыиниатктрнык камер, работ акнию на гирфорнрованноН кинтит ленке
с хелатсическмм. кадром 24хЗЪ мм.
Ь. «Самсунг». конга XX в.
Автолитическая камера, оснащенная встроенном ас пышкой и трансфокатором
7. • Зеркалка*. Начало XX в.
Зеркальна* камера формата 9x12 см для репортаанык съемок имела в рабочем состоаним высоту 40 см.
Л Зер.ьалъиый аппарат «Пентане», конга XX в.
Электрические сигналы с каждого элемента (пикселя) кодируют цвет и яркость. Сигналы в
цифровой форме записываются на дискету; изображение с неё можно вывести на экран
телевизора или компьютера, передать по линиям связи, переписать на видеомагнитофон.
Обязательная принадлежность любого портативного фотоаппарата — видоискатель. По его
устройству камеры делятся на зеркальные и с оп-
Принцип работы фотоаппарата
«Полароид».
А. Наводка на резкость.
Свет, проходящий через объектив (V, отражается в плоских зеркалах (2) и (3), вогнутом
зеркале (4) и попадает в окуляр видоискателя (5). Изображение, полученное этой оптической
системой, фокусируют, перемещая объектив.
Б. Съёмка.
Зеркало (2) поднимается, открывая светочувствительный материал (3) — фотобумагу со
слоем химикатов в микрокапсулах. Свет от объектива отражается от зеркала (4) и создаёт
изображение на фотобумаге.
В. Получение снимка.
Встроенный электродвигатель протягивает экспонированную фотобумагу (5) между парой
валиков (6), которые раздавливают микрокапсулы. Проявка с одновременным фиксированием
длится около минуты, и готовый снимок выходит из аппарата.
тическим видоискателем. При работе с «зеркалкой» фотограф видит на матовом стекле именно
то изображение, которое попадёт на плёнку. Легко определить границы кадра, правильно
навести на резкость. Поэтому зеркальными аппаратами пользуются те, кто снимает достаточно
сложные сюжеты и предъявляет повышенные требования к снимку.
В оптическом видоискателе границы кадра несколько сдвинуты. Кроме того, совершенно
непонятно, что на снимке окажется в фокусе, а что нет. Аппараты с такими видоискателями
имеют дальномер, шкалу расстояний или наводки на резкость по символам, а ещё чаще —
объектив, который чётко воспроизводит всё, что лежит дальше 1,5—2 м.
450
Камеры, не требующие наводки на резкость, пренебрежительно называют «мыльницами».
Однако и среди них имеются модели с очень хорошей оптикой, позволяющей получать снимки
высокого качества. Нередко такие камеры оснащены объективом с переменным фокусным
расстоянием — трансфокатором, или зумом (последнее название воспроизводит звук
моторчика, передвигающего элементы объектива). Короткофокусный объектив захватывает
большее пространство, им удобно снимать в тесной комнате: на снимке она покажется
просторной. Длиннофокусный приближает отдалённые предметы и «сплющивает»
перспективу. Встроенные трансфокаторы меняют фокусное расстояние в 2—3 раза, а сменная
оптика для профессиональных камер — в десятки раз, от 15 мм до 1 м.
ФОТОГРАФИЯ
В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Для научных целей фотография стала применяться практически с момента своего рождения:
первую в мире микрофотографию методом калотипии сделал в 1837 г. У.Г. Талбот. В 1840 г.
был получен первый дагеротип Луны, в 1850 г. — снимок Веги из созвездия Лиры, ас 1891 г.
по астрономическим снимкам начали составлять первый каталог звёздных координат.
Сегодня научная и техническая фотография — это богатый выбор чрезвычайно разнообразных
средств получения и хранения информации. Без неё не обойтись при исследовании быстро
протекающих процессов, изучении микроскопических объектов
Оптипеоме аеиы объективов.
Современный фотографический объектив
Современные фотографические объективы.
*В фокусе линза собирает световые лучи, приходящие с очень большого расстояния. Само
слою «фокус» произошло от латинского focus — «огонь» не случайно. Первые линзы
применяли для получения высокой температуры (свыше 1000°С), фокусируя (собирая) в точку
солнечные лучи.
**Приставка «транс-» указывает на изменение характеристики.
451
и недоступных глазу явлений. Рентгеновская фотография применяется в медицине,
металловедении, кристаллографии. Специальные ядерные эмульсии регистрируют треки
(траектории) заряженных частиц, прилетевших из космоса или разогнанных до высоких
энергий в ускорителях. В космосе сделаны снимки обратной стороны Луны, поверхности
Венеры и марсианских гор.
Стараясь повысить качество технических снимков, Деннис Габор создал в 1948 г. голографию
— метод, позволяющий получить объёмное изображение объекта. Дальнейшее развитие он
получил в работах Ю.Н. Денисюка. Это совершенно особая и очень перспективная область
фотографии.
В научной фотографии применяется специализированная аппаратура для работы с
микроскопами, телескопами и другими научными приборами. Разработаны объективы для
макросъё.мки (с увеличением в десятки раз) и репродукции, светофильтры, удлинительные
кольца, различные насадки и приспособления, предназначенные для самых разных целей.
Макросъёмка.
Специальные объективы и приспособления позволяют проводить съёмку объекта, получая на
плёнке изображение в натуральную величину или крупнее.
БУДУЩЕЕ ФОТОГРАФИИ
Бурное развитие электроники позволяет достаточно уверенно предположить, что рано или
поздно «классическая» фотография на плёнке отойдёт в прошлое, а её место займёт цифровая
фототехника. Число элементов на матрице ПЗС и плотность их монтажа непрерывно растут.
Соответственно увеличивается и разрешающая способность — число отдельно видимых линий
на 1 мм. Уже сегодня цифровой снимок по качеству почти не уступает фотографическому, а
через несколько лет превзойдёт его. Объектив — самая громоздкая и массивная часть
фотоаппарата — может стать плоским, в виде пластинки с микропризмами (так называемая
линза Френеля). Аппарат позволит снимать «очередями», по нескольку десятков кадров подряд,
записывая их на микросхемы. И будет он не больше обыкновенной записной книжки.
ГОЛОГРАФИЯ — «ПОЛНАЯ ЗАПИСЬ»
«Остановить» движение, увидеть то, что нельзя разглядеть невооружённым глазом, передать
распределение света и цветовых оттенков на поверхности объекта — всё это может
фотография. Однако она не воспроизводит объёмность предмета: фотографическое
изображение — изображение плоское. Объёмным оно становится, когда световой поток,
отразившись от «картинки» или пройдя сквозь неё, приобретает ту же структуру, что и при
отражении от предмета.
В связи с этим вспомним основные понятия из области оптики. Свет не что иное, как волна; её
длина определяет цвет луча. Излучение на одной длине волны называется монохроматическим
(от греч. «мо'нос» — «один» и «хро'ма» — «цвет»), А волны, которые идут «в такт», сохраняя
при этом неизменными свои характеристики,
*Макросьёмка (от греч. «макрос» — «большой») — фото- или киносъёмка средних или мелких
объектов.
**Огюстен Жан Френель (1788-1827) — французский физик, один из основоположников
волновой оптики. Создал зеркала и линзы.
452
Белый ceei и ллерныи луч.
Луч белого спета, пропущенный через прилму. разлагается в спектр — цветную полоску. Это означает,
что белый свет состоит из г чети электромагнитных волн с ратной длиной полны.
Луч .лазера содержит колебания только одной длины полны. излучение одного цвета.
называются когерентными (от лат. cohaerens — «находящийся в связи»). Волновые свойства
света проявляются весьма любопытным образом.
Например, две когерентные волны, складываясь, могут усиливать одна другую или, наоборот,
ослаблять. Это явление именуется интерференцией (от лат. inter — «между» и ferens —
«переносящий»). При прохождении луча сквозь очень маленькое отверстие наблюдается
дифракция (от лат. diffractus — «разломанный») — световая волна огибает препятствие: на
фотопластинке возникает изображение в виде концентрических колец, а не светящейся точки.
Если через эти кольца пропустить луч, свет вновь соберётся в точку там, где было отверстие.
Таким образом, плоская картинка «запоминает» положение точки в пространстве.
Любой предмет состоит из бесчисленного множества точек, каждая из которых даёт свою
систему колец. Накладываясь друг на друга, кольца образуют на фотопластинке сложную
картину из множества тончайших линий; в результате пластинка кажется просто серой и
мутной. Однако на ней запечатлено не только распределение яркостей на поверхности
предмета, но и сведения о его форме. И пластинка с такой полной записью, оптически
эквивалентной (от лат. aequivalens — «равнозначный») предмету, и объёмное изображение, с
неё восстановленное, называются голограммой (от грен, «ха'лос» — «полный» и «грамма» —
«написание»).
Первые голограммы получил в 1947 г. венгерский физик Деннис Га'бор (1900—1979),
работавший тогда в Англии. Источников когерентного света в то время не существовало, и
учёный использовал излучение ртутной лампы, «вырезав» из него с помощью различных
ухищрений очень узкую спектральную полоску. Мощность светового потока при этом
становилась такой мизерной, что на изготовление голограммы требовалось несколько часов.
Качество голограмм было невысоким: весьма несовершенными оказались и источник света, и
сама оптическая схема записи. Дело в том, что при записи голограммы возникает сразу два
изображения по разные стороны пластинки.
Голограмма точки.
Световой луч, проходя сквозь маленькое отверстие, испытывает дифракцию и рисует на
экране или фотопластинке систему концентрических колец — голограмму светящейся точки.
Световой пучок, пропущенный сквозь голограмму, будет сфокусирован в точку —
восстановленное изображение отверстия.
453
Принцип записи и восстановления голограммы «по Габору».
А. Пучок лазерного света проходит сквозь прозрачный объект, каждая точка которого даёт
на пластинке свои дифракционные кольца. Складываясь, они образуют
голограмму — полную запись изображения объекта. Б. Голограмма, освещённая лазером, даёт
сразу два изображения — перед пластинкой и за нею.
У Габора одно из них всегда оказывалось на фоне другого, и при их фотографировании резким
оказывалось только одно изображение, а второе создавало на снимке размытый фон. Чтобы
увидеть изображение на голограмме «по Габору», её нужно просветить насквозь излучением
той же длины волны, которая применялась при записи. Зато такое объёмное изображение
создаётся любым, даже самым маленьким участком голограммы-пластинки: луч, рассеиваемый
каждой точкой предмета, освещает голограмму полностью; следовательно, любая её точка
хранит информацию обо всей освещённой поверхности объекта.
Своим настоящим рождением голография обязана лазеру (см. статью «Лазерная техника и
технология»). Его излучение обладает всеми необходимыми качествами: оно когерентно и
монохроматично. Американские физики Эммет Лейт и Юрис Упатниекс в 1962 г. создали
оптическую схему голографической установки, которая с небольшими изменениями
используется до сих пор. Чтобы избежать наложения картинок, лазерный луч расщепляют на
два и направляют на пластинку под разными углами. В результате голографические картинки
формируются лучами, идущими по разным направлениям, и не «мешают» друг другу.
Примерно в то же время на работы Габора обратил внимание российский физик Юрий
Николаевич Денисюк (родился в 1927 г.). Однако он создал принципиально новый способ
голографирования, в котором использовал интерференцию встречных пучков света. Попадая на
пластинку с разных сторон, пучки складываются в слое фотоэмульсии, формируя объёмную
голограмму.
После проявления изображение существует в ней в виде тонких слоёв серебра —
микроскопических зеркал. Отражённые от них лучи белого света, в свою очередь,
интерферируют таким образом, что остаётся свет только той длины волны, на которой шла
запись. Другие волны становятся чрезвычайно слабыми и пропадают.
454
Чиписъ и <*стажжлгнмг гимирамны
«по Лепил мжу«.
ГоА<)Ср«<МММ «По Дс*МИ( Brtty* получ.1*п
II толстим слое фогографичлч кой *м улье и и
при иитс*рфс*рс*ниии встречных световых
пучков В толще эму \ы ии образуются полосы
почернения микроскопические мюкалл. Они
отражают п.1длюшии свет, формируя объемное
и ।жен ие нал голограммой. Эти
голограммы можно рассматривать
в солнечном свете или пил <т6ыч»м>й лампой
и размножать типографским способом.
Искусственная голограмма нескольких
нарисованная компьютером.
точек,
Поэтому голограмму «по Денисюку» рассматривают только в отражённом белом свете.
Голографическое изображение занимает всю её поверхность, чем напоминает
фотографическое.
Объёмную голограмму можно записать в слое светочувствительного пластика — фоторезиста
(от греч. «фос» — «свет» и лат. resisto — «сопротивляюсь»). После химической обработки на
пластмассовой пластинке возникает рельеф. Затем пластинку покрывают слоем никеля и
штампуют ею копии голограмм (реплики) на тонкой ленте. Такие радужные картинки
используют во всём мире в качестве наклеек на товарные упаковки и документы. Они служат
прекрасной защитой от подделок: скопировать голографическую запись очень трудно.
Бывают голограммы, на которых изображены предметы, не существующие в реальности. Такие
голограммы рассчитывают и создают искусственно. Вычислительной машине задают форму
объекта и длину волны падающего на него света. По этим данным ЭВМ рисует картину
интерференции отражённых лучей. Пропустив световой пучок сквозь искусственную
голограмму, можно увидеть объёмное изображение придуманного предмета. Пока с помощью
ЭВМ удаётся «рисовать» голограммы лишь самых простых объектов, например группу
светящихся точек, разбросанных в пространстве. Искусственные голограммы отличаются от
обычных крупным, хорошо заметным чёрно-белым узором.
ГОЛОГРАФИЯ В ТЕХНИКЕ
Настоящим подарком голография стала для инженеров: теперь они могут исследовать и
регистрировать (от лат. registram — «список», «перечень») процессы и явления, описанные
порой только теоретически.
Например, лопатки турбореактивного авиационного двигателя во время работы нагреваются до
сотен градусов и деформируются (отлат. deformatio — «искажение»). Каким
* Способ печатания объёмных голограмм разработал С. Бентон — сотрудник американской
компании «Полароид».
455
Голограмма ударной волны.
При сверхзвуковом течении газа возникает резкий скачок давления — ударная волна (1). За
фронтом ударной волны — область (2) высокого давления (газ однороден, полосы параллельны).
Волна входит в разрежённый газ (3); неоднородности фронта вызывают в нём местные
уплотнения (4). Возле стенок трубы поток сильно заторможен (5).
образом распределяется при этом напряжение в детали, где находится её слабое место,
угрожающее разрушением, — определить это прежде было либо крайне сложно, либо вообще
невозможно. С помощью голографических методов такие исследования проводят без особого
труда.
Освещённая лазерным светом, голограмма восстанавливает световую волну, отражённую
деталью при съёмке, и изображение появляется там, где раньше находилась деталь. Если же
деталь осталась на месте, возникают сразу две волны: одна идёт
непосредственно от объекта, другая — от голограммы. Эти волны когерентны и могут
интерферировать. В том случае, если объект во время наблюдения подвергся деформации, его
изображение покрывается полосами, по которым судят о характере изменений.
Методы голографического контроля очень удобны. Они позволяют измерять величину
деформации деталей и амплитуду (от лат. amplitude — «величина») их вибрации (от лат. vibratio
— «колебание»), исследовать поверхности предметов сложной формы, следить за точностью
изготовления как очень больших изделий (например, зеркал диаметром в несколько метров для
телескопов), так и миниатюрных линз (как в микроскопе). Объект может плохо отражать свет,
иметь неровную поверхность, быть совершенно прозрачным — на качество голограммы это не
влияет. Благодаря мощным лазерным импульсам голограммы записывают за тысячные доли
секунды. А потому сейчас можно изучать взрывы, электрические разряды и потоки газов,
движущиеся со сверхзвуковой скоростью.
ГОЛОГРАФИЯ В ОПТИКЕ
Голограмма-пластинка любого предмета — вала огромной турбины или шаблона микросхемы —
остаётся оптическим устройством. Подобно призмам, линзам и зеркалам, она изменяет ход лучей
и структуру световых волн. Но никакая линза или призма не поможет, например, что-нибудь
увидеть сквозь матовое стекло или другую рассеивающую свет преграду. Появление голографии
сделало доступным и это.
С рассеивателя снимают голограмму и совмещают одно из восстановленных с неё изображений с
самим рассеивателем. Световые волны, идущие навстречу друг другу от голограммы и от
рассеивателя, складываются и взаимно уничтожаются. Преграда исчезает, а предмет, лежащий за
ней, становится виден во всех подробностях. Таким образом, голограмма служит
БУДУЩЕЕ ГОЛОГРАФИИ
Ещё в 80-х гг. XX в. на объёмное изображение смотрели как на чудо. А спустя всего десятилетие
голограммы стали продавать в киосках. Что же произойдёт в начале XXI столетия?
Не исключено, что голограммы, выполненные полиграфическим методом, заменят фотографию.
Это, разумеется, не означает, что фотография как искусство исчезнет: ведь и «светопись»,
возникшая в первой половине XIX в., вопреки многочисленным опасениям не погубила рисунок
и живопись. Объёмными сделаются кино и телевидение. Первые экспериментальные фильмы
уже сняты, и работа над техникой голографического кино продолжается. Изображение будет
полноцветным, для чего каждую голограмму станут записывать, используя одновременно
несколько лазеров с излучением разного цвета. Такую голограмму едва ли удастся отличить от
реального объекта.
Любопытную идею обсуждают технологи, давно освоившие лазерную обработку материалов.
Мощный лазер по заданной программе может «вырезать» из заготовки деталь любой формы и
размера. Но если внутрь технологического лазера вставить голограмму эталонной детали, то
писать программу и настраивать лазерную установку не придётся. Голограмма так изменит
конфигурацию (от лат. configuratio — «внешнее очертание») луча и распределение его
интенсивности, что «вырезанная» деталь будет точной копией эталона.
456
своеобразным фильтром, который очищает искажённое помехами изображение.
Ещё один, очень похожий способ выделения полезных сигналов называется оптической
фильтрацией, или распознаванием образов. Он позволяет отыскивать нужные среди множества
очень похожих изображений (микросхем, отпечатков пальцев, снимков бактерий и др.). Для
этого с эталона (например, идеально собранной микросхемы или отпечатка пальца
подозреваемого) делается голограмма и ставится на пути светового пучка, отражённого от
проверяемого объекта. Она пропускает свет только от объекта, полностью идентичного эталону,
«отфильтровывая» остальные изображения. Если на выходе оптического фильтра возникает
яркое пятно, значит, объект обнаружен. Поиск можно вести автоматически, причём с огромной
скоростью, недостижимой при использовании других методов.
ГОЛОГРАММА БЕЗ ЛАЗЕРА
Голографические методы применимы не только к свету — электромагнитному излучению, но и к
любым другим волнам. В частности, предмет, погруженный в непрозрачную или
мутную жидкость, можно разглядеть с помощью звука. Излучатели акустических колебаний
создают в жидкости две когерентные волны. Одна (предметная) «озвучивает» предмет, вторая
(опорная) — поверхность жидкости. Их интерференция вызывает на ней рябь — так называемую
акустическую голограмму. Освещая её пучком лазерного света, восстанавливают объёмное
изображение предмета, лежащего в воде. Впрочем, поступают и по-другому: сигнал от системы
миниатюрных микрофонов записывают на фотопластинку в виде полос почернения, а потом
восстанавливают с неё объёмное изображение лучом лазера.
Акустическая голограмма.
24 КАДРА В СЕКУНДУ
В начале XVIII в. в Англии невероятной популярностью пользовалась несложная игрушка: на
внутренней стенке барабанчика с прорезями была многократно нарисована одна и та же фигурка
в разных фазах движения. Если крутить барабанчик и смотреть на фигурку сквозь щели, кажется,
что она оживает и движется. Это так изумляло зрителей, что игрушку назвали фантаскопом (от
греч. «фантастике» — «искусство воображать» и «скопе'о» — «смотрю»). Спустя сто лет, в 1832
г., похожее устройство (вместо барабана в нём было два диска) придумал венский учёный С.
Стампфер. Применялось оно для исследовательских целей и именовалось стробоскопом (от греч.
«стро'бос» — «кружение» и «скопе'о»). Эти нехитрые конструкции могут по праву считаться
предками кино — не только самого популярного вида искусства, но и средства научных
исследований.
Датой рождения кино считается 28 декабря 1895 г., когда в подвале парижского «Гран-кафе» на
бульваре Капуцинов братья Огюст (1862—1954)
457
Лаборатория по обработке плёнки братьев Люмьер. 1900 г.
и Луи (1864—1948) Люмьеры продемонстрировали свои первые фильмы «Выход рабочих с
завода Люмьеров», «Прибытие поезда на вокзал Ла Сьота». Однако тремя годами раньше, в 1892
г., патент на способ съёмки движущихся изображений и на аппарат для неё получил французский
инженер Леон Були, который придумал и само слово «кинематограф» (от греч. «кине'ма» —
«движение» и «гра'фо»), Но средств на оплату патента он не имел и права на изобретение
потерял.
В Америке иногда «отцом кино» называют фотографа Эдварда Майбриджа, который снимал
«фильмы» о беге лошадей, расставив вдоль дорожки 50 фотокамер. Их затворы спускала сама
лошадь, обрывая натянутые поперёк дорожки нити. Работа была проделана в чисто научных
целях: так удалось в подробностях рассмотреть особенности бега лошадей.
Возможно, именно конструкция дискового стробоскопа натолкнула в 1882 г. французского врача
и физиолога Этьена Жюля Марея (1830—1904) на мысль сконструировать своеобразное
фоторужьё. Им снимали подряд 12 кадров на круглую пластинку. Фоторужьё использовали для
съёмки в движении птиц и зверей; получались коротенькие фильмы. И только после того, как в
1890 г. изобрели целлулоидную плёнку со светочувствительным слоем и двумя рядами отверстий
по краям — перфорацией (от лат. perforo — «пробиваю»), техника кино стала походить на
сегодняшнюю.
За сто с лишним лет существования кинематограф сильно изменился. Сначала появился широкий
экран, затем панорамный (от греч. «пан» — «всё» и «хо'рама» — «вид») — он охватывал
зрителей с трёх сторон. Давно снимаются объёмные, стереоскопические (от греч. «стерео'с» —
«объёмный», «пространственный» и «скопе'о»), кинофильмы. С помощью специальной техники
можно заснять головокружительные трюки без всякой опасности для актёров. Отдельной
областью киноискусства стала мультипликация, или, как её ещё называют, анимация
(«оживление»), рисованных либо кукольных персонажей. В кино пришла вычислительная
техника: в игровых фильмах есть сцены, частично или даже целиком «нарисованные»
компьютером, которые совершенно неотличимы от заснятых камерой.
Важную роль играет научное и техническое применение кино. По-
458
кадровая регистрация медленно протекающих процессов позволяет в сотни раз «сжать» время их
протекания. А благодаря кинокамерам, снимающим миллионы кадров в секунду, можно в
деталях разглядеть явления, происходящие за доли секунды. Техника для этого требуется особая:
изображение там скользит по неподвижной плёнке, перед каждым кадром которой стоит свой
объектив.
Кинематограф сегодня — это огромная отрасль промышленности. Во всём мире сотни больших и
малых киностудий выпускают тысячи фильмов в год. Миллионы людей работают в съёмочных
павильонах, монтируют и копируют кинофильмы. Но у кинематографа появились серьёзные
конкуренты — магнитная видеозапись и электронная техника.
В своё время, в 60-х гг., очень популярно было кинолюбительство. Сейчас его практически
полностью вытеснила видеотехника. И не только его: видеокамерами давно снимают репортажи
для телевидения. Магнитная запись удобна и практична: на одну кассету можно снимать
многократно, а изображение сразу же просмотреть и при необходимости переснять. Появились
телевизионные проекторы для большого экрана с множеством удобных функций, недоступных
киноаппарату. Эпоха привычного для нас кинематографа подходит к концу.
ТЕХНИКА ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Столь привычное для нас слово «телевидение» означает «видение на расстоянии» (от греч.
«те'ле» — «вдаль» и лат. visio — «ви'дение»). Именно эта возможность видеть события,
происходящие на значительном расстоянии, сделала телевидение незаменимым средством
массовой информации и культурного общения людей, народов, стран.
ТЕЛЕВИДЕНИЕ КАК ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
В телевидении, как и в радио, есть передающая сторона, посылающая информацию, и есть
принимающая сторона, которая эту информацию доносит до конечного адресата. В
телевизионной системе роль передающей стороны играет телекамера (телевизионная камера).
Объектив камеры создаёт изображение, а электронная система преобразует его в
последовательность электрических импульсов (сигналов). Принимающей стороной служит
телевизор (телевизионный приёмник); в нём электрические сигналы, поступающие от
телекамеры, превращаются в видимое изображение.
Сигналы от телекамеры к телеприёмнику могут передаваться двумя путями: либо по
специальным проводам — высокочастотным коаксиальным кабелям в системе кабельной
телевизионной сети, или с помощью радиоволн.
Кабельное телевидение используется на больших предприятиях, в
Останкинская телебашня.
* Слово «грейфер» происходит от немецкого «greifen» — «хватать».
* *Термин «телевидение» впервые употребил русский инженер-электрик К.Д. Перский в докладе
«Электрическое телевидение», который был прочитан в 1900 г. на международном конгрессе в
Париже.
* **У коаксиального (от лат. со — «совместно» и axis — «ось») кабеля центральный провод
окружён «чулком» из медной проволоки. Высокочастотный сигнал по такому кабелю
распространяется без искажения и затухания.
459
крупных посёлках и отдельных районах городов. Телевизионную съёмку проводит местная
студия, и видеосигнал низкой частоты подаётся по кабелю непосредственно на телевизионные
приёмники.
Дистанционные системы охраны и наблюдения тоже образуют кабельную сеть. Их телевизоры —
мониторы (от лат. monitor — «напоминающий») предназначены только для работы со «своими»
камерами.
В случае передачи сигналов по эфиру мы имеем дело с системой телевизионного
широковещания. В ней сигнал от телекамеры поступает на мощный радиопередатчик,
соединённый с передающей антенной телецентра. Дальность передачи, т. е. расстояние от
передающей антенны телецентра до принимающей антенны телевизора, зависит от особенностей
распространения радиоволн.
В телевизионном вещании используются радиочастоты, лежащие в диапазоне ультракоротких
волн (УКВ). Переключая телевизор с одного канала на другой, переходят с одной частоты
(волны) на другую. Телевизор в этом смысле не что иное, как радиоприёмник, принимающий
радиосигналы. Чем больше номер телевизионного канала, тем выше его радиочастота и
соответственно короче длина волны. В УКВ-диапазоне 1-й канал имеет самую низкую частоту, а
12-й — самую высокую. Следующий, дециметровый диапазон занимают каналы с более
высокими номерами — вплоть до 60-го.
Ультракороткие радиоволны распространяются прямолинейно, как луч света. Поэтому, чтобы
радиосигнал был «виден» издалека, мачту с передающей антенной стараются делать как можно
выше. Башня Останкинского телецентра в Москве высотой более 540 м обеспечивает зону
уверенного приёма на расстоянии 120— 130 км. На большие расстояния сигналы передают
методом ретрансляции (от лат. ге... — приставка, указывающая на повторное, возобновляемое
действие, и translatio — «передача»),
КАБЕЛЬНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Работа телевизионной антенны, стоящей на крыше пятиэтажного дома и направленной на
телецентр, нарушится, если её заслонит высотный дом, — антенна окажется в радиотени.
Многократно отражённый от соседних строений, радиосигнал сильно исказится. На
телевизионном экране возникнет как бы несколько плохих копий нормального изображения,
сдвинутых от него вправо и влево.
Избежать этих неприятностей позволяет кабельное телевидение. Антенна на самом высоком
здании микрорайона обеспечивает наилучший приём сигнала. Все принятые телевизионные
каналы конвертируются (сдвигаются) в соседние диапазоны и по кабельной сети распределяются
по домам. Конвертируют каналы для того, чтобы два одинаковых сигнала — принятый по эфиру
и переданный по кабелю — оказались на разных частотах, не смешивались и не давали двойного
изображения. До появления кабельного телевидения на крышах стояли только антенны
коллективного пользования, по одной на подъезд каждого дома. Местная телестудия, которая
обслуживает район или целый посёлок, передаёт и свои программы по кабельной сети. А
телекамера, связанная кабелем с монитором, следит за входом в дом или охраняемые помещения.
Н1
Кабельные телевизионные сети.
1. Телецентр. 2. Антенна в радиотени. 3. Антенна в зоне многократных отражений. 4.
Коллективная антенна в зоне наилучшего приёма. 5. Аппаратура конвертирования сигнала. 6.
Кабельная телесеть. 7. Местная студия кабельного телевидения. 8. Телекамера охранной
системы. 9. Монитор.
460
НАЗЕМНЫЕ И КОСМИЧЕСКИЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ
Ретрансляция — это последовательная пересылка сигнала от одного приёмника к другому.
Невысокая антенна, снабжённая электронной аппаратурой, принимает сигнал, усиливает его и
посылает дальше. Цепочка ретрансляторов может передать телевизионный сигнал на тысячи
километров.
Такой способ пересылки сигнала требует сотен антенн-ретрансляторов и обходится недёшево. К
тому же каждый ретранслятор вносит в сигнал свои искажения, которые в дальнейшем только
усиливаются.
После освоения околоземного пространства в качестве ретрансляторов стали использовать
искусственные спутники Земли. Благодаря спутниковым системам связи и ретрансляции удалось
значительно улучшить передачу сигналов и охватить телевизионным вещанием огромные
территории.
Первыми советскими спутниками связи были «Молния-1» и «Экран». Вместе с 90 станциями
наземного базирования они образовали глобальную систему связи «Орбита», которая
обслуживает всю страну.
ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Возникает вполне резонный вопрос: если с диапазоном УКВ так много хлопот, то почему
телевизионный сигнал не передают на более длинных радиоволнах, которые вполне успешно
используются для передачи радиопрограмм?
Дело в том, что звуковая радиопередача требует довольно узкой полосы передаваемых частот:
для удовлетворительного звучания ей вполне достаточно 10 кГц. Для телевидения полоса частот
должна быть в несколько тысяч раз шире.
Станция спутниковой связи Международной телекоммуникационной компании. Вьетнам.
Любое изображение представляет собой определённое сочетание световых пятен различной
формы и интенсивности. Чтобы передать чёткое изображение со всеми деталями, его нужно
разложить на множество мелких элементов. Для качественной передачи чёрно-белого
изображения необходимо около 100 тыс. элементов, а цветного — уже около 500 тыс.
Упорядоченные определённым образом элементы составляют формат изображения. Например,
100 тыс. элементов могут быть уложены в прямоугольники с разным соотношением числа
элементов по горизонтали и вертикали: например, 250 — в вертикальных и 400 — в
горизонтальных рядах.
В телевидении, как и в кино, принят формат кадра с наиболее удобным для глаза соотношением
сторон 4:3, т. е. на четыре единицы длины изображения приходится три единицы его высоты.
В компьютерах, где используются телевизионные мониторы, качество «картинки» принято
оценивать количеством пикселей, приходящихся на единицу площади изображения.
Таким образом, если разрешающая способность дисплея компьютера в передаче изображения
равна 800x600 пикселей, то по горизонтали оно будет передано 800 элементами, а по вертикали
— 600. Всего же в
*Термин «пиксель» (pixel) происходит от английских слов «pix» (сокращение от «pictures» —
«картинки») и «element» — «элемент», «деталь».
461
УСТРОЙСТВО КИНЕСКОПА — ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ТРУБКИ
Обратное преобразование электрической энергии в световую и, следовательно, восстановление
изображения происходят в приёмной трубке телевизора — кинескопе.
Кинескоп представляет собой коническую колбу, из которой выкачан воздух. Её дно, экран,
покрыто люминофором — веществом, светящимся под действием потока электронов. В
цилиндрической горловине, как и в иконоскопе, помещён электронный прожектор, луч которого
под действием отклоняющей системы чертит на люминофоре строки.
Отклоняющие системы бывают двух типов — электростатические и магнитные. Электроны в
луче притягиваются к положительно заряженной пластине и отталкиваются от отрицательно
заряженной. Подавая на пару пластин переменное напряжение, луч заставляют бегать по экрану с
частотой изменения напряжения. Так работает электростатическая отклоняющая система. Но
летящий электрон отклоняется и магнитным полем. Установив в горловине кинескопа систему
катушек и подав на них переменный ток, тоже можно управлять движением луча. В той и другой
системе управляющее напряжение подаётся с генераторов строчной и кадровой развёртки.
Яркость отдельных точек изображения изменяется управляющим электродом электронного
прожектора. Принятый антенной телевизионный сигнал преобразуется, усиливается и подаётся
на этот электрод. Так как люминофор светится тем сильнее, чем интенсивнее электронный луч,
движение которого строго синхронизировано с передающей трубкой, распределение яркости
точек на люминофоре оказывается таким же, как на мозаике иконоскопа, и на экране возникает
переданное изображение.
Схема кинескопа.
1 — электронный прожектор; 2 — управляющий электрод; 3 — ускоряющий электрод; 7 —
анод; 5 — отклоняющая система; б — электронный луч; 7 — люминофор; 8 — проводящее
покрытие; 9 — анодный вывод; 10 — стеклянная колба.
таком изображении будет 800x600 = 480 000 элементов, каждый их которых представляет
определённое значение силы света в данной точке изображения.
Но проблема состоит в том, что каждому из 480 тыс. элементов «картинки» нужно поставить в
соответствие определённый сигнал. Передать их одновременно по 480 тыс. каналов невозможно.
Для того чтобы пропустить весь этот огромный поток информации через один канал — пару
проводов, был выбран метод последовательной передачи сигналов. Импульсы тока для каждого
элемента изображения следуют друг за другом серией, образуя видеосигнал. Элементы на экране
телевизора загораются поочерёдно, но видим мы их все целиком благодаря инерции зрения, из-за
которой изображение удерживается на сетчатке глаза в течение приблизительно 0,1 с. И если
отдельные изображения — кадры — сменяют друг друга достаточно быстро, глаз воспринимает
движущееся изображение как слитное. В отечественном, как и европейском, телевидении
принята скорость 25 кадров в секунду, а в американском и японском — 30 кадров в секунду.
Если в каждом кадре изображения содержится, например, 480 тыс. элементов, а в секунду
передают 25 кадров, то получится 25«480 000 = 12 000 000 элементов изображения. Когда
электрический ток, определяющий яркость элемента, принимает максимальное значение, элемент
«включён» и светится, а когда минимальное — «выключен» и не горит. Таким образом, за один
период полного колебания сигнала можно передать состояние двух рядом расположенных
элементов изображения, один из которых светлый, а другой тёмный. Отсюда частота
видеосигнала равна 12 000 000:2 = б 000 000 Гц, или 6 МГц (мегагерц). Это и есть полоса
пропускания телевизионного канала — очень высокая частота, лежащая в диапазоне УКВ.
462
РАСТР И СКАНИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Отдельно взятый кадр кинофильма представляет собой диапозитив (от греч. «диа» — «через» и
лат. «positivus» — «положительный»), который можно вырезать из плёнки и рассматривать.
Кадр на экране телевизора организован более сложно: в нём два растровых (от лат. rastrum —
«грабли») поля — полукадра.
Растровым называется изображение, составленное из точек или линий. Телевизионный растр
образуется из параллельных светящихся горизонтальных строк; они отчётливо видны на экране
при отсутствии изображения. Телевизионный растр получается, когда электронный луч быстро и
последовательно прочерчивает — сканирует (от англ, scan — «поле зрения») экран, светящийся
под ударами электронов. Каждая строка — это множество светящихся точек, тех самых
элементов (пикселей), из которых составлено всё изображение в кадре. В европейских
телевизионных системах кадровый растр сформирован из 625 строк.
Электронный луч каждый полукадр сканирует по отдельности, а всю поверхность кадра
прочерчивает дважды по сложному узору. Сначала луч движется по нечётным строкам, оставляя
чётные пустыми (тёмными), в результате чего образуется первое поле кадра. Затем луч следует
по чётным строкам, оставляя пустыми уже нечётные строки, — возникает второе поле кадра. Все
625 строк «прочитываются» в два приёма, но каждый элемент изображения высвечивается
МЕХАНИЧЕСКОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
В конце XIX в. немецкий изобретатель И.Г. Нипков создал механическую телевизионную
систему. Устройство на основе диска Нипкова с квадратными отверстиями, расположенными по
спирали, обеспечивает простой и эффективный способ сканирования изображения. Объектив
фокусирует изображение на кадровом окне, мимо которого пробегает край диска. Его отверстия
поочерёдно — от самого верхнего до нижнего — прочерчивают окно горизонтальными
строчками. За один оборот диска сканируется весь кадр, а затем процесс повторяется. В диске
Нипкова было 18 отверстий, растр изображения получался с очень низкой разрешающей
способностью — 18-строчным. Пробегая по строке вдоль изображения, отверстие «считывает»
распределение его яркостей. За диском стоит линза, которая фокусирует прошедший через
отверстия свет на фотоэлементе. Колебания яркости фотоэлемент преобразует в
последовательность электрических импульсов, которые по радио передаются к приёмникам.
Телевизионный приёмник устроен аналогично камере. Перед диском Нипкова расположено
кадровое окно с увеличительной линзой; за ним — газоразрядная лампа, на которую подаются
импульсы. Яркость лампы меняется согласно напряжению импульсов; оба диска — в
передатчике и в приёмнике — вращаются с одной скоростью. Тем самым воспроизводилось
первоначальное изображение. В силу инерции зрения наблюдатель видел его как единое целое, а
не как ряд световых точек.
Схема работы механического телевидения. - -
А Передатчик.
1 — предмет; 2 — объектив; 3 изображение в кадровом окне,
4 диск Нипкова с отверстиями; 5 —— линза; 6 — фотоэлемент;
7 передатчик с усилителем.
6. Телевизор.
I — приемник с усилителем; 2 — та поразрядная лампа; 3 — диск
Кип кива; 4 — изображение предмета в кадровом окне; 5 —- линза
Я. Развертка с помгзшыо диска Нипкоаа.
f — площадь изображения; 2 — развёртывающие отверстия.
* Электрон — стабильная отрицательно заряженная элементарная частица.
463
ВЛАДИМИР ЗВОРЫКИН
В 20-х гг. XX в. многие изобретатели работали над созданием телевизора механического типа.
Экран экспериментальных аппаратов был чуть больше спичечного коробка, а само изображение
— расплывчатым и неустойчивым. Однако достаточно быстро стало ясно, что у механического
телевидения перспектив нет: будущее — за телевидением электронным. Главная заслуга в
появлении первой практически пригодной электронной системы принадлежит Владимиру
Кузьмичу Зворыкину (1888—1982). Он родился в старинном русском городе Муроме в семье
купца. Идея создания телевизора, в котором изображение будет «рисоваться» электронным
лучом, возникла у В. К. Зворыкина уже во время учёбы в Петербургском технологическом
институте. Окончил его Владимир Зворыкин в 1912 г., а спустя два года началась Первая мировая
война, и молодому радиоспециалисту пришлось надеть военную форму. После Октябрьской
революции Зворыкину тоже было не до научных опытов: ему, как бывшему белому офицеру,
грозил арест. В 1918 г. В.К. Зворыкин уехал из страны, а в 1919 г. поселился в США.
В. К. Зворыкин — студент Петербургского технологического института. Фотография.
1910 г.
В. К. Зворыкин на выставке своих разработок в США. Фотография. 50-е гг. XX в.
Найти работу эмигранту из России, к тому же плохо владевшему английским языком, оказалось
непросто. Только спустя год после приезда Зворыкин был принят на работу в фирму «Вестингауз
электрик» в Питсбурге. В 1923 г. новый сотрудник собрал опытный, весьма далёкий от
совершенства образец системы электронного телевидения. Но американцы не любят вкладывать
деньги в ненадёжное дело. Похлопав изобретателя по плечу, директор фирмы Г. Дэвис
посоветовал: «Займись, парень, чем-нибудь более полезным». Однако убедить русского
инженера в бесперспективности электронного телевидения оказалось невозможно. Каждый день
до позднего вечера он упорно трудился в лаборатории над совершенствованием своего
изобретения.
В 1929 г. Зворыкин перешёл в «Радио корпорейшн оф Америка», и здесь его идеи нашли
понимание и необходимую финансовую поддержку. С помощью сотрудников талантливый
учёный изготовил катод со сложной фотомозаичной структурой, нашёл способ усиления малых
токов, возникающих в миниатюрных фотоэлементах, решил множество других технических
проблем. В результате кропотливых экспериментов в 1931 г. была создана работоспособная
приёмная телевизионная трубка — иконоскоп (от греч. «эйко'н» — «изображение» и «скопе'о»).
Вскоре компания наладила серийное производство аппаратуры, и в 1936 г. в США начались
первые телевизионные передачи.
Научные интересы Зворыкина не ограничивались телевидением. В последующие годы он внёс
большой вклад в создание электронных микроскопов, разнообразной аппаратуры для медицины,
приборов ночного видения и др.
В. К. Зворыкин прожил долгую, насыщенную событиями жизнь. В фирме, где учёный сделал
выдающиеся изобретения, рабочий кабинет сохранили за ним до конца жизни. Даже в
преклонном возрасте Зворыкин любил приходить туда, чтобы обсудить с коллегами возникшие
идеи. «Россия дала мне глубокое разностороннее образование, — сказал он в одном из
выступлений. — Но время было такое, что реализовать свои научные идеи я смог только в
Америке». В. К. Зворыкин являлся членом Американской академии искусств и наук, его имя
занесено в Галерею славы американских изобретателей.
В.К. Зворыкин за работой (стоит) у своего первого электронного микроскопа. США.
Фотография. 1947 г.
464
электронным лучом только один раз. Такой способ организации кадра называется чересстрочной
развёрткой изображения.
Электронный луч здесь играет роль тонкого светового пера, и площадь точки, оставленной им на
экране, равна площади элемента изображения. Поэтому разрешающая способность
телевизионного кадра по вертикали всегда постоянна и равна 625 элементам, т. е. числу строк. А
разрешающая способность по горизонтали, или количество элементов в линии, зависит от того,
насколько быстро световое перо при движении по строке может менять свою яркость — от
максимальной до нуля. Скорость таких изменений, как уже говорилось, зависит от частоты
электрических импульсов, управляющих яркостью светового пера.
Из сказанного становится понятно, что чем выше полоса частот, которую воспроизводит
телевизионный приёмник, тем большее число элементов изображения в строке способен
воссоздать электронный луч и тем лучше разрешение по горизонтали.
Например, если телевизор воспроизводит полосу частот видеосигнала в 6 МГц, т. е. 6 000 000 Гц,
световое перо меняет свою интенсивность 12 млн. раз в секунду. Поделив это число на число
кадров (25), проходящих в 1 с, получим 480 тыс. элементов в кадре. Поделив последнее число на
число строк (625), получим
УСТРОЙСТВО ИКОНОСКОПА
Иконоскоп, «предок» современной передающей трубки — суперортикона, был весьма
несовершенен и давно не используется. Но он хорошо иллюстрирует принцип электронного
преобразования изображения и его сканирования.
Иконоскоп представляет собой вакуумный стеклянный баллон. В его широком конце укреплён
лист слюды, тыльная поверхность которого, покрытая тонким слоем металла, называется
сигнальной пластиной. На передней поверхности листа выложена мозаика из сотен тысяч
крошечных капелек серебра, обработанных парами цезия с кислородом, — светочувствительных
зёрен. Объектив телевизионной камеры фокусирует на мозаике изображение. Световой поток
выбивает из серебра электроны, которые улетают на заземлённый кольцевой электрод. Чем ярче
освещена мозаика, тем больше электронов она теряет. В результате на мозаике образуется
положительно заряженный «электрический рельеф», в точности повторяющий распределение
света и тени на изображении. В этот момент на сигнальной пластине индуцируется
отрицательный заряд. В горловине бокового рукава иконоскопа расположен электронный
прожектор, излучающий тонкий пучок электронов. Отклоняющая система заставляет его обегать
построчно всю мозаику и восполнять на её зёрнах электроны, потерянные под действием света.
Каждая порция электронов, попавших на зерно, вызывает на сигнальной пластине импульс
отрицательного напряжения, который будет тем выше, чем ярче зерно освещено. Электронный
луч пробегает всю мозаику, порождая в цепи сигнальной пластины переменный электрический
ток. Электронная схема «срезает» его отрицательную составляющую, а положительная,
повторяющая «электрический рельеф», усиливается; к ней добавляются сигналы синхронизации
от приёмника. Этим током передатчик модулирует радиоволну и излучает её в эфир.
Схема иконоскопа.
1 — стеклянный баллон:
2 — слюдяная пластинка:
3 — слой металла:
4 — мозаика:
5 — кольцевой электрод:
б — электронный прожектор:
7 — отклоняюгцая система:
8 — пучок электронов:
9 — объектив.
465
768 элементов в каждой строке. Однако на практике из всей полосы в 6 МГц только 4 МГц
приходится на изображение, а оставшиеся 2 МГц отведены для звукового сопровождения и
вспомогательной служебной информации. Повторив расчёты для 4 МГц, получим 512 элементов
в строке — это разрешающая способность лучших телевизоров, настроенных по сетке
испытательной таблицы. Поэтому качество телевизионного изображения при неизменном числе
строк тем выше, чем более широкую поло-
В ИДЕОТЕХНИКА
Телевизионное изображение образуется при построчном сканировании экрана кинескопа
электронным лучом. Перемещаясь по строке, луч изменяет интенсивность, заставляя экран
увеличивать или уменьшать яркость. Так из точек и строк получается изображение. Управляет
«рисующим» лучом переменный электрический ток.
Фиксировать колебания электрического тока на магнитной ленте научились давно — ещё в конце
XIX в., когда появились первые магнитофоны для записи звука. Вскоре после создания
электронного телевидения возникла мысль аналогичным образом записывать изображение.
Однако на этом пути была трудность, долгие годы казавшаяся непреодолимой.
Дело в том, что человек слышит звуки частотой примерно от 20 до 20 000 Гц, и для
качественного звучания достаточно записать лишь этот диапазон частот. Хорошую же
телевизионную «картинку» можно получить только с частотой управляющих сигналов свыше 6
МГц (т. е. в 300 раз больше). Именно высокие частоты «отвечают» за мелкие детали «картинки»,
именно они определяют её чёткость. Но чем быстрее меняются сигналы, тем плотнее они будут
записаны на ленте. Чтобы сигналы не мешали друг другу, лента должна пролетать мимо
записывающей головки со скоростью 56 м/с, т. е. более 200 км/ч. Осуществить такое раньше
было, разумеется, невозможно.
Обойтись без этой немыслимой скорости удалось только в 1951 г. В Соединённых Штатах
Америки инженеры В. Сэлстед, А. Понятов и М. Столяров придумали интересную конструкцию
записывающего устройства. Они заставили двигаться с большой скоростью не ленту, а
магнитные головки, закреплённые на барабане. Лента же шла сравнительно медленно. Ось
вращения барабана была наклонена к ленте, и его головка с каждым оборотом прописывала на
ленте длинную косую строчку, сделав запись гораздо плотнее.
Компания «Ампекс», созданная А. Понятовым, провела огромную работу по созданию систем
синхронизации,
Схема работы видеомагнитофона.
Движущаяся лента огибает барабан с видеоголовками. Барабан вращается с большой скоростью
вокруг оси, которая наклонена относительно ленты. В результате каждая головка прописывает на
ленте наклонную дорожку — строку видеокадра. Вдоль краёв ленты записывается звук и
контрольный сигнал.
точной механики и стабилизации изображения. Однако первый магнитофон для записи чёрно-
белого изображения по размерам всё-таки не уступал большому, в человеческий рост,
холодильнику.
Величина современных видеомагнитофонов сопоставима с томом энциклопедии, который вы
держите в руках. А видеокамеры, записывающие полноцветное движущееся изображение, да ещё
со звуковым сопровождением, уже немногим больше зеркального фотоаппарата. Лента в них
движется со скоростью 2 мм/с, или 7,2 м/ч, а на кассету размером 20x5 см можно записать
полуторачасовой фильм.
Техническое название видеокамеры — камкордер (от англ, camera — «камера» и record —
«записывать»). Существует несколько разновидностей или, иначе, форматов записи, которые
различаются шириной ленты (от 6 до 12 мм), скоростью её движения, качеством записи и т. д., но
устройство разных камкордеров практически одинаково.
В съёмочной камере изображение через трансфокатор (объектив с переменным фокусным
расстоянием) попадает на микросхему с сотней тысяч микроскопических фотоэлементов (это
устройство называется прибором с зарядовой связью — ПЗС). Высококачественные камеры — и
любительские, и профессиональные — содержат три матрицы ПЗС для трёх цветов, в сумме
дающих полноцветное изображение. В более простых и компактных камкордерах только одна
матрица, но она оснащена весьма сложным устройством —растровым светофильтром. Состоит
такой светофильтр из микроскопических разноцветных окошечек, каждое из которых
окрашивает «свой» элемент ПЗС в определённый цвет. А цветное изображение «делает» из
466
су частот видеосигнала антенна может принять, а телевизор — соответственно воссоздать.
При воспроизведении телевизионного изображения два поля кадра, «накладываясь» друг на
друга в зрительной памяти сетчатки глаза, составляют полный кадр изображения. Точное
чередование идущих друг за другом полей развёртки обеспечить легче, если общее количество
строк в кадре нечётное. Это достигается синхронизацией (от греч. «син» — «вместе» и «хро'нос»
— «время»)двух
них уже электронная система оптического кодирования.
То изображение, которое попадает в кадр, и то, что было уже снято, можно увидеть в окуляр
видоискателя на миниатюрном кинескопе или на маленьком откидном жидкокристаллическом
экране. А при желании камеру через переходное устройство подключают к антенне и используют
как телевизор.
Всё управление камерой автоматизировано. Она сама измеряет яркость освещения и выставляет
диафрагму, наводит на резкость и даже выключается, если её долго не трогать или перевернуть (в
этом положении камеру, в нерабочем состоянии, обычно переносят). Некоторые модели
позволяют изменять размер изображения в сто раз. При этом используются не только
возможности трансфокатора, но и «игра» с ПЗС — электроника «растягивает» фрагмент
изображения на весь экран.
Видеозапись развивается и совершенствуется в том же направлении, что и телевидение и
звукозапись, — постепенно переходит от аналоговых сигналов к цифровым. Это позволяет
делать аппаратуру ещё компактнее, саму запись — плотнее, а её качество — выше.
Структурная схема аналогового камкордера.
Видеокамера состоит из двух самостоятельных частей — камерной (а) и магнитофонной (б).
Объектив-трансфокатор (1) камеры фокусирует изображение на матрице ПЗС (2), перед
которой стоит растровый фильтр (3). Часть света через оптическую систему автофокуса (4)
попадает на линейку ПЗС (5), которая вырабатывает сигнал, управляющий фокусировкой
объектива с помощью микродвигателя (6). Фокусное расстояние объектива меняется кнопкой-
коромыслом (7), запускающей двигатель (8). Диафрагма с пьезоприводом (9) регулирует
величину экспозиции. Изображение с ПЗС, усиленное и обработанное встроенными
электронными блоками (10), поступает на миниатюрный кинескоп (11) видоискателя (12).
Кнопка «запись» (13) включает видеомагнитофон, который записывает изображение и звуковой
сигнал, приходящий с микрофона (14) через усилитель (15). Кроме видео- и аудиосигналов (В нА)
на магнитофон поступают сигналы синхронизации (С), цветности и другая служебная
информация. Через коммутатор, синхронизатор и систему автоматической регулировки (16)
датчики управляют совместной работой камеры и магнитофона.
467
электронных устройств — генераторов строчной и кадровой развёртки, задающих
последовательность строк в двух полях кадра и в телекамере, и в телевизоре одновременно.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Как уже говорилось, в телевидении был принят принцип последовательной передачи элементов
изображения. Этот принцип разработали в конце XIX в. португальский учёный А. ди Пайва и
независимо от него русский физик и биолог Порфирий Иванович Бахметьев (1860—1913),
который считал, что устройство, названное им «телефот», способно передавать изображение по
проводам телеграфной линии.
В 1897 г. немецкий изобретатель Карл Фердинанд Браун (1850—1918), доктор физики и
профессор Страсбургского университета, будущий лауреат Нобелевский премии, создал
электронно-лучевую трубку, названную его именем. В ней луч электронов, испускаемых
катодом, заставлял светиться флуоресцентный (от лат.fluor — «течение», «текущая жидкость»)
экран.
В 1907 г. профессор Петербургского технологического института Борис Львович Розинг (1869—
1933) предложил использовать электронно-лучевую трубку в приёмнике телевизионной системы,
в передающей камере которой развёртка изображения осуществлялась вращающимся
зеркальным барабаном. Б. Л. Розингу был выдан патент на «способ электрической передачи
изображения на расстоянии». Учёный сконструировал действующую модель телевизионной
установки и 9 мая 1911 г. получил первое в мире изображение геометрических рисунков на
экране электронно-лучевой трубки.
Практически вплоть до 30-х гг. XX в. телевидение развивалось по пути использования оптико-
механических устройств. Начал их разрабатывать немецкий изобретатель Пауль Готлиб Нипков
(1860—1940). В 1884 г. он запатентовал телевизионную систему, основанную на изобретённом
им способе сканирования изображения с помощью непрозрачного вращающегося диска с
отверстиями, расположенными по спирали.
Значительный вклад в дальнейшее развитие телевидения внёс шотландский инженер-электрик А.
Кэмпбелл Свинтон. В докладе, представленном Лондонскому рентгеновскому обществу в 1911
г., он рассказал об электронно-лучевых трубках с магнитной отклоняющей системой,
предназначенных и для приёма, и для передачи. В последнем он применил мозаичный экран из
фотоэлектрических ячеек. Передаваемое изображение фокусировалось на экран, задняя часть
которого разряжалась электронным лучом, последовательно, строка за строкой сканирующим
изображение.
Блестящие идеи Свинтона начали реализовываться значительно позже, с середины 30-х гг., когда
после изобретения усилительных электровакуумных ламп появились системы электронного
телевидения, сменившие оптико-механические.
Разработка и развитие систем электронного телевидения в США
Один из первых бытовых телевизоров КВН-49.
Телевизор имел настолько маленький экран, что изображение приходилось разглядывать через
линзу, заполненную водой.
468
связаны с именами В.К. Зворыкина и Ф.Т. Фарнсворта. В нашей стране над телевидением
работали И.А. Адамян, Б.П. Грабовский, С.И. Катаев, А.П. Константинов, П.В. Тимофеев, П.В.
Шмаков и др.
В 1932 г. «Радио корпорейшн оф Америка» (Американская радиовещательная корпорация)
продемонстрировала телевизионную систему, в которой применялось только электронное
сканирование. Приёмной трубкой в телевизионном приёмнике служил кинескоп (от греч.
«кине'о» — «привожу в движение» и «скопе'о»), а передающей в телекамере — так называемый
иконоскоп. Обе электронно-лучевые трубки — иконоскоп и кинескоп — были запатентованы
В.К. Зворыкиным соответственно в 1923 и 1924 гг. А в 1928 г. изобретатель получил патент на
систему цветного телевидения. Экран кинескопа покрывался зёрнами люминофора трёх сортов.
Их свечение, складываясь, давало полноцветное изображение.
К началу 50-х гг. в системах цветного телевидения использовался принцип разделения чёрно-
белого сигнала и сигналов цветности. Чёрно-белый сигнал обеспечивает высокое разрешение в
передаче мелких деталей изображения и может быть принят всеми телевизорами. Сигналы
цветности проецируются (от лат. projectio — «бросание вперёд») на светлые области чёрно-
белого сигнала, «раскрашивая» изображение в нужные цвета. Эта система позволяет принимать
цветные программы в чёрно-белом изображении на чёрно-белых телевизорах и чёрно-белые —
на цветных.
Но уже в 50-х гг., после ряда технологических усовершенствований, появились цветные
телевизионные трубки с более чётким изображением. Стали развиваться кабельные системы
телевидения. В конце 70-х гг. были созданы проекционные устройства для просмотра
изображения на большом экране. Затем получили распространение видеомагнитофоны для
записи телепрограмм и видеофильмов, проигрыватели лазерных видеодисков.
ТЕЛЕВИДЕНИЕ СЕГОДНЯ
Телевидение находит применение в науке и образовании, в медицине и в быту, в искусстве и
культуре, в военной и мирной технике, в мореплавании, авиации и космонавтике.
Для нас уже стало привычным, что входная дверь жилого дома, квартиры или учреждения
оборудована глазком с телекамерой для обеспечения безопасности. На экранах телевизоров мы
видим, что происходит за многие тысячи километров от нас. Телеоборудование спутника
передаёт важную стратегическую информацию или ценные научные данные о перемещениях
водных масс в морях и океанах, о состоянии атмосферы, полей и лесов. Анализируя полученное
со спутника изображение земной поверхности, находят залежи полезных ископаемых.
Миниатюрная цветная телекамера, снабжённая микролампочкой, превращается в медицинский
зонд. Вводя его в желудок или пищевод, врач исследует то, что раньше мог видеть только во
время хирургического вмешательства.
Современное телевизионное оборудование позволяет контролировать сложные и вредные
производства. Оператор-диспетчер на экране монитора наблюдает за несколькими
технологическими процессами одновременно. Аналогичную задачу решает и оператор-диспетчер
службы безопасности дорожного движения, следя на экране монитора за транспортными
потоками на дорогах и перекрёстках.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ
К концу XX столетия ожидалось появление нового телевизионного стандарта — HDTV (High
Definition Television — «телевидение высокой чёткости»), обеспечивающего значительно более
высокое качество изображения, чем у экрана с 625 строками. Разрешающая способность системы
определяется не только
*В США принят стандарт NTSC (National Television Systems Comittee — Национальный комитет
по телевизионным системам) с 525 строками. В европейских стандартах PAL (Phase Alternation
Line — «фазопеременная линия») и SECAM (Systcme en Couleur avcc Mcmoire
электронная система с памятью») принят растр с 625 строками.
469
цветная
Телевидение в технике.
Телевизионные системы, установленные в Центре управления полётами (город Королёв
Московской области), позволяют принимать изображения с борта космического корабля. 22
февраля 1999 г. экипаж корабля «Союз ТМ-29» — В.М. Афанасьев (Россия), Ж.-П. Энъере
(Франция) и И. Белла (Словакия)— присоединился к космонавтам С.В. Авдееву и Г. Падалке на
борту станции «Мир». На снимке видны огромные спутниковые антенны вокруг телебашни.
числом пикселей в строке, но и количеством строк в растре телевизионного изображения.
Предполагалось, что в HDTV значительно увеличится число строк — с 1000 до 1400, а
пропорции изображения изменятся с существующих 4:3 на 16:9. Это необходимо для
демонстрации по телевидению широкоформатных фильмов. Телевидение HDTV может
обеспечить гораздо более чёткое изображение и высококачественное звучание благодаря очень
малым искажениям сигнала.
Однако к середине 90-х гг. стало очевидным, что на следующие поколения телевизионных
систем более высокого качества неизбежно станут оказывать влияние бурно развивающиеся
цифровые технологии.
Обычное телевидение передаёт сигналы в аналоговой форме: электрические колебания
воспроизводят колебания яркости изображения, высоты и громкости звука. Цифровые системы
передают изображение и звук в виде нулей и единиц двоичного кода.
Вполне вероятно, что вскоре произойдёт естественное слияние кабельного телевидения с сетями
Интернета. Глобальная сеть в этом случае объединит в себе функции всех информационных
служб: электронной почты, электронной печати, радио, включая частные сообщения, а также
телевидения с частными передачами между абонентами и обменом видеоинформацией.
ЭВОЛЮЦИЯ КИНОЗВУКА
Оценить красоту картины по чёрно-белой фотографии невозможно, и точно так же нельзя в
полной мере понять замысел кинорежиссёра, просмотрев по телевизору «заезженную»
видеозапись с отвратительным звуком. Кинотеатры же, оснащённые современным
оборудованием, в состоянии предложить зрителю не виданную ранее глубину погружения в
события, разворачивающиеся на экране, и далеко не последнюю роль здесь играет звуковое
сопровождение.
ОПТИЧЕСКИЙ ЗВУК
Первым методом записи звука на кинопленке стало использование фотографической, или
оптической, звуковой дорожки. На непрозрачную область плёнки, смежную с изображением,
наносят фотографическую фонограмму — светлую полоску, ширина которой изменяется в
соответствии со звуковыми колебаниями. По мере движения ленты через кинопроекционную
установку световой луч специальной лампы, проходя через фонограмму, передает эти изменения
на фотоэлемент, и тот преобразует световой сигнал в электрический. Затем сигнал усиливается,
обрабатывается и, наконец, воспроизводится громкоговорителями, установленными в кинозале.
Впервые изображение и звук совместили в конце 20-х гг. И уже к середине 30-х гг. «говорящие»
актёры стали в кино обычным явлением. Ты-
470
сячи кинотеатров в короткое время были оснащены оборудованием для считывания оптической
звуковой дорожки. Чтобы оптические фонограммы подходили под киноустановки различных
фирм, в конце 30-х гг. приняли стандарт (Academia) записи звука на 35-миллиметровой
киноплёнке. Теперь практически любой фильм можно было показывать в любом кинотеатре
мира.
В течение трёх десятилетий оптический звук в кинотеатре был своего рода эталоном, намного
превосходя качество звучания домашних проигрывателей и радиоприёмников. Однако в конце
60-х — начале 70-х гг. широко распространились домашние стереосистемы класса Hi-Fi, и их
владельцы, приходя в кино, были разочарованы сравнительно низким качеством звукового
сопровождения фильмов.
МАГНИТНЫЙ ЗВУК
В конце 50-х гг. был разработан новый метод записи звука. На киноплёнку с уже отпечатанным
изображением наносили тонкие полоски из магнитного материала (как на обычную магнитную
ленту), на которые и записывали звук. Фильм воспроизводился на кинопроекторах, снабжённых
магнитными головками (их устанавливали на специальном креплении, названном по-английски
«penthouse» — «навес»).
На одну «магнитную полоску» можно было записать несколько звуковых дорожек. Благодаря
такой технологии в кино появился стереофонический звук. По мере перемещения изображения
актёра вдоль экрана зритель слышал его голос из громкоговорителей, расположенных слева, по
центру или справа от экрана. Скрипы, шорохи, взрывы звучали оттуда, откуда им следовало
звучать. В кино пришла качественная стереофоническая музыка, которая усиливала
эмоциональное воздействие фильма.
Однако высокая стоимость магнитных кинокопий и оборудования для их воспроизведения была
существенным недостатком этой технологии, и, в конце концов, кинотеатры практически
отказались от таких лент. В середине 70-х гг. зритель вновь слышал с экрана одноканальную
фонограмму низкого качества. Попасть же на демонстрацию фильма с многодорожечной
магнитной фонограммой можно было только случайно.
ЗВУК, ОКРУЖАЮЩИЙ СО ВСЕХ СТОРОН
Прорыв произошёл в 80-х гг. Американская лаборатория «Долби» разработала очень практичный
35-миллиметровый стандарт записи звука Dolby Stereo (или Dolby-A). На двух оптических
звуковых дорожках фиксировалась информация не только о левом и правом стереоканалах, но и
о третьем (центральном) и даже четвёртом, тыловом, канале; последний ещё называют каналом
окружающего звука (англ, surround sound). Теперь звук мог раздаваться из-за спины зрителя или
перемещаться взад-вперёд. Кроме того, специальная технология записи и воспроизведения
позволила значительно снизить уровень шума, расширить диапазон воспроизводимых частот и
уменьшить искажения. Это был настоящий Hi-Fi. Разработанный и внедрённый в 1986 г. новый
процесс записи звука Dolby SR (SR — сокращение от английского словосочетания «спектральная
запись») ещё больше повысил качество звукового сопровождения фильмов.
Эксплуатационные расходы при использовании стандарта Dolby Stereo по сравнению с
расходами по обслуживанию магнитных стереосистем невелики. Звуковые дорожки не
стираются раньше, чем сама копия, да и модернизация кинопроекционной аппаратуры для Dolby
Stereo сравнительно проста. Неудивительно, что более 25 тыс. кинотеатров во многих странах
мира провели такую модернизацию, а в 8 тыс. кинозалов были установлены специальные
процессоры SR.
Следующим шагом вперёд стал шестиканальный цифровой оптиче-
Современный кинопроектор «Эрнеманн-15».
I I
и ПО'
|| DIGITAL
Кадр киноплёнки стандарта Dolby Digital.
471
Смема акустического
оборудования современного
кинотеатра.
ский стандарт Dolby Digital. Он обеспечил возможность раздельной записи основных каналов
(левого, центрального и правого), каналов окружающего звука (левого и правого) и специального
канала звуковых эффектов, рассчитанного на передачу низких частот и инфразвука. Теперь
раскаты грома, взрывы и другие подобные спецэффекты зритель не только слышал, но и
буквально ощущал, воспринимал грудной клеткой. Окружающий звук стал стереофоническим.
Первая российская кинокартина, снятая по стандарту Dolby Digital, — «Сибирский цирюльник»
режиссёра Никиты Михалкова.
Последней разработкой лаборатории «Долби», проведённой совместно с американской
компанией «Лукас-фильм ТНХ», стала новая цифровая технология записи и воспроизведения
каналов окружающего звука Surround EX. Технология родилась во время производства фильма
«Звёздные войны: Эпизод 1. Скрытая угроза». Два канала окружающего звука, предусмотренные
стандартом Dolby Digital, не могли передать все эффекты, задуманные создателями фильма. Те,
кто сидел на боковых местах, оказывались в невыгодном положении. Чтобы реализовать
творческую фантазию авторов, нужно было получить эффект пролёта звука над головами
зрителей — от экрана к задней стене кинозала и обратно. Акустические эксперименты показали,
что при введении дополнительного заднего центрального канала эффект значительно
усиливается, а качество звука становится одинаковым во всём кинозале.
Новая технология добавляет третий канал окружающего звука. Теперь нужный звук услышат все
зрители в зале, улучшится качество восприятия диалогов. Звук может плавно перемещаться «по
окружности» на 360°. Кроме того, при такой записи у зрителя создаётся впечатление, что зал стал
шире, а размеры экрана увеличились. Бот что сказал создатель «Звёздных войн» режиссёр Джорж
Лукас: «Новая звуковая дорожка должна помочь зрителям погрузиться в мир кино. Я не хочу,
чтобы они во время сеанса оглядывались направо и налево, чтобы определить источник звука. Я
хочу, чтобы они чувствовали себя в кино более комфортно... Мощность и чистота звука в
кинотеатре класса ТНХ в сочетании с дополнительным каналом Surround EX предоставляет
идеальные условия для просмотра как „Звёздных войн", так и других фильмов, находящихся
сейчас в производстве».
Кинопроиессор
Dolby СР 5OOD-
A-SR/SRD Bump 10.
472
АУДИОТЕХНИКА. ОТ HI-FI К HI-END
Одно из основных понятий аудиотехники (от лат. audio — «слышу» и греи, «те'хне») — Hi-Fi.
Это сокращение английского словосочетания «High Fidelity», которое можно перевести как
«высокая верность». Но что должно соответствовать данному требованию — запись звука или
его воспроизведение? И то и другое. Чтобы звук качественно воспроизвести, его необходимо
верно записать. Поэтому техника звукозаписи и техника звуковоспроизведения
совершенствовались одновременно.
Требования, которые предъявляют к качеству звукотехнического оборудования, во многом
определяются особенностями человеческого слуха, а точнее — строением уха и свойствами
психики человека. В широком смысле эти особенности называют психологией восприятия, и
занимается ею специальная наука — психоакустика (от греч. «психе1» — «душа» и «акустико'с»
— «слуховой»). Теперь точно известно, что человек ориентируется в пространстве по звуку: даже
с завязанными глазами он в состоянии определить, откуда доносится звук — сзади или сбоку,
находится его собеседник в комнате или в подземном переходе.
С осмысления и учёта этих факторов и начинается Hi-Fi, т. е. высокая точность передачи речи и
музыки техническими средствами.
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУЧАНИЯ
Считается, что добиться Hi-Fi стало возможным лишь после перехода от монофонической (от
греч. «мо'нос» — «один» и «фоне1» — «звук») записи к стереофонической (от греч. «стерео'с» —
«объёмный» и «фоне1»). В первом случае звук записывается и воспроизводится по одному
каналу. Во втором — звуковые сигналы от двух микрофонов записывают раздельно: по двум
(или нескольким) каналам,
Граммофон. 1872 г. Великобритания.
врашал пру
Граммофонные пластинки. 90-е rr. XIX в.
Звуковые дорожки были только с одной
от центра к краю.
Современный проигрыватель для пластинок.
Он имеет лёгкий тонарм с противовесом и массивный диск, обладающий большой инерцией,
который обеспечивает плавное вращение.
Воспроизводящая головка граммофона.
Стальная игла, закреплённая винтиком на рычажке, двигалась по звуковой дорожке
грампластинки. Неровности дорожки заставляли иглу колебаться, а рычажок передавал
колебания на мембрану, которая воспроизводила записанный звук.
473
Стереофонический магнитофон высокого класса.
правому и левому. Воспроизводится стереофоническая запись тоже раздельно (двумя
динамиками), благодаря чему у слушателя создаётся впечатление объёмности звучания.
Переход к стереозаписи оказался поистине революционным событием: режиссёры получили
возможность работать со звуковым пространством, а слушатели — оценить принципиально
новое качество звучания. Однако переход этот произошёл не сразу, а готовился постепенно.
Идея стереофонической записи появилась в самом начале XX в. Первые же практические опыты
связаны с работами американских учёных Алена Блумлейна в 1929—1931 гг. и Харви Флетчера в
1934 г. Их эксперименты заключались в следующем. В комнате записи (топ-студии) играл
оркестр, и музыка через три микрофона передавалась в зал прослушивания, где
воспроизводилась через усилители тремя динамиками. Динамики в зале располагались строго в
соответствии с положением микрофонов в тон-студии. Слушатели не видели музыкантов, но
достаточно точно определяли, как те перемещаются вдоль линии воображаемой сцены;
передвижение в глубину различалось хуже. В 1939 г. Американская радиовещательная
корпорация впервые осуществила трёхканальную запись звука.
Возникает вопрос: почему в опытах со стереозвуком использовали три канала, а не два — правый
и левый? Дело в том, что значительного прогресса в области стереозвука удалось добиться, как
это ни странно, благодаря кинематографу. Первоначально фильмы не озвучивались, а лишь
сопровождались игрой тапёра в зале. Когда же Великий немой (так раньше называли кино)
«заговорил», техника звукозаписи стала стремительно развиваться. Именно в кино вопрос
качества звука особенно актуален.
Зритель в кинотеатре должен не только видеть героев фильма, но и хорошо слышать, что они
говорят. Однако и этого недостаточно. Если, например, актёр перемещается в кадре слева
направо, а динамик, воспроизводящий звук, находится где-то сбоку, изображение на экране
«оторвётся» от звукового сопровождения, что создаст ощущение неестественности
происходящего. Во избежание этого озвучивание фильма для большого помещения производится
по трём независимым каналам. В кинотеатре три группы громкоговорителей располагают за
экраном — слева, в центре и справа. Такой порядок соответствует расположению микрофонов в
съёмочном павильоне киностудии. Когда актёр, перемещаясь в
Стереофонические наушники.
Высокое качество воспроизведения записи создаёт иллюзию «живого» звука.
474
Акустчегкне системы ра ч личных типов
На снимке слева внизу манекены для
нсследований по психоакустике. В точные макеты
ушных раковин вмонтированы микрофоны.
Манекены устанавливают а разных местах
зрительного зала. чтобы измерить его акустические
характеристики,
кадре, произносит текст, звук его голоса слышен сначала слева, потом, по мере приближения к
правому микрофону, звук слева ослабевает, а в центральном и правом динамиках становится
громче. Поэтому у зрителя и создаётся ощущение, что звук исходит непосредственно от
изображения актёра на экране.
В Советском Союзе идею стереофонического сопровождения фильма впервые высказал
изобретатель А.И. Экало в 1928 г. Спустя девять лет в кинотеатре «Москва» стала действовать
первая в СССР установка для передачи стереофонического звучания. Она была двухканальной.
Однако большого распространения система
475
Проигрыватель для цифровых компакт-дисков — CD-плейер.
не получила. Использовавшийся в то время формат кинокадра 18^24 мм ограничивал размер
экрана по ширине. При пропорциях экрана 1:1,37 зрительный зал делали узким, поэтому
динамики находились слишком близко друг к другу, и эффект стереозвучания был слабым,
особенно для зрителей в задних рядах.
Коренным образом ситуация изменилась после изобретения широкоэкранного кино с
пропорциями экрана 1:2. Появилась возможность увеличить расстояние между динамиками
левого и правого каналов и тем самым значительно улучшить пространственное восприятие
звука. В конце 1953 г. широкоэкранные фильмы с трёхканальной стереофонической магнитной
записью звука были сняты в США. В Советском Союзе первый широкоэкранный кинотеатр со
стереофоническим звуком открылся в июне 1955 г. в Москве.
К середине 50-х гг. технология магнитной стереофонической записи была освоена только в кино.
Технологию производства граммофонных пластинок удалось поднять до уровня, позволяющего
переносить двухканальные стереозаписи на долгоиграющие пластинки, лишь в 1958 г. С этого
времени объёмный звук можно было услышать не только в кинотеатре, но и в квартирах.
Звучание аппаратуры стало сравнимо с «живыми» звуками. Это и приняли за стандарт качества.
На страницах журналов и рекламных изданий появился термин «высокая верность» — Hi-Fi.
Цифровой ресивер. В этом устройстве объединены приёмник и усилитель высокого качества.
МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП
Фирмы, производящие бытовую звуковую аппаратуру, по традиции долго следовали принципу
«всё в одном» — выпускали в основном так называемые звуковые комбайны. В обычном
домашнем стационарном (от лат. stationarius — «неподвижный») радиоприёмнике находятся
модуль настройки на нужную станцию, громкоговоритель и усилитель. Но и громкоговорители, и
усилители есть и в магнитофоне, и в проигрывателе. Поэтому, чтобы сэкономить место и
средства, возникла идея сделать общий усилитель с громкоговорителем для всех устройств,
входящих в систему.
Комбайны, или магниторадиолы, напоминали современные аудиоцентры, с той лишь разницей,
что все части комбайна были монофоническими и помещались в одном корпусе. Это лишало
возможности заменить, например, устаревший проигрыватель более совершенным
стереофоническим.
Со временем при конструировании аппаратуры стали использовать блочно-модульный принцип.
Он позволял купить по отдельности проиг-
476
рыватель, магнитофон, усилитель, динамики и собрать из них качественную аудиосистему по
своему вкусу. Появление аппаратуры «высокой верности» совпало с разделением устройств,
входящих в комбайн, на независимые блоки. Само же сокращение Hi-Fi перестало обозначать
просто высокую точность звучания — оно стало символом (а позднее и логотипом) нового
стандарта качества звукотехнических изделий.
ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О HI-FI
Представления о качественном воспроизведении звука со временем менялись. Сначала при
совершенствовании аппаратуры основной упор делался на её технические характеристики:
считалось, чем они лучше, тем качественнее будет звучание. Фирмы-производители стремились
поразить покупателя каким-нибудь новым, «запредельным» результатом.
Однако к концу 70-х гг. стало очевидно, что подобная оценка качества не совсем верна. Почему,
скажем, два усилителя разных фирм с абсолютно одинаковыми характеристиками звучат по-
разному? Или другой пример. Есть два усилителя равной мощности, но один транзисторный, а
другой ламповый. Если судить по измеренным в лаборатории параметрам, первый, безусловно,
лучше, однако на практике выясняется, что его звучание гораздо хуже.
Причина феномена «транзисторного звучания» была понята далеко не сразу. Прошло около двух
десятилетий, прежде чем удалось обнаружить, что ранние модели бытовых транзисторных
усилителей особым образом искажают звук.
ЧТО ТАКОЕ HI-END?
Это открытие привело к возврату, казалось бы, давно забытых радиоламп — диодов, триодов и
пентодов. С возрождения ламповой техники
и с изменения отношения к техническим параметрам началась эра Hi-End. Немалую роль в
появлении нового понятия сыграла и разработанная к началу 80-х гг. новая технология записи —
цифровая.
Перевести Hi-End можно как «высший предел» или же «передний край» науки и техники (такой
вариант иногда предлагается в научно-технических статьях). Что же отличает аппаратуру Hi-End
от Hi-Fi?
Как правило, техника класса Hi-End изготовляется по заказу для конкретного покупателя и носит
эксклюзивный характер. Например, ламповые усилители английской фирмы «Аудио Неут», в
которых провода выходных трансформаторов сделаны из чистого серебра. Или модель
«Вестминстер» известной английской фирмы «Тэноу», производящей акустические системы. Об
уровне такой техники можно судить по тому, что пара колонок «Вестминстер» стоит в
резиденции Её Величества Королевы Великобритании. Для подобной аппаратуры используют
дорогостоящие материалы, включающие редкоземельные элементы, сверхточные радиодетали и
т. д. Недёшево обходятся и научные исследования в данной области. Всё это вместе взятое
значительно повышает как себестоимость производства, так и конечную цену такой
аудиотехники.
Усилитель высокого качества.
Усилители класса Hi-Fi и Hi-End всё чаще делают на радиолампах.
477
Hi-End — это особый подход буквально ко всем компонентам, составляющим стереосистему. В
эпоху Hi-Fi никому бы и в голову не пришло, что стойка для усилителей может «сушить» звук
или что на проводах нужно ставить стрелки... А стрелки эти, как иронично заметил серьёзный
американский специалист Фрэд Дэвис, нужны для того, чтобы переменный ток знал, в какую
сторону ему течь, и аппаратура лучше звучала.
ЛАЗЕРНЫЙ ДИСК
«Звук не исчезает бесследно, его можно как-то сохранить» — такое предположение высказал в
1589 г. учёный и механик Джамбаттиста делла Порта (1535?— 1615). Каких только хитроумных
устройств не создал с тех пор человек, чтобы увековечить звучание любимых голосов и мелодий.
«Звукоавтограф» Леона Скотта, фонограф Томаса Эдисона, граммофон Эмиля Берлинера... Но
изобретённый в 1980 г. лазерный компакт-диск, или CD (по начальным буквам английских слов
Compact Disk), произвёл настоящий фурор среди любителей музыки. Ещё бы: миниатюрный, в
два с лишним раза меньшего диаметра, чем у грампластинки, он вмещал записи, звучавшие 74
мин, при чистоте и качестве звука, превосходящих всё, что удавалось получить раньше. Каким
же образом на маленьких алюминиевых дисках, покрытых тонким слоем прозрачного пластика,
записывают мелодии?
Если взглянуть на поверхность CD под микроскопом, можно увидеть дорожку из мельчайших
углублений и островков. В них-то и зашифрованы звуки. И не только звуки: таким же способом
на CD записывают изображения, в том числе движущиеся, тексты и программы для компьютера.
Чтобы компьютер мог считывать и обрабатывать информацию, она должна быть записана на
машинном языке—в двоичной системе счисления. Углубления (их ещё называют питами, от
англ, pit — «яма») и островки и есть те самые нули и единицы. Каждая буква и музыкальная нота,
каждая картинка на диске — это последовательность нулей и единиц.
Дорожка с «ямками» и «кочками» бежит непрерывной спиралью по всей поверхности, как на
обыкновенной пластинке, только несравненно плотнее. Но считывает звук с компакт-диска не
игла, а лазерный луч. Диск вращается, а луч «ощупывает» его поверхность. Попадая на островок
или впадину, луч отражается. Отражённый свет доходит до датчика (фотодетектора), который
измеряет его силу и затем преобразует в поток импульсов различной интенсивности и
длительности. Более мощный (отражённый от островка) импульс соответствует цифре 1.
Лазерный луч, попавший на пит, частично рассеивается, т. е. впадинка отражает меньшее
количество света. Это цифра 0. Если преобразовать все отражённые лучи в импульсы и
обработать, они вновь превратятся в исходный звук.
Лазерный диск.
*Не следует путать компакт-диски, даже если они одинаковы на вид. Не вставляйте CD-ROM в
CD-плейер. Он попытается преобразовать текстовую и графическую информацию в музыку, из-
за чего усилитель и громкоговоритель могут выйти из строя. Однако информацию со звуковых
компакт-дисков способны воспринимать компьютеры.
478
КОМПАКТ-ДИСКИ XXI ВЕКА
В 90-х гг. XX в. на смену CD пришли новые цифровые универсальные диски DVD. Такие же по
размеру, они вмешают в семь раз больше информации! Для её записи и считывания используется
лазер с меньшей длиной волны, а значит, точность воспроизведения возрастает. Специалисты
утверждают, что распространение технологии DVD приведёт в скором будущем к появлению в
квартирах настоящих домашних кинотеатров. Ведь на одном диске DVD уместится
полнометражный фильм, а то и два. Любой фрагмент кинокартины можно будет найти за доли
секунды, не перематывая плёнку. Будут понятны любые иностранные кинофильмы, поскольку в
диске предусмотрена программа перевода. Более яркие цвета, более точное изображение,
великолепное качество звука — далеко не полный перечень достоинств DVD.
В домашнем кинотеатре станет возможным, казалось бы, невероятное. Так, поставив диск с
записью концерта любимой группы, можно будет менять ракурс изображения,
приближая и удаляя камеру, перемещая её в ту или иную точку зрительного зала. Секрет прост:
любой концерт записывается несколькими камерами одновременно, надо лишь выбрать с
помощью меню то или иное место съёмки.
Не исключено, что эти новинки через несколько лет станут так же привычны, как, например,
телевизор или радио. А может быть, появится какой-то принципиально новый диск... Или это
будет шар, который вместит в себя всю мировую литературу, музыку и фильмы, созданные
человечеством?
В конце XX в. CD постепенно вытесняют привычные фильмотеки, аудиотеки, библиотеки и
игровые приставки к телевизорам. Известная американская фирма «Кодак» разработала фото-CD
для хранения фотографий. Их можно не только просматривать на компьютерах и специальных
плейерах, подключаемых к телевизору, но и «редактировать». Скажем, дружил Петя с Колей. И
фотограф увековечил товарищей на фоне любимой школы. А потом Коля с Петей подрались — и
дружба врозь. Включает Коля компьютер и одним щелчком мыши стирает со снимка бывшего
друга. А заодно и фон меняет: теперь стоит он, например, рядом с Эйфелевой башней и весело
улыбается. Однако Петю можно стереть не насовсем. Вдруг бывшие друзья завтра снова
помирятся? Тогда изображение Пети вынимается из памяти компьютера и водружается обратно:
хочешь — в Париж, а хочешь — снова в школьный двор.
CD-ROMbi — это лазерные компакт-диски, на которых хранятся записи для компьютеров. На них
тоже записывают музыку, а также компьютерные программы, игры, энциклопедии...
Однако есть у компакт-дисков (звуковых, CD-ROMob) один недостаток. Изготовляют диски и
делают на них записи специальные предприятия, а самому перезаписать CD
невозможно. Поэтому вскоре был придуман CD-R, или CD-Recordable (от англ, record —
«записывать»). Это — новое поколение перезаписываемых компакт-дисков, запись на которые
осуществляют устройства, называемые накопителями CD-R.
С чмтымнмг информации С кОМЛ-ЫИ-ДМСЖЛ
479
ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ И СИНТЕЗАТОРЫ
Уже само определение «электромузыкальный инструмент» говорит о том, что звук он
производит с помощью электричества. В зависимости от уровня технологии создатели этих
инструментов в разное время использовали сначала, например, реле, электромагниты,
трансформаторы, а затем электронные приборы — генераторы, фильтры, усилители на
радиолампах, транзисторах или микросхемах.
В «электрификации» музыки и музыкальных инструментов прослеживаются два главных
направления: переделка традиционных инструментов, называемая адаптеризацией, и создание
принципиально новых инструментов.
АДАПТЕРИЗАЦ,ИЯ
Смысл адаптеризации заключается в «озвучивании» традиционных музыкальных инструментов с
помощью электронных средств — адаптеров (от лат. adapto — «приспособляю»). Например,
если поместить рядом со струнами рояля микрофон, а потом сигнал с него усилить и
воспроизвести через динамики, то звучание рояля уже нельзя назвать «природным». Оно
приобретёт дополнительный «технический» оттенок; чистота звука будет зависеть от качества
микрофона, усилителя и громкоговорителей. Если приклеить мембрану микрофона к деке рояля,
такой контактный датчик станет принимать уже непосредственно колебания самой деки, что
непременно скажется и на характере звучания.
Пьезоэлектрический (от греч. «пие'зо» — «давлю», «сжимаю») звукосниматель стоит в
проигрывателе для грампластинок. В основе его действия лежит пьезоэффект — появление
электрического напряжения на противоположных сторонах пластинки, изготовленной из особой
керамики или вырезанной из некоторых кристаллов, при её изгибе или сдавливании. Если иглу
звукоснимателя воткнуть в деревянный корпус или деку музыкального инструмента, получится
пьезоэлектрический адаптер. Такие адаптеры широко применяются для подзвучки и
непосредственной записи звучания инструментов — гитар, скрипок и т. д. Конечно, датчики не
втыкаются в инструмент (это варварский метод), а приклеиваются к нему или крепятся
зажимами.
Наибольшее распространение получили разнообразные электромагнитные датчики-
звукосниматели. Если под стальной струной разместить катушку с магнитным сердечником, то в
катушке, словно в обмотке динамо-машины, при колебаниях струны возникнет напряжение.
Такие датчики широко используют в электрогитарах. Если же на инструменте натянуты не
металлические, а, например, нейлоновые струны, в качестве звукоснимателя чаще всего
используется пьезодатчик. Существуют датчики практически для любых инструментов —
духовых, язычковых и т. д.
ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЕ ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
В 1899 г. английский изобретатель Уильям Дадл продемонстрировал в Лондоне музыкальный
инструмент с «поющей дугой». Звук в нём издавал коронный разряд, который возникал во
вторичной обмотке трансформатора Теслы.
Частоту звуковых колебаний задавал резонансный контур, образованный катушкой
индуктивности и кон-
Адаптеризованный музыкальный инструмент — электрогитара.
480
денсатором. Исполнитель с помощью клавиатуры управлял ёмкостью конденсатора. При этом
менялась частота пульсации разряда, а слушатели воспринимали звуки как вполне определённые
музыкальные ноты.
Первым полностью электромузыкальным инструментом считается «Телармониум» — 200-тонное
творение американского изобретателя Тадеуша Кахилла. К строительству он приступил в 1895 г.,
а продемонстрировал готовый инструмент в 1906 г. Звучание «Телармониума» передавалось по
проводам телефонной сети Нью-Йорка, и его могли слышать только абоненты с аппаратом,
снабжённым рупором: ни громкоговорителя, ни усилителя тогда ещё не было.
Инструмент имел двойную клавиатуру и несколько регуляторов тембра, похожие на органные.
Звук воспроизводился так называемыми альтернаторами (от англ, alternating current —
«переменный ток») — генераторами (динамо-машинами), вырабатывающими переменные
электрические токи звуковых частот. (Поэтому другое название музыкального инструмента Т.
Кахилла — динамофон.) В «Телармониуме» было 35 генераторов на разные частоты, каждый
мощностью в несколько киловатт, чтобы компенсировать большие потери в телефонных линиях,
не имевших усилителей.
Слишком правильное и математически точное звучание «Телармониума» быстро утомляло
слушателей. К тому же инструмент был чрезвычайно громоздким и неудобным: для его
перевозки требовался целый железнодорожный состав. Поэтому к началу Первой мировой войны
о нём забыли, а когда появилось радио, «Телармониум» канул в Лету.
Тем не менее, передовые идеи Кахилла получили дальнейшее развитие в 1934 г., когда был
создан электроорган.
С изобретением в 1906 г. триода — трёхэлектродной радиолампы, способной усиливать сигналы,
началась электронная эра электромузыкальных инструментов. Теперь появилась возможность не
только производить, но и усиливать слабые электрические колебания инструментов и слушать их
через громкоговоритель. Сам Ли Де Форест, сконструировавший триод, назвал его «аудион» (от
лат. audio — «слышу»),
В 1920 г. в России был создан портативный, собранный на электронных лампах инструмент
терменвокс, названный так в честь его изобретателя — российского физика и музыканта Льва
Сергеевича Термена (1896— 1993). Инструмент оригинальной конструкции не имеет ни струн,
ни клавишей — музыкант во время исполнения делает своеобразные пассы руками вокруг его
антенн. В зависимости от расстояния до антенн меняются высота и громкость звука.
Терменвокс — инструмент мелодический (одноголосный), на нём нельзя играть аккордами. Но
он оказался настолько гибким в управлении, с таким необыкновенным, таинственно-
«космическим» звучанием, что музыканты и композиторы долгое время черпали в нём
вдохновение.
Среди других отечественных инструментов лампового периода особенно выделяется
многоголосный электронный гармониум (фисгармония), созданный под руководством И. Д.
Симонова во Всесоюзном институте звукозаписи. В этом инструменте была реализована идея
управления громкостью звуков силой нажатия на клавиши. Среди прочих интересных разработок
И. Д. Симонова можно выделить шумофон, имитировавший естественные звуки — шум ветра,
прибоя, дождя, звон колокола.
По мере совершенствования радиоламп появлялись и новые устройства. Например, в
инструменте «траутониум» (1930 г.) немецкого изобретателя Фридриха Траутвайна для
обогащения звукового спектра обертонами применялись газоразрядные неоновые лампы.
Частота разряда в них и, следовательно, высота тона изменялись прикосновением к разным
точкам провода, натянутого над панелью инструмента. На нём играл знаменитый немецкий
композитор Пауль Хиндемит (1895—1963), написавший «Концертино для струнных и
траутониума».
Терменвокс.
Авторская копия последней модели инструмента хранится в Политехническом музее в Москве.
* Обертоны (от нем. ober — «верхний») звучат выше и слабее основного тона, слитно с ним и на
слух почти не распознаются. Наличие и сила каждого из них определяют, в конечном счете,
качество звука, его окраску.
481
Инструмент, сходный по способу управления с траутониумом, а по принципу создания звука с
терменвоксом, продемонстрировал в 1928 г. французский изобретатель, музыкант и учёный
Морис Мартено'. Для этого инструмента писали музыку французские композиторы Артур
Онеггер, Дариюс Мийо, Оливье Мессиан, Пьер Булез, американские композиторы Сэмюэл
Барбер и Эдгар Варе'з.
Многоголосный орган французских изобретателей Эдуарда Купле и Жозефа Живле был создан в
1928 г. и показан годом позже на Всемирной выставке в Париже. В инструменте использовано
около 700 электронных ламп.
Самый совершенный электроорган, переживший своих собратьев и до сих пор пользующийся
популярностью у музыкантов разных направлений, — Хэммонд-орган американского
изобретателя Лоренса Хэммонда. Успеху и популярности этого инструмента способствовала
удачная конструкция генераторов и гибкая система управления и создания тембров.
ЭЛЕКТРОННЫЕ СИНТЕЗАТОРЫ
В 50—60-х гг. XX в. новые достижения в области электроники и вычислительной техники
позволили создать нотно-читающие устройства, которые программировались с помощью
перфокарт или перфолент. Одним из наиболее удачных инструментов этого типа был синтезатор,
установленный в 1959 г. в Центре электронной музыки Коламбия-Принстон в Нью-Йорке.
Инициатива создания Центра принадлежала композитору — экспериментатору в этой области
Владимиру Усачевскому, американцу русского происхождения. Несмотря на название,
инструмент не был синтезатором в современном понимании этого слова. Он предназначался для
студийной работы композитора, а не для публичного исполнения музыкальных произведений.
В чём же отличие синтезатора от электромузыкального инструмента?
Электромузыкальный инструмент имитирует звук органа, скрипки, саксофона и др. А синтезатор
рождает звук искусственный, который из обычного инструмента извлечь нельзя.
Одни синтезаторы складывают достаточно большое количество простых электрических
колебаний — синусоид разной частоты. В результате получают сигнал очень сложной формы.
Другие генерируют исходные колебания с очень широким спектром и «вырезают» из него при
помощи фильтров все «лишние» частоты. В обоих случаях синтезированный сигнал даёт
интересный, богатый оттенками и обертонами звук любой громкости.
В Советском Союзе идею электронного синтезатора предложил изобретатель Евгений
Александрович Мурзин ещё в 1938 г., но тогда его предложение не получило поддержки. Лишь в
1959 г. Мурзин продемонстрировал в Музее А.Н. Скрябина в Москве изготовленный им
электронно-оптический синтезатор на фотоумножителях. Композитор в буквальном смысле
рисовал на куске стекла мелодию в виде кривых, повторяющих звуковые колебания.
Фотоумножитель «считывал» их и превращал в электрический ток, который в динамиках
становился звуком. Инструмент высоко оценили известные композиторы, и тогда же он получил
название АНС — в честь Александра Николаевича Скрябина. Великий русский композитор был
убеждён в неразрывной связи звука и цвета и даже написал светомузыкальную симфоническую
поэму «Прометей».
Позже, во второй половине 60-х гг., после создания в Москве Эксперимен-
Синтезатор EML Syr-Key.
Один из первых музыкальных синтезаторов.
Он программировался пластиковыми карточками: композитор пробивал в них отверстия.
482
тальной студии электронной музыки (ЭСЭМ), известные композиторы Э.Н. Артемьев, А.Г.
Шнитке и С.А. Губайдулина использовали синтезатор АНС в студийной работе над своими
произведениями. В 1968 г. фирма грамзаписи «Мелодия» совместно с ЭСЭМ выпустила
пластинку «Космос» с записями произведений композиторов-экспериментаторов, на которой
можно услышать и звучание этого уникального инструмента.
Дальнейшее развитие и совершенствование электронно-музыкальных инструментов стало
возможным благодаря изобретению транзистора. Теперь небольшие синтезаторы удобных для
исполнителя размеров могли содержать тысячи радиодеталей. Конструировать их стали из
отдельных блоков, чтобы можно было собирать из стандартных элементов инструменты с
разными характеристиками.
В 1962 г. итальянский инженер Паоло Кетофф создал синтезатор «Синкет», специально
разработанный для «живого» исполнения экспериментальной музыки. Это устройство имело три
небольшие клавиатуры, управлявшие отдельными тонами.
Синтезаторы американцев Дональда Бучлы и Роберта Моута, появившиеся в 1964 г., различались
способами извлечения звука. Инструмент Бучлы вместо подвижных
Звуковой процессор — модульное устройство для обработки звука.
Японский портативный синтезатор «Ямаха» для домашнего
музицирования.
ЧТО ТАКОЕ MIDI
В 1983 г. несколько фирм — изготовителей музыкальных инструментов подписали техническое
соглашение по совместной разработке протокола цифрового интерфейса (системы связей,
предназначенных для обмена информацией между вычислительными устройствами и их
системами, например между блоками ввода данных и памяти). В результате совместных усилий
этих фирм появился «цифровой интерфейс музыкальных инструментов» — MIDI (англ. Musical
Instrument Digital Interface).
Возможности, которые предоставлял MIDI, быстро оценили музыканты и производители
музыкального оборудования, и к середине 80-х гг. XX в. он стал мировым стандартом. При
помощи компьютера по MIDI-интерфейсу передаются команды, которые сообщают
музыкальному инструменту, какая нота, тембром какого инструмента и когда должна быть
сыграна, какие нюансы исполнения необходимо учесть.
Используя персональный компьютер и соответствующее программное обеспечение, можно для
каждого инструмента, включённого в систему, написать свою партию. И тогда возникает единый
оркестр под управлением дирижёра-компьютера.
Цифровой интерфейс.
Звуковой MIDI-модуль — плата, которую устанавливают в персональный компьютер.
483
Многоголосый цифровой синтезатор — профессиональная рабочая станция «Енсонг-ТС».
клавишей имел срабатывающие от прикосновения датчики. Этот синтезатор был популярен у
композиторов-экспериментаторов. Инструменты Моуга оснащались обычной клавиатурой
фортепианного типа, на них можно было легко исполнять традиционные произведения.
В электромузыкальных инструментах, с развитием микроэлектроники и массового производства
интегральных микросхем, всё чаще применяли сначала методы цифрового управления
звучанием, а потом и сам звук стали получать в цифровом виде.
До 1980 г. создавались в основном аналоговые синтезаторы. Электрические колебания в их цепях
аналогичны по форме звуковым волнам акустических инструментов. Цифровые синтезаторы и
музыкальные системы генерируют серии чисел, которые затем преобразуются в электрические
колебания, поступающие в динамики. Первыми цифровыми системами синтеза музыки были
компьютеры общего назначения.
К концу 80-х гг. XX столетия производители музыкального оборудования начали объединять
компьютерную технику, технологию цифровой записи и синтеза звука в одну систему. А
инструменты, изготовленные по такому принципу, стали называться цифровыми музыкальными
рабочими станциями.
«ХУДОЖЕСТВА ОГНЕННЫЕ», ИЛИ ФЕЙЕРВЕРКИ
Классический фейерверк (от нем. Feuer — «огонь» и Werk — «дело», «работа») совсем не похож
на стрельбу залпами разноцветных ракет через равные промежутки времени. Он был
своеобразной светомузыкой прошлого, воистину роскошным зрелищем, праздничным
убранством небес. Сейчас трудно представить себе ту феерическую игру огня, цвета и света,
которой любовались наши предки.
Наиболее ранние упоминания об этом удивительном зрелище относятся к 399 г., когда при дворе
императора Гонория в Милане был устроен фейерверк из горящих масляных плошек и факелов.
Однако порох стал известен в Европе лишь в XIII в., а потому считается, что первый настоящий
фейерверк состоялся в итальянском городе Виченца в 1379 г. На Руси такие «художества
огненный» впервые увидели в городе Устюге во времена царствования отца Петра I — Алексея
Михайловича (1675 г.). Массовое же производство фейерверков в России, как и в Западной
Европе, было налажено только в XVIII в., когда они вошли в моду. Большинство терминов для
обозначения заимствовано из немецкого, голландского и английского языков.
Рецептура чёрного пороха не претерпела изменений на протяжении веков: смесь нитрата калия
(калиевая селитра), древесного угля и серы в отношении соответственно 75:15:10 по массе
служит почти идеальным фейерверочным составом. При нагревании селитра разлагается,
выделяя кислород, а сера и уголь вступают с ним в реакцию — горят, выделяя много тепла.
Различают несколько типов фейерверков. Дневные состоят из ракет, люсткугелей (воздушных
зарядов)с
*Следует различать салют (от фр. salut — «приветствие»), который относится к военной области
и производится холостыми залпами из боевых орудий, и фейерверк — праздничные
декоративные огни для забавы.
484
Фейерверк на Новый, 1754 г. по проекту М.В. Ломоносова. Старинная гравюра.
Изображение фейерверка на титульном листе книги «Новейшее основание и практика
артиллерии Эрнеста Брауна». Гданьск, 1682 г.
начинкой из пороха, образующего при сгорании цветной дым, с бумажными или шёлковыми
парашютами, с разноцветными надувными бумажными фигурами. Вечерне-ночной фейерверк
более красочен. Его устраивают из ракет, огненных фонтанов, фальшфейеров (пиротехнических
ракет, испускающих при горении чрезвычайно яркий свет и образующих цветной дым),
бенгальских огней. Из разноцветных пиротехнических свечей делают лозунги, транспаранты,
портреты и картины. К домашнему фейерверку относятся исключающие возможность возгорания
митральезы с конфетти, бенгальские огни и свечи, бездымные цветные огни, хлопушки,
«рождественские дрова» (в обычное полено встраивают пиротехнические свечи и кладут в
камин; при горении оно разбрасывает снопы искр). К этой же группе принадлежат фейерверки
для садов и театров.
Водяной фейерверк («венецианский праздник») — наиболее эффектный и зрелищный —
проводят ночью на озере или пруду, чтобы чёрная гладь воды удваивала блеск каждой
выпущенной ракеты. Огненные фигуры устанавливают на поплавках, плотах, лодках, а иногда
даже на модели колёсного судна — фейерверочном пароходе. Из его трубы бьёт сноп
ослепительных искр, колёса бешено вращаются, рассыпая веера огненных звёзд и брызг,
оглушительно палят пушки. Когда-то русские пиротехники разыгрывали целые морские битвы
между флотами. Корабли проигравшей стороны в финале сражения эффектно разлетались на
куски, изображая взрыв пороховых погребов.
В зависимости от конструкции классический фейерверк делится на три класса фигур: низовые,
верховые и средние. Низовые, или наземные, фигуры состоят из огненных водопадов, фонтанов,
мозаик, эмблем, лозунгов. Установив пиротехнические свечи на каркасе, можно сделать контуры
самых разных картин — «марсов
Фейерверочный пароход.
485
Устройство фугаса-утки.
Водяной фугас в виде утки.
Современная салютная (фейерверочная) установка, смонтированная в кузове грузового
автомобиля.
Салют в Москве.
огонь», «итальянскую розу», «огненный дождь», «солнце славы», «каприз», «мальтийский
крест», «фантастические машины» и др. Фейерверк сопровождается и звуковым оформлением:
имитируются пушечные выстрелы, раздаётся шипение, оглушительный свист и могучий рёв.
Патроны и кометы выбрасывают в воздух разноцветные мерцающие искры и звёзды,
образующие сияющий огненный шлейф. В водяных фейерверках кроме наземных фигур
используют и некоторые специфические — дукер (водяной фонтан), волчки, фугасы, бегуны
(ракеты на поплавке, которые бегут по поверхности воды, оставляя за собой огненный хвост) и
шнурфейеры (яркий огонь, перемещающийся по шнуру).
Верховые фигуры выстреливаются из мортир на высоту до 500 м. Это могут быть горящие
звёздочки, флаги, транспаранты, шве'рмеры (фейерверочные ракеты, оставляющие
зигзагообразный след), пчёлки, кометы, огненные горшки и римские свечи.
К средним (взлетающим) фигурам относится в первую очередь фейерверочная ракета. Её по
праву считают лучшим украшением любого фейерверка, его душой. Из ракет составляют
множество разных комбинаций — «Меркуриев жезл», «павлиний хвост», «жаворонок», «золотой
дождь» и др.
5 августа 1943 г. в честь освобождения от фашистов Орла и Белгорода в СССР был произведён
первый военный салют из зенитных орудий, а огни запускали солдаты салютной команды
залпами из обычных ракетниц. В 1974 г. сформировали отдельную салютную батарею. У неё «на
вооружении» состоят многоствольные пусковые устройства — мортиры в виде коротких
вертикальных труб, собранных в пакет и установленных в кузове грузовика. В стволы
закладывают салютные шары величиной с небольшой арбуз. При выстреле шар взлетает на
высоту до 350 м, взрывается и разбрасывает в воздухе ярко горящие разноцветные огоньки.
Фейерверки порой устраивают даже с борта самолёта, оставляя в ночном небе огненные надписи
и картины. А днём тот же самолёт может их нарисовать разноцветными пиротехническими
дымами. В 80-х гг. в СССР изобрели аэрофейерверк: к свободно летящему воздушному шару
подвешивают набор пиротехнических устройств с бикфордовым шнуром, который перед стартом
зажигают. На вы-
486
КАК УСТРОЕН ФЕЙЕРВЕРК
В состав всех снарядов для фейерверка входят чёрный порох для выстреливания из пусковой
трубы и поджигающий его огнепроводный шнур. Взрыватель замедленного действия поджигает
разрывной заряд высоко над землёй.
В высотном снаряде европейского типа (А) разрывной заряд поджигает зёрна состава, горящего
цветным пламенем. При взрыве в небе возникает шар из разноцветных звёзд.
В высотном заряде восточного (хризантемного) типа (Б) зёрна фейерверочного состава
располагаются вокруг заряда. При взрыве они разлетаются, образуя шар из цветных лепестков.
Снаряды многократного разрыва (В) имеют несколько секций; каждая заполнена своим горючим
составом, и все они соединены взрывателями замедленного действия. При их последовательном
разрыве в небе появляются разноцветные шары из звёзд.
К1НМ Vp>«UM« ДАВ фгНгрВГрАОВ.
I —— юры&этедь ымелАенного aiMitbmm л
3 ““ рй WWW МОЙ МОЙЛ.' 4 M6T«|TV\4bMWR ’
Макет нового вида фейерверка.
Разработан Федеральным наунно-производственным центром
«НИИ прикладной химии». Россия.
соте устройство взрывается, образуя эффектный огненный водопад.
Конструкция классической фейерверочной ракеты очень проста и за прошедшие столетия
практически не изменилась: бумажная (или картонная) трубка корпуса, начинённая
соответствующим пороховым составом, и длинная тонкая рейка-хвост, привязанная к корпусу.
Единственным новшеством стал пластмассовый корпус вместо картонного.
Ещё недавно создание и составление фейерверков было скорее ремеслом, нежели наукой. Лишь в
последние десятилетия исследователи начали
раскрывать физические процессы, лежащие в основе специальных эффектов. В результате
появилась новая научная дисциплина — пиротехника, или «наука о горении». Пиротехника
занимается созданием не только фейерверков, но и многого другого — безопасных материалов
для имитации взрывов при киносъёмках, сигнальных и твердотопливных баллистических ракет,
даже обыкновенных спичек
Долгие годы теоретический фундамент фейерверков отсутствовал, поэтому цвета для них
подбирали методом проб и ошибок. Затем фейерверками стали заниматься учёные. По
поручению императрицы Елизаветы Петровны пиротехнические составы исследовал М.В.
Ломоносов, устройством фейерверков и иллюминаций занимался И. П. Кулибин. В конце XX
столетия новые материалы для них создают специальные лаборатории и предприятия
химической промышленности. Активно работают Международное пиротехническое общество и
Международный союз пиротехников.
487
ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
ЧЕМ ВОЮЕТ ПЕХОТА
СТРЕЛКОВОЕ ОРУЖИЕ
Самое массовое вооружение армий всех стран — стрелковое (т. е. ручное) оружие. При боевых
действиях в городах, лесу, в горной местности возможности тяжёлых видов оружия, например
артиллерии, ограничены. А «лёгкое» вооружение рассчитано на применение в любой
обстановке. Всё многообразие стрелкового оружия можно свести к нескольким основным
группам.
Пистолеты и револьверы применяют для нападения и защиты на коротких расстояниях — до
50 м. Малая масса и небольшие размеры позволяют постоянно носить их при себе и быстро
открывать огонь из различных положений. Стрельба ведётся преимущественно с одной руки.
От револьверов большинство армий уже отказалось, и сейчас это оружие используется в
основном в качестве полицейского и гражданского. Самозарядные пистолеты продолжают
нести «военную службу».
Наиболее распространены боевые пистолеты калибра 7,62—9 мм с ёмкостью магазина 8—17
патронов; встречаются и крупнокалиберные (11,43—12,7 мм). Для самообороны и решения
специальных задач исполь-
488
зуют также «карманные» пистолеты калибра 5,6—9 мм.
Пистолеты-пулемёты — автоматическое оружие, снаряжаемое пистолетными патронами.
Темп стрельбы — 45—100 выстр/мин, что даёт высокую плотность огня на расстоянии до 150
м. Пистолеты-пулемёты имеют сравнительно небольшие размеры и массу, удобны в
обращении. Однако из-за маломощных патронов дальность прицельной стрельбы из них
составляет 200—250 м. В большинстве армий это оружие почти вытеснили автоматы
(штурмовые винтовки), но в некоторых странах пистолетами-пулемётами вооружены танкисты,
связисты, десантники. Стрельбу ведут обычно очередями, с рук или прижимая приклад к плечу.
После Второй мировой войны появились малые пистолеты-пулемёты — тип оружия,
промежуточный между пистолетом и пистолетом-пулемётом. Их используют, например,
связисты, сапёры, строители, а также бойцы подразделений войск специального назначения.
Автомат занимает промежуточное положение между винтовкой и ручным пулемётом. Во
время Второй мировой войны стало ясно, что армиям необходимо лёгкое оружие, из которого
можно было бы поражать очередями цели на расстоянии 400—500 м, а одиночным огнём — до
800 м. Для этого не годились ни слабый пистолетный, ни значительно более мощный, но
тяжёлый винтовочный патрон. Только после появления промежуточных по мощности патронов
разработали новое оружие. В СССР и некоторых других странах его назвали автоматом, а в
Западной Европе и США — штурмовой винтовкой. При массе 3,5—4,5 кг оружие имеет
сравнительно небольшую длину (800— 1100 мм), боевую скорострельность 100—150
выстр/мин; оно надёжно, удобно для действий в различных условиях. Пули современных
автоматов пробивают стальные каски на расстоянии до 800 м. В рукопашном бою применяют
отъёмный штык-нож. Из-за универсальности автоматы (штурмовые винтовки) используют во
всех родах войск. Есть образцы с сошками: они служат лёгкими ручными пулемётами.
«Укороченные» автоматы по своим боевым возможностям аналогичны пистолетам-пулемётам
и особенно удобны для действий на ограниченном пространстве. Ими вооружают и солдат
небоевых подразделений.
489
В некоторых армиях наряду с автоматами пользуются самозарядными карабинами под тот же
патрон.
Винтовки под мощный винтовочный патрон служат в основном в качестве снайперского
оружия. Оптические прицелы и специальные патроны значительно повышают меткость
стрельбы. Из снайперских винтовок можно попадать в малоразмерные цели на расстоянии до
600 м, а в крупные — до 800 м.
Существуют и дальнобойные снайперские крупнокалиберные (12,7— 15 мм) винтовки,
которые поражают технику на расстоянии 1500—2000 м.
Растёт интерес к боевому гладкоствольному оружию — так называемым боевым дробовикам
охотничьих калибров. Из них можно вести огонь оперёнными пулями, дробью,
дымовыми, газовыми и даже осколочными патронами. По результату выстрела заряд картечи
на малых расстояниях сравним с очередью из пистолета-пулемёта. Но эффективная дальность
стрельбы из боевых дробовиков пока не превышает 150 м. Ручные пулемёты действуют на
расстоянии, на котором огонь автоматов малоэффективен, — до 800 м. Ствол у них
утяжелённый, есть магазин большой ёмкости или патронные ленты. При стрельбе пулемёт
опирается на сошку. Это обеспечивает хорошую меткость стрельбы, а скорострельность
достигает 150 выстр/мин очередями. Масса и размеры ручных пулемётов обычно близки к
винтовочным, а потому пулемётчики действуют в составе стрелковых (мотострелковых)
отделений.
ОРУЖИЕ, ПОКОРИВШЕЕ МИР
В 1997 г. весь мир отмечал необычный юбилей — 50-летие автомата Калашникова. Автоматы
этой системы состоят на вооружении в армиях 55 государств, выпускаются промышленностью
12 стран. Три страны — Финляндия, Израиль и Индия на основе системы Калашникова
разработали собственные образцы оружия. Число же партизанских формирований,
использующих автомат Калашникова в разных уголках земного шара, не поддаётся учёту.
Такой популярности
не знала ни одна модель стрелкового оружия, за исключением, пожалуй, магазинной винтовки
Маузера.
Михаил Тимофеевич Калашников родился в 1919 г. в селе Курья (ныне Алтайский край). В
1938 г. его призвали в Красную армию, где он стал механиком-водителем танка. На службе
впервые проявились способности будущего конструктора: в 1940 г. он создал прибор учёта
моторесурсов танка. Осенью следующего, 1941 г. Калашников, направленный после тяжёлого
ранения на лечение в тыл, разработал
проект пистолета-пулемёта. Изобретателя откомандировали на научно-испытательный полигон
стрелкового и миномётного оружия. Так началась его профессиональная конструкторская
деятельность.
В общении с ведущими оружейниками познавал Калашников премудрости разработки
стрелкового оружия. В 1946 г. предложенный им образец успешно выдержал испытания и
получил более высокую оценку, чем конструкции опытных инженеров В. А. Дегтярёва, С. Г.
Симонова, Н. В. Рукавишникова,
Изготовление автомата Калашникова.
*Карабин (фр. carabine) — укороченное и облегчённое ружьё или винтовка. Впервые
разработан в XV в.
**Картечь (палъск. kartecza) — здесь крупная дробь (металлические шарики) диаметром свыше
5 мм.
490
С ВЛ. CCCF/Россмя.
Снайперская I амлырялмаы винтовка
системы Е. Ф. Лра<унова
Оптический прицел — ОСО-1.
Прислал — рамочного типа
Имеетеw модификация СВД-С —
со складным прикладом Состоит на
вооружении России, странах СНГ,
Польше и других странах
Патрон — 7.62»5Э: масса — J.7 кт;
длина - 1225 мм. прицельная
дальность стрельбы ~ 1100 м,
мдгачин —- сменный на 10 пацмкнлд.
М500 «Моосберг> АТРЪ США.
Этот боевой дробовик имеет так наэываемуят
помповую схему —- с подствольным труСхзтым
маг а тимом, перезаряжается движением цевья.
Состоит на виорулеттии морской пехоты и сил
<пеималытын операции США
Патрон — 12-70 масса — 2,95 кг; длина -
958 мм; придельная дальность стрельбы —
ы 75 м магазин — imml пи».м>имй тру(нлый
на 6 njrpo»<ne
К.А. Барышева и др. Автомат приняли на вооружение в Советской армии под названием АК-47
(7,62-мм автомат Калашникова образца 1947 г.), или просто АК.
Михаил Тимофеевич удачно соединил в своём проекте имевшиеся решения с собственными.
Окончательная конструкция автомата складывалась постепенно. Изобретателю помогали
специалисты полигона, оружейных заводов. Изменения вносились в ходе полигонных и
войсковых испытаний. Уже в процессе производства стали иными форма и крепление
отдельных узлов, технология производства и материалы, из которых изготавливались
отдельные детали. В 1959 г. автомат был модернизирован.
В начале 70-х гг. завершилась разработка 5,45-миллиметрового патрона; под него была создана
новая модификация автомата — АК-74. Все деревянные части заменили пластмассовыми.
Параллельно выпускался АКС-74 со складным металлическим прикладом треугольной формы.
Чуть позже был сконструирован укороченный АКС-74У.
На автоматы системы Калашникова может крепиться подствольный 40-миллиметровый
гранатомёт ГП-25 или ГП-30. Кроме того, они приспособлены для установки ночных или
оптических
прицелов и прибора для беззвучной и беспламенной стрельбы.
В начале 90-х гг. появилась новая модификация автомата — АК-74М. Позже на её основе была
разработана так называемая сотая серия автоматов — АК-101, -102, -103, -105, -106 —
различных калибров. Модели охотничьих самозарядных карабинов «Сайга» и карабинов
«Вепрь» созданы соответственно на основе АКМ и ручного пулемёта Калашникова.
Отличную репутацию АК снискал благодаря своей надёжности, возможности стрелять
практически в любых условиях, даже если автомат засорён песком или в него попала вода.
Сейчас в мире появилось оружие более лёгкое, меткое, удобное по сравнению с автоматом АК
— и всё же не столь надёжное. Не отличается оно и тем уникальным сочетанием высоких
боевых качеств, простоты освоения и обслуживания, экономичной технологии производства,
которое характерно для автомата Калашникова. Недаром военные говорят, что АК — это
оружие, «созданное солдатом для солдат».
491
Станковые пулемёты — мощный вид стрелкового оружия. Стреляют из них винтовочными
патронами и поражают цели на открытом пространстве или за лёгкими укрытиями на
расстоянии до 1100 м. Отдача и сотрясение оружия при стрельбе передаются не стрелку, а
установке. В результате пулемётом легче управлять. Устойчивость, массивный сменный ствол
и значительная ёмкость патронной ленты позволяют вести прицельный огонь длинными
очередями.
Боевая скорострельность — 250— 300, а длинными очередями — до 500 выстр/мин. Благодаря
станку можно быстро и точно переносить огонь с одной цели на другую, а также вести
стрельбу по воздушным целям, что особенно важно при обороне. Масса пулемёта на треноге
составляет 10—20 кг, а некоторых пулемётов на колёсном станке — около 40 кг. Обслуживают
станковый пулемёт, как правило, два бойца. На смену позиции уходит довольно много
времени, поэтому более перспективными оказались так называемые единые пулемёты. Они
обладают огневыми преимуществами станковых, но значительно легче и манёвреннее: на
расстояние 60—800 м из них можно стрелять и без станка, с сошки; в этом случае масса
пулемёта не превышает 9 кг. Единые пулемёты уже получили широкое распространение, в
некоторых армиях их используют вместо ручных. На основе станковых и единых создано
большинство танковых пулемётов.
Из крупнокалиберных пулемётов ведут стрельбу бронебойными, бронебойно-зажигательными и
другими пулями калибра 12,7—15 мм. Наземные цели с толщиной брони 15—20 мм
492
они поражают на расстоянии до 800 м, а огневые средства, живую силу и воздушные цели — до
1500— 2000 м. Боевая скорострельность составляет 80—100 выстр/мин очередями. С
универсальным станком масса крупнокалиберных пулемётов достигает 140—160 кг, с лёгким
наземным — 40—55 кг. Зенитные крупнокалиберные пулемёты широко применяются для
ближней противовоздушной обороны; их устанавливают на танки, бронетранспортёры, боевые
машины пехоты. Это самый мощный, но наименее подвижный вид стрелкового оружия. Уже не
первый год делаются попытки заменить их на лёгкие станковые автоматические пушки калибра
20—30 мм.
ГРАНАТЫ И ГРАНАТОМЁТЫ
Пехота широко использует ручные и винтовочные гранаты. Дальность броска ручной гранаты
может достигать 20—35 м. В бою на пересечённой местности, в городах и посёлках роль этой
«карманной артиллерии» очень велика. Различают гранаты противопехотные (осколочные),
противотанковые (кумулятивные и кумулятивно-осколочные); осветительные, сигнальные,
шумовые, газовые.
Осколочные гранаты в зависимости от дальности действия осколков подразделяют на
оборонительные (до 200 м) и наступательные (20— 50 м). Используются и оборонительно-
наступательные гранаты со съёмной осколочной рубашкой.
Ручные противотанковые гранаты теперь почти вышли из употребления. Винтовочные гранаты
обычно представляют собой оперённый снаряд. Им выстреливают из дульного устройства
автомата или винтовки с помощью холостого либо боевого патрона.
Винтовочные гранаты имеют самое разное назначение и поэтому бывают осколочными,
кумулятивно-осколочными, дымовыми, осветительными. Дальность стрельбы достигает 300—
500 м. Некоторые виды гранат снабжены собственным реактивным двигателем.
В 60-х гг. XX в. для прицельной стрельбы осколочными гранатами
Румнм rpjMjrj РГО 9 р4»рсн'
*3енитное (от араб, «земт» — «путь», «направление») оружие — наземное оружие,
предназначенное для поражения воздушных целей.
* * Кумулятивные (от лат. cumulo — «собираю», «накапливаю») боеприпасы при взрыве
выбрасывают струю раскалённых газов, сконцентрированную в одном направлении.
* ** Сама граната поражает только ударной волной. Для образования осколков на неё
дополнительно надевают так называемую съёмную осколочную рубашку.
493
стали применять 40-миллиметровые нарезные ручные гранатомёты. Из них можно поражать
цели на расстоянии от 30 до 400 м, что перекрывает промежуток между максимальной
дальностью броска ручной гранаты и минимальной дальностью стрельбы батальонного
миномёта.
Спустя десятилетие появились подствольные гранатомёты, крепящиеся на автомат. Дальность
стрельбы из них достигает 400 м при большей, чем у винтовочных гранат, кучности. Таким
образом, в распоряжении бойца всегда имеется готовая к немедленному выстрелу граната.
Наряду с осколочными стреляют из этого оружия кумулятивно-осколочными, фугасными,
дымовыми и газовыми гранатами.
Автоматические станковые гранатомёты калибра 30—40 мм могут вести непрерывный
навесной огонь осколочными, дымовыми или осветительными гранатами на расстоянии 100—
1500 м. Особенно эффективны автоматические гранатомёты в бою на закрытой местности.
Отчасти это оружие способно заменить лёгкие 50—60-миллиметровые миномёты.
Используется оно и как вооружение боевых машин.
ПРОТИВОТАНКОВЫЕ И ЗЕНИТНЫЕ СРЕДСТВА
Особую группу вооружения составляют носимые противотанковые средства. В первую очередь
— ручные противотанковые гранатомёты (РПГ) и переносные противотанковые ракетные
комплексы (ПТРК).
Предшественником ручного гранатомёта был фаустпатрон (от нем. Faust — «кулак» и Patron
— «патрон»). Этот гранатомёт одноразового действия применяла немецкая армия во время
Второй мировой войны. Современный гранатомёт обычно состоит из пусковой трубы с
прицелом и механизмом воспламенения, метатель-
Ручные гранаты времён Второй мировой войны.
КАКОЕ ЕЩЁ БЫВАЕТ ОРУЖИЕ?
В зависимости от того, сколько людей обслуживают оружие, оно бывает индивидуальное и
групповое. Индивидуальное оружие — пистолет, автомат и т. д., а групповое — это, например,
пулемёт и автоматический гранатомёт. По способу удержания во время стрельбы оружие может
быть ручным или станковым.
По конструкции ствола различают оружие нарезное и гладкоствольное. В канале ствола
нарезного оружия есть винтовые канавки — нарезы. Они придают пуле вращение, повышая её
устойчивость в полёте. Такое оружие имеет значительно большую меткость и прицельную
дальность. Гладкоствольными бывают боевые, охотничьи и спортивные ружья, сигнальные
пистолеты, миномёты, танковые пушки. Как считают некоторые специалисты, малокалиберные
стреловидные пули позволят в скором времени отказаться от нарезов и в канале ствола боевого
оружия.
По способу заряжания оружие делится на казнозарядное и дулънозарядное. К первому виду
относятся пистолеты, револьверы, винтовки и т. д., а ко второму — миномёты и некоторые
гранатомёты. По количеству стволов выделяют оружие одноствольное, двуствольное и
многоствольное. Последние два вида представлены спаренными и счетверёнными
пулемётными (как правило, зенитными) установками.
*При навесном огне ствол оружия по отношению к горизонту поднят под углом более 45°.
**3акрытая местность — местность с ограниченной видимостью.
494
ного (вышибного) заряда и гранаты с кумулятивной боевой частью.
По устройству РПГ бывают реактивные и безоткатные. У первых граната имеет реактивный
двигатель, включающийся после её вылета из пусковой трубы. Во вторых метательный заряд
сгорает внутри трубы, а у гранаты своего двигателя нет. В обоих случаях часть пороховых
газов метательного заряда отводится из трубы назад, компенсируя отдачу. Это позволяет
намного облегчить оружие, однако требует зоны безопасности до 15 м позади стреляющего (в
ряде современных систем этот недостаток устранён).
Различают также РПГ лёгкие (2— 15 кг) и тяжёлые (более 16 кг), многоразового и
одноразового использования. Для уменьшения длины в походном положении некоторые
ручные гранатомёты снабжены раздвижными трубами. Для расширения боевых возможностей
РПГ разработаны гранаты фугасного действия, поражающие противника на открытой
местности и в укрытиях.
ПТРК относятся к высокоточному оружию. Они состоят из пусковой установки, аппаратуры
прицеливания и наведения, противотанковой управляемой ракеты (ПТУР); вероятность
поражения цели составляет 60—95%. Различают комплексы малой (до 600 м), средней (до 2500
м) и большой (до 5000—7000 м) дальности. Кроме переносных (масса 20—55 кг) имеются
также комплексы стационарные, самоходные (на бронемашинах или автомобилях) и
авиационные; с ручным, полуавтоматическим и автоматическим наведением.
В переносных ПТРК ракету пускают со станка, с сошки или с плеча. При ручном наведении
противотанкового комплекса оператор постоянно держит в поле зрения и цель, и ракету,
совмещая их с помощью рукоятки управления. При полуавтоматическом наведении он
удерживает только цель, а отслеживает ракету и управляет установкой автоматическая
аппаратура. При автоматическом наведении оператор наводит ракету и производит выстрел, а
всё остальное
ГРАНАТОМЁТ «МУХА»
В 1969 г. тульские конструкторы А.К. Чистяков и В.А. Чулицкий разработали одноразовый
противотанковый гранатомёт 6Г12 «Муха». Ещё на заводе в его корпус укладывают
кумулятивную противотанковую гранату. Перед выстрелом снимают крышки с корпуса,
раздвигают его (чтобы заряд сгорел полностью и граната получила высокую начальную
скорость), наводят на цель и нажимают на спуск.
Калибр гранатомёта — 64 мм; масса — 1,3 кг; длина — 690 мм; прицельная дальность
стрельбы — 200 м; пробиваемость брони — до 200 мм.
Гранатомёт «Муха».
Вверху — в походном положении; внизу — гранатомёт перед выстрелом, задняя часть
корпуса выдвинута.
ГРАНАТОМЁТ «ТАВОЛГА»
В 1987—1989 гг. тульский конструктор В. А. Чулицкий разработал одноразовый
противотанковый гранатомёт 6Г22 «Таволга». Он оснащён кумулятивной гранатой калибра 105
мм, которая на расстоянии до 200 м пробивает броню толщиной до 800 мм, т. е. поражает
любые современные танки, самоходные орудия и другую бронированную технику. Масса
гранатомёта — 7,5 кг. Снаряжается «Таволга» на заводе-изготовителе и перезарядке не
подлежит — после выстрела её корпус выбрасывают.
Одноразовый ручной противотанковый гранатомёт «Таволга».
495
делает автоматика. Это позволяет быстро перенести огонь, произвести следующий выстрел,
сменить позицию, а также повышает эффективность и живучесть ПТРК
Команды на ракету передают по проводам, радиоканалу, лучу лазера. Комплексы с
управлением по лучу лазера не имеют ограничений по дальности стрельбы; вероятность
поражения цели очень высока; они могут применяться для стрельбы по воздушным объектам.
Поскольку многие танки оборудованы противокумулятивной системой динамической защиты,
противотанковые управляемые ракеты, как и гранаты к РПГ, оснащаются двумя
последовательными кумулятивными зарядами.
Для поражения целей в воздухе используются переносные зенитные ракетные комплексы
(ПЗРК) массой 8—80 кг. Пуск зенитной управляемой ракеты (ЗУР) производится с плеча или со
станка. На большинстве зенитных ракет стоит инфракрасная головка самонаведения,
ориентирующая ракету на самолёт или вертолёт по тепловому излучению двигателя;
используется и наведение по лучу лазера или радиоканалу. Воздушную цель поражает обычно
осколочная боевая часть ракеты. Чтобы предотвратить попадание в собственные самолёты или
вертолёты, комплексы оснащаются системами распознавания «свой-чужой».
КАКИМ ДОЛЖНО БЫТЬ ОРУЖИЕ
Надёжность, живучесть, простота в применении и обслуживании, экономичность — вот
основные требования, которые предъявляются к оружию любого вида. Особенно важна
надёжность: солдат должен быть уверен, что оружие не подведёт в любых условиях, не станет
источником опасности.
Большое значение имеет экономичность: оружие выпускают десятками и сотнями тысяч штук.
Многие его детали изготовляют из лёгких сплавов и пластмасс. Это удешевляет производство,
а само оружие становится легче.
*Под живучестью оружия понимают его способность сохранять боевые качества при
длительной эксплуатации, а также простоту ремонта.
496
Как правило, инженеры создают целое семейство различных видов оружия одного типа.
Например, в нашей стране на основе автомата Калашникова разработано более десяти моделей
автоматов калибра 7,62 и 5,45 мм, два укороченных автомата, восемь моделей ручных
пулемётов. И во всех используются одинаковые детали.
Разработкой и доводкой оружия занимаются конструкторы, технологи, наладчики, испытатели
под руководством главного конструктора. В производстве оружия требуется высокая точность
в изготовлении деталей и сборке узлов; поэтому не случайно оружейное дело относят к
точному машиностроению. Конструкторы проектируют разные образцы оружия таким образом,
чтобы они дополняли друг друга, создавая одну общую систему.
497
СТРЕЛКОВОЕ ОРУЖИЕ. ВЗГЛЯД ИЗНУТРИ
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
В огнестрельном оружии любого вида есть устройства, которые запирают канал ствола,
извлекают стреляную гильзу, подают патрон; единый ударно-спусковой механизм; прицельные
приспособления. Все эти устройства в разных типах оружия имеют разную конструкцию.
Главная часть запирающего механизма — затвор. В лёгком оружии, например в пистолетах,
применяют свободный затвор: он не сцеплен со стволом и удерживается у его казённой
(задней) части только пружиной. Такой затвор начинает отходить назад в момент выстрела. В
карабинах, автоматах и пулемётах затвор сцеплен со ствольной коробкой или со стволом и
открывается только при вылете пули из канала ствола.
В стрелковом оружии есть устройства для размещения патронов — магазины или барабаны. По
форме различают коробчатые, дисковые и трубчатые магазины. Патроны из них подаются к
патроннику пружиной. Коробчатые (патроны распола-
КАЛИБРЫ
Одна из основных величин, определяющих мощь оружия, — калибр (фр. calibre). Это диаметр
канала ствола; его измеряют или по полям нарезов, или по диаметру пули. В большинстве
стран калибр обозначают в миллиметрах; в США, Великобритании, Канаде — в долях дюйма
(25,4 мм), причём в США принято обозначение в сотых, а в Великобритании — в тысячных
долях. Величина «дюймового» калибра записывается в виде двух- или трёхзначного числа
после точки. Калибры не точно соответствуют арифметическому пересчёту в миллиметры —
имеется определённый «допуск».
Соотношение обозначений калибров
Россия, мм США. дюймов Великобритания, дюймов
5,6 22 .220
6,35 .25 .250
7,62; 7,63 .30 .300
9,0 .35 .350
9,0; 9,3 .38 .380
10,0 .40; .41 .410
11,43 .45 .450
12,7 .50 ,5(Х)
Различие способов измерения приводит к тому, что у одного патрона могут быть... разные
калибры. Так, если мерить по полям нарезов ствола, патрон пистолета Макарова (ПМ) имеет
калибр 9 мм, а если по диаметру пули — 9,2 мм (диаметр пули примерно равен диаметру
канала ствола по дну нарезов).
Калибр гладкоствольного оружия (т. е. диаметр ствола) принято обозначать не в миллиметрах,
а числом круглых пуль соответствующего диаметра, которые
можно отлить из 1 английского фунта свинца (456,3 г). Таким образом, 32-му калибру
соответствует диаметр канала ствола 12,9 мм (с некоторым допуском), 28-му — 14,0 мм, 24-му
— 14,7 мм, 20-му — 1 5,9 мм, 16-му — 17,0 мм, 12-му — 18,4 мм, 10-му — 19,7 мм, 4-му —
26,5 мм. Чем меньше номер, тем крупнее калибр.
гаются в один или несколько рядов) компактны и удобны при переноске, но вмещают всего
20—30, редко 60 патронов. В дисковые входит до 75—100 патронов, однако они более
громоздки, тяжелы и потому подходят только для ручных пулемётов. В трубчатых магазинах
патроны расположены один за другим вдоль ствола. Шнековый магазин, в отличие от первых
трёх, подаёт патроны не пружиной, а винтовым транспортёром — шнеком. Подобная схема
довольно сложна, но позволяет совместить компактность с большой ёмкостью.
В револьверах, некоторых типах гранатомётов и дробовиков применяют вращающийся
барабан. Он имеет несколько камор, служащих одновременно и ёмкостью для размещения
патронов, и патронником. Барабан поворачивается приводом от спускового крючка, деталей
автоматики или пружины.
Гибкие металлические патронные ленты используют для пулемётов и автоматических
гранатомётов. Такие ленты компактны и обеспечивают длительную непрерывную стрельбу.
Ударно-спусковой механизм позволяет вести огонь одиночными выстрелами, непрерывными
или фиксированными очередями по три-четыре патрона; предусмотрен предохранитель,
который включается автоматически или вручную. Режим огня устанавливается рычагом-
переводчиком.
ЧТО ТАКОЕ ВЫСТРЕЛ
Огнестрельное оружие — будь то пистолет или пушка — предназначено для того, чтобы
метнуть на требуемое расстояние и с заданной точностью снаряд — ядро, пулю, заряд дроби,
гранату. Снаряд «толкают» пороховые газы, выделяющиеся во время выстрела. Разберём, как
протекает этот сложный физико-химический процесс, на примере стрелкового оружия.
Перед выстрелом патрон находится в патроннике. Боёк ударяет по капсюлю, и смесь,
наполняющая его, взрывается. Струя огня из капсюля
воспламеняет пороховой заряд. При горении интенсивно выделяются газы, давление сзади
снаряда повышается, и он начинает двигаться вперёд по каналу ствола. Порох продолжает
гореть, давление нарастает и достигает некоторой максимальной точки. С увеличением
скорости снаряда увеличивается объём пространства за ним, поэтому давление постепенно
падает. Однако к моменту, когда пороховой заряд сгорит полностью, оно ещё достаточно
велико, и расширяющиеся газы продолжают разгонять снаряд. Перед самым его вылетом из
канала ствола давление и температура газов по-прежнему намного превосходят атмосферные.
Это, кстати, является причиной выброса пламени из дула и резкого громкого звука выстрела.
Вылетевший снаряд получает ещё некоторое приращение скорости за счёт «последействия
газов». Скорость, которую он приобретает у дульного среза ствола, называется начальной.
Выстрел протекает в очень малый промежуток времени. Для винтовки он составляет около
0,002 с. При этом максимальное давление в канале ствола достигает 2800—2850 кгс/см2, а
среднее — 1230 кгс/см2. Если рассматривать огнестрельное оружие как тепловую машину, её
коэффициент полезного действия составит 25—35%, что сравнимо с современными
двигателями внутреннего сгорания.
Давление в газе распространяется по всем направлениям. Оно распирает гильзу, одновременно
прижимая её к стенкам патронника и выталкивая из него, и передаётся затвору, вызывая
отдачу, — стрелок обычно чувствует толчок. Выходящие из канала ствола газы оказывают
некоторое давление на дульный срез. Чтобы уменьшить силу отдачи, на ствол оружия ставят
дульные тормоза. Они отбрасывают назад часть пороховых газов, компенсируя давление на
затвор.
КАК РАБОТАЕТ АВТОМАТИКА
Чтобы перезарядить, допустим, винтовку, нужно сначала открыть канал ствола, извлечь
стреляную гильзу из
499
ПАТРОНЫ
Боеприпасы стрелкового оружия называются патронами (фр. patron). Они бывают боевыми (с
обыкновенными и специальными пулями) и вспомогательными. К последним относят
спортивно-тренировочные и спортивные, холостые, учебные, проверочные. По мощности и
баллистическим данным (начальная скорость, дульная энергия пули, траектория её полёта)
патроны делятся на пистолетные и револьверные, промежуточные (автоматные), винтовочно-
пулемётные, крупнокалиберные, к гладкоствольному оружию.
Боевой патрон состоит из четырёх элементов: снаряда (пули), заряда бездымного пороха,
капсюля и гильзы. Гильза (от нем. Hulse — «оболочка») — «объединяющий элемент»; она
предохраняет от внешнего воздействия пулю и заряд, предотвращает прорыв пороховых газов
через патронник. Для нарезного оружия делают металлические гильзы, для гладкоствольных
ружей — чаше пластмассовые или комбинированные.
Пуля — главный элемент патрона. Её конструкция, форма и масса зависят от тех задач, которые
она должна выполнить. Так, в пистолетных и револьверных патронах используют в основном
пули с закруглённой или притуплённой головной частью; они наносят сильный удар, но быстро
теряют скорость в полёте. В патронах, предназначенных для более мощного оружия,
применяют остроконечные удлинённые пули, более выгодные с точки зрения аэродинамики.
Пули малокалиберных автоматов и штурмовых винтовок летят с высокой скоростью по очень
пологой траектории и точно попадают в цель на расстоянии 400—500 м.
А. Малокалиберный патрон. Б. Пистолетный патрон
8. Автоматный патрон. Г. Охотничий патрон с < (мтавмои
г мая юн
I - свинцовая пум». 2 - чатумная сКюлочьа; J — латунная
гилыа; 4 — пмрох Ч - яалсюль 6 — « tj чьими сердечник
7 — стальная гилям; д — свинцовая дробь 9 — пыл.
10 — «картонная гильза; 11 — латунное дно.
Пацм»4Ы к i гргинмюмч opvлню
I Ч-льи пистолетный ПМ 19*18 flMr 2. 9-мм пистолетный
• napafч*л.луы» <9*19 Пар). 3. 7,Ь2-мм промежуточным
(автоматный) обратна 1941 г. (7,62*19). 4. 5,4 5 мм
1 автоматный обратна 1974 г. (5.45а 19). 5. 5,56-ым НАТО
(5,5b-45 НАТО). 6. 7.62-ым стандартный НАТО
I (7,62*51 НАТО). 7, 7,62-ым винтовочный обратна 1906—
1910гг. (7,62*531,8. 12.7-мм «браунинг* (12,7*99).
9. 12,7.4AM ЛШК И 2.7*106).
В патроне одного типа можно использовать разные пули. Например, отечественный
автоматный патрон 7,62«39 снаряжается боевыми пулями шести видов: обыкновенной со
стальным сердечником, бронебойной, трассирующей, бронебойно-зажигательной,
зажигательной, с уменьшенной скоростью. Конструкторы работают над созданием
многопульных патронов и безгильзовых боеприпасов: они позволят намного упростить
конструкцию оружия. Однако пока появились только опытные образцы.
Порох в гильзе поджигается составом, мгновенно воспламеняющимся от резкого удара. В
патронах центрального воспламенения взрывчатая смесь находится в капсюле (фр. capsule, от
лат. capsula — «коробочка»), который вставляется в отверстие, расположенное в дне гильзы. В
малокалиберных спортивных патронах применяют гильзы кольцевого воспламенения: ударный
состав наносится на их донышко.
Главные характеристики патрона — калибр и длина гильзы. Согласно международной системе,
их нужно записывать следующим образом: 5,45» 18; 5,56x45; 7,62x53. К числовому
обозначению часто добавляют названия типов оружия или их аббревиатуры: 9x19
«парабеллум», или 9х 19 Пар; 9х 18 ПМ; 7,62x51 НАТО; 12,7x108 ДШК.
Несмотря на внешнюю простоту, патрон — очень сложное изделие, требующее множества
производственных операций, а значит, хорошо поставленной промышленной технологии.
500
патронника, подать в него очередной патрон, запереть ствол и только затем нажать на
спусковой крючок. В современном автоматическом стрелковом оружии для выполнения этих
операций используют энергию пороховых газов, образующихся при выстреле. На сегодняшний
день существует несколько схем работы такого оружия. Рассмотрим некоторые из них.
Первая схема. Её применяют в устройствах со свободным и полусвободным затвором, в
частности почти во всех пистолетах и пистолетах-пулемётах. Автоматика действует благодаря
отдаче (т. е. резкому, короткому движению назад) затвора. Пороховые газы стремятся
вытолкнуть гильзу из патронника, её дно давит на затвор, тот начинает отходить назад, сжимая
возвратную пружину, патронник открывается, и гильза выбрасывается в окно ствольной
коробки. Подающая пружина отправляет в патронник новый патрон. Возвратная пружина
распрямляется и толкает затвор на прежнее место; «по дороге» он досылает патрон в
патронник. Конструкторы стремятся замедлить движение затвора, ибо, чем позже он отойдёт от
ствола, тем дольше пороховые газы будут разгонять пулю и, следовательно, с тем большей
скоростью она полетит. Для этого затвор делают по возможности тяжелее, в стенках
патронника иногда прорезают поперечные канавки, увеличивающие трение между стенками и
гильзой.
Вторая схема. В момент выстрела затвор и ствол прочно сцеплены и движутся вместе. В
зависимости от того, когда они разъединяются,
Схемы работы автоматики.
7. С отдачей свободного затвора.
2. С отдачей ствола с коротким ходом.
3. С отдачей ствола с длинным ходом.
4. С отводом пороховых газов.
501
различают системы с коротким (меньше длины патрона) и длинным ходом ствола.
В оружии с коротким ходом затвор и ствол разъединяются, не дойдя до крайней задней точки,
после чего затвор продолжает отходить назад, выбрасывая гильзу, а ствол либо «ждёт» его,
либо возвращается в прежнее положение. Достигнув крайней точки, затвор под действием
пружины начинает обратное движение, досылает патрон в патронник и, наконец, запирает
ствол. В оружии предусмотрен ускоритель, который передаёт затвору часть энергии ствола.
Подобные системы сочетают надёжность работы с высоким темпом стрельбы.
В оружии с длинным ходом затвор и ствол движутся вместе до крайней задней точки, затем
расцепляются, затвор остаётся на месте, а ствол возвращается, открывая стреляную гильзу.
Когда он занимает переднее положение, гильза выбрасывается, затвор идёт вперёд, досылает
очередной патрон и запирает ствол. Длинный ход ствола снижает скорострельность и
увеличивает размеры оружия, поэтому данная схема широкого применения не нашла.
Третья схема. В передней части ствола есть боковое отверстие, соединённое трубкой с газовой
камерой. В камеру входит поршень со штоком, прикреплённым к затворной раме. Когда пуля
минует отверстие, газы наполняют камеру и давят на поршень. Шток идёт назад, отбрасывает
затворную раму, она отпирает затвор и дальше движется вместе с ним, сжимая возвратную
пружину. При обратном движении рама запирает затвор. Именно так работает знаменитый
автомат Калашникова. Существуют системы автоматики (например, в пушках), работающие
без поршня: пороховые газы через отводную трубку действуют непосредственно на затвор.
Особый класс составляют системы автоматики смешанного типа: например, чтобы отпереть
затвор, в них используют отвод газов, а для перезаряжания оружия — отдачу затвора.
ВОЗЬМЁМ ПРИЦЕЛ
Оружие наводят на цель с помощью специальных приспособлений. Самые простые и
распространённые — механические. Они включают прицел и мушку. Прицел (или це'лик) — это
планка с прорезью или маленьким отверстием (диоптром). Наводя оружие на объект, стрелок
совмещает три «точки» — прорезь, мушку и цель. На пистолетах и револьверах обычно
применяют постоянные прицелы, на автоматах и карабинах — переменные, имеющие
несколько фиксированных установок по дальности.
Вести стрельбу по удалённым объектам позволяют оптические прицелы. Они обязательны для
снайперских винтовок, могут ставиться также на автоматы, пулемёты и даже гранатомёты. По
оптической схеме такой прицел — обыкновенная подзорная труба. Объектив создаёт
перевёрнутое изображение цели, окуляр увеличивает его. Чтобы стрелок видел цель не вверх
ногами, на пути луча света (между объективом и окуляром) помещают оборачивающую
систему. В центре прицела установлены шкалы дистанций и боковых поправок, которые
настраивают ручками-маховичками. При необходимости объектив закрывают светофильтром;
со стороны окуляра на прицел надет наглазник из мягкой резины, защищающий глаз стрелка
при отдаче.
Боевые действия ведутся не только днём, но и ночью, поэтому были созданы прицельные
устройства, которые могут работать в темноте. Излучение любых источников света, будь то
простая электрическая лампочка или Солнце и звёзды, содержит не видимые глазом
инфракрасные (тепловые) лучи. Именно эту особенность света использовали создатели техники
ночного видения. Основа конструкции таких приборов — электронко-оптический
преобразователь: он «переводит» невидимое инфракрасное изображение в видимое.
Преобразователь представляет собой вакуумную колбу, на переднюю стенку которой нанесён
полупрозрачный слой металла — фотокатод,
502
а на заднюю (экран) — люминофор. Кванты инфракрасного излучения, попав на фотокатод,
выбивают из него электроны. Чем ярче освещен какой-либо участок фотокатода (т. е. чем
«горячее» соответствующий участок предмета-цели), тем больше вылетает электронов.
Электрические поля ускоряют их, а электроды фокусируют на экране. Люминофор начинает
светиться там, где произошло взаимодействие с электронами, и на экране появляется
изображение предмета. Чтобы получить достаточно яркую «картинку», приходится иногда
подсвечивать местность инфракрасным прожектором. Такие преобразователи сравнительно
просты, но громоздки, потребляют много электроэнергии, чувствительны к пыли или туману
В 70-х гг. XX в. появились приборы с усилителем яркости на микроканальной
полупроводниковой пластине, которые не «ослеплялись» попавшими в объектив яркими
вспышками.
Одновременно были созданы тепловизионные приборы, «переводящие» в видимую область
спектра собственное тепловое излучение людей или техники. Такое излучение занимает
инфракрасные области в диапазоне волн длиной 3—5 и 8—14 мкм и хорошо проходит сквозь
туман, дым, ветви, тонкие неметаллические преграды. Тепловизор напоминает телевизионную
камеру. Его чувствительный элемент — матрица (решётка) миниатюрных детекторов
воспринимает инфракрасные сигналы и превращает их в электрические импульсы, которые
после усиления преобразуются в видеосигнал. Изображение на матрице получают построчно с
помощью системы сканирования, состоящей из двух зеркал — качающегося и вращающегося.
Качающееся зеркало перемещает тепловую точку со строки на строку, а вращающееся — вдоль
строки. В результате возникает растровое (в виде точек) изображение. Чувствительность
детектора к тепловому излучению тем выше, чем ниже его собственная температура, поэтому
его помещают в специальное устройство — «холодильник».
В конце XX в. появились материалы для фотокатодов очень высокой чувствительности. Они
позволили создать приборы, способные работать в самые тёмные ночи и в подземных
сооружениях.
Широко используют в армиях и лазерные целеуказатели, которые
Траектория полЁта пули.
Чт<4ш попасть в мель. необходимо нап|М19игь ствол пол некоторым углом к >инин
которую можно условно провести между стрелком и объектом. т. е. придать оружию
угол прицеливания. Л ля этого служат прицельные приспособления.
1 2 3 4 5 6
Оптический примел ТО-6 в разрезе.
1 - светофильтр: 2 - обьектин; I — мачовичгж го шкалой боковых поправок:
4 — лмхояичок го шкалой листиммия: 5 - линты «тТюрачитыиииги системы;
6 — окуляр: 7 — наг .латник.
Принцип дейс гвия коллиматорного прицела.
Прибор представляет собой закрытую труТжл с маленьким отверстием п горце.
Стрелок смотрит скво и» полупрозрачное зеркало и поворотную призму так, что видь
одновременно цель и яркую точку на её фоне. Нужно совместить эту точку с мелью.
В отличие от оптического примела коллиматорный не ограничивает поле лу теним
и обычно меньше по размерам и массе.
503
крепятся на оружии. Они дают тонкий направленный световой луч — стрелку необходимо
лишь навести световое пятно на цель и нажать на спуск. Правда, при ярком освещении пятно
лазера трудноразличимо.
Развитие радиолокационных систем с компактными антеннами и портативными системами
обработки сигнала привело к появлению радиолокационных прицелов для крупнокалиберных
пулемётов и орудий. Кроме того, ведутся работы над компьютеризованными прицельными
блоками, включающими оптический и ночной прицелы, лазерный дально-
1 2 3 4 5 67 в 9 1
Схема прибора ночного видения с усилителем
на микроканальной пластине.
фсжуС ИрV И JUiMV
Схема электронно-оптического преобразователя с электростатической
фокусировкой.
Ооший вил и схема тепловизионного
прибора.
/ - объектин; 2 — инфракрасные лучи:
J — качают несся зеркало; 4 - прашаюшссся
юркали: 5 — фокус ируюшие линзы:
6 — холодильник; 7 — и соображение.
504
мер, цифровой баллистический вычислитель с набором программ. Но подобные «блоки» пока
ещё слишком
дороги, ненадёжны, и к тому же вероятность ошибки в определении дальности у них высока.
ВОЕННАЯ ТЕХНИКА СУХОПУТНЫХ ВОЙСК XXI ВЕКА
ИНФОРМАТИКА НА ВОЕННОЙ СЛУЖБЕ
О военной технике будущего можно судить по чертежам, уже сегодня лежащим на столах
конструкторов. Основные изменения, которые произойдут в XXI в., связаны с широким
использованием информационных технологий. На пороге III тысячелетия многие страны
работают над созданием системы «сетевого управления войсками». Каждая машина (например,
танк, корабль), даже отдельный боец будут оснащены компьютерами, которые войдут в общую
информационно-управляющую систему (ИУС).
Эта система позволит быстро получать информацию, а значит, оперативно принимать решения;
легко перенацеливать оружие; войска станут действовать более согласованно. В некоторых
государствах уже есть первые образцы таких ИУС.
Персональный компьютер станет обычной деталью снаряжения солдата. Так, в комплекс
вооружения американского пехотинца XXI в. включены: портативный компьютер; встроенные
в шлем телевизионная камера, система обработки изображения и дисплей, радиостанция,
система опознавания «свой-чужой»; кондиционер
для создания микроклимата; комплексная защита от оружия массового поражения, пуль и
лёгких осколков; цифровая система навигации и аккумулятор для питания всех электронных
систем.
АВТОМАТ АЕК
Специалисты Ковровского механического завода во главе с С.И. Кокшаровым изготовили
автомат АЕК-971. Внешне и по конструкции он походит на знаменитый автомат М.Т.
Калашникова, но устройство у него более сложное. В результате новых технических решений
отдача уменьшилась настолько, что стрелок ощущает лишь лёгкие толчки в плечо, оружие не
дёргается и не уходит с линии прицеливания. Из ковровского автомата стреляют не только
одиночными выстрелами и обычными очередями, но и фиксированными, в три патрона.
Длина — 980 мм; калибр — 5,45 мм; масса — 3,3 кг; темп стрельбы — от 800 до 900 выстрелов
в минуту; начальная скорость пули — 900 м/с; прицельная дальность стрельбы — 1000 м.
505
ШТУРМОВАЯ «ГРОЗА»
В начале 90-х гг. сотрудники тульского Центрального конструкторско-исследовательского
бюро спортивного и охотничьего оружия В.Н. Телеш и Ю.В. Лебедев создали для десантников,
подразделений спецназа и ОМОНа стрелково-гранатомётный комплекс «Гроза». За основу
были взяты серийный автомат АК-74У и подствольный гранатомёт ГП-25.
Сменив отдельные элементы, боец сам может легко преобразовывать комплекс. Если поставить
удлинённый ствол, глушитель и оптический прицел, «Гроза» становится компактной
снайперской винтовкой; с обычным стволом и рукояткой для левой руки под ним — это уже
автомат, а с подствольным гранатомётом — штурмовой автомат.
Стреляет «Гроза» пулями и осколочными гранатами ВОГ-25 и «прыгающими» ВОГ-25П
(последние при попадании в преграду подскакивают и взрываются в воздухе). Начальная
скорость гранаты — 300 м/с; она почти не рикошетит.
Существует 4 варианта комплекса под патроны разных калибров. Их сменные элементы
находятся в гнёздах специального чемодана.
Штурмовой комплекс «Гроза-1».
Кдлибр автомата 7,62 мм. |ранатоыета — 40 мм; масса — от 3.1 до 4.8 w;
н*тчдаыыя скорость пули — 720 гранаты — 76 темп 1'трсльбы ю
автомата — 750 выстрелов в минуту; прицельная далыякть — 600 м; ёмкость
магазина — 20 па тронов: гранатомёт — одни зарядный.
I
Конструктор В. Н. Телеш с «Грозой», оборудованной оптическим прицелом и прибором
для бесшумной и беспламенной стрельбы.
СНАЙПЕРСКОЕ КРУПНОКАЛИБЕРНОЕ ОРУЖИЕ
Ещё в Первую мировую войну появились мощные дальнобойные винтовки, из которых
стреляли с большой точностью по одиночным целям. В конце XX в. условия применения таких
винтовок (их называют снайперскими) изменились: теперь они должны уничтожать
легкобронированную технику с расстояния 1—2 км. Поэтому увеличился их калибр — от 12,7
до 14,5 мм. В России разработано несколько типов снайперских винтовок. Тульская ОЦ-44
калибра 12,7 мм весит 14 кг, оснащена глушителем-пламегасителем. У винтовки СВН-98
Ковровского завода имени В.А. Дегтярёва пистолетная рукоятка расположена перед
коробчатым магазином на пять 12,7-мм патронов (так называемая схема «булл-пап»), дульный
тормоз уменьшает отдачу в 2,5 раза, приклад оборудован амортизатором. При об-
Магазинная снайперская винтовка СВН-98.
щей длине 1350 мм длина ствола винтовки достигает 1000 мм: чем длиннее ствол, тем выше
начальная скорость пули и дальнобойность.
506
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСКОРИТЕЛИ
Один из проектов оружия XXI в. — электромагнитные ускорители масс (ЭМУ). Идея их
применения в военных целях возникла в конце XIX в., но планомерные работы по созданию
ЭМУ начались только в 70-х гг. XX в. Предполагается, что их можно будет использовать в
качестве танковых пушек, противоракетного оружия космического базирования, для
беспламенного запуска ракет и летательных аппаратов. На сегодняшний день существует два
варианта ЭМУ — рельсовый («рельсотрон») и индукционный. «Релъсотрон» действует
следующим образом. К двум параллельным направляющим прикладывают высокое напряжение
от источника питания. Снаряд (или подвижный поддон с оперённым снарядом), который
находится на направляющих, покрыт тонким слоем проводящего материала, поэтому
электрическая цепь замыкается. Возникает ток силой в несколько миллионов ампер. Он
индуцирует мощное магнитное поле, а тот, в свою очередь, создаёт магнитное давление,
стремящееся раздвинуть элементы цепи. Единственным подвижным элементом в конструкции
является снаряд — он и начинает разгоняться. Проводящий слой расплавляется, образуя слой
плазмы. Этот слой играет роль поршня. Чтобы исключить
утечку электроэнергии через снаряд, поддон изготовляют из пластика или изолирующей
керамики: Максимальная скорость снаряда определяется силой тока и длиной разгона.
При сравнительно небольших линейных размерах такие ЭМУ разгоняют массу порядка 1 г до
100 км/с. Один из проектов предусматривает создание рельсового ЭМУ для танковой пушки с
дульной энергией до 20 МДж (у немецкой серийной «пороховой» пушки RhL-44 калибра 120
мм, стоящей на танке «Леопард-2», — около 9 МДж).
Индукционный ускоритель устроен иначе. Он включает в себя разгонное устройство с рядом
индукционных катушек, у которых один источник питания, и снаряд с двумя изолированными
замкнутыми магнитными витками. Разгонное устройство играет роль статора, а витки снаряда
— сердечника линейного двигателя. Напряжение подаётся на катушки в фазе с движением
снаряда. Катушки создают магнитное поле, оно выталкивает снаряд и придаёт ему линейное
ускорение. Коэффициент полезного действия такого ЭМУ достигает 50 %.
Индукционный электромагнитный ускоритель в состоянии разгонять снаряды массой около 50
кг до скорости порядка 1 км/с, массой около 5 кг — до 3—4 км/с. Такие ЭМУ можно
использовать для укороченного взлёта летательных аппаратов.
Главной проблемой электронных ускорителей остаются мощные и энергоёмкие импульсные
источники электрической энергии: пока что все известные устройства довольно громоздки и
дороги.
Принципиальная схелла рельсового
электромагнитного ускорителя.
F источник питания: 2 — направляющие; J — омрял:
4 - поддон г преявдляшнм слоем.
БРОНЕТАНКОВЫЕ СИЛЫ
Не потеряют своего значения в XXI в. танки и бронемашины. Американские инженеры
разрабатывают новую модель тяжёлого танка четвёртого поколения. В башне будут
установлены: прицелы с дистанционным управлением, автоматическим поиском и
сопровождением цели; выдвижной
Проект электрического танка АЕТ. США
507
«СТВОЛЫ ДЛЯ КОСМОНАВТОВ»
В начале 70-х гг., когда в СССР и США приступили к созданию разведывательных и боевых
искусственных спутников Земли, началась разработка специального оружия для космонавтов:
обычное огнестрельное в невесомости применять невозможно из-за сильной отдачи.
Сотрудники Военно-инженерной академии имени Ф. Э. Дзержинского создали лазерный
пистолет. Внешне и по размерам он не отличается от обычного армейского, но имеет иную
«начинку». В его рукоятку вмонтирован источник накачки лазера (см. статью «Лазерная
техника и технология») — одноразовые пиротехнические лампы-вспышки вроде тех, которые
употребляют фоторепортёры. Поджигаются лампы электрической искрой от батареи. Сгорают
такие лампы за 5—10 мкс, вызывая в волоконно-оптическом активном элементе лазерную
вспышку, которая «излучается» через ствол к цели. Был изготовлен и лазерный револьвер с
шестью «патронами» в барабане.
Оружие для космонавтов.
Слева — лазерный пистолет: справа — револьвер: внизу — волоконно-оптический активный
элемент.
перископ; радиолокационная станция; вертикальные пусковые установки противовертолётных
ракет. В корпус встроены телекамеры, а в шлемофоны членов экипажа — дисплеи. Танк
оборудуют микроволновым устройством, которое обнаруживает мины и взрывает их до
подхода машины. Новый танк защитит многослойная броня, промежутки между слоями
заполнят стекловолокно и керамические элементы. Предусмотрено специальное покрытие
брони, которое не отражает сигналы радиолокатора и делает танк невидимым для аппаратуры
поиска противника. Новую модель планируется оснастить управляемой динамической защитой,
которая срабатывает до того, как подлетит снаряд или ракета.
В качестве вооружения конструкторы выбрали 120-мм пушку (вариант — 140-мм
гладкоствольная), 40-мм автоматический гранатомёт, два пулемёта. Основой боекомплекта
останутся бронебойный подкалиберный снаряд с отделяемым поддоном и многоцелевой
бронебойно-осколочный снаряд.
Экипаж разместится в особой бронированной капсуле. Двигатель танка будет дизельный или
газотурбинный мощностью 1500—2000 л. с, с автоматической гидромеханической
трансмиссией. Управляемая гидропневматическая подвеска позволит изменить дорожный
просвет танка и уменьшить колебания корпуса машины при движении.
Конструкторы США работают над проектом «электрического танка». Названа новая машина
так не случайно: в ней предусмотрена электромагнитная защита. Генератор и высокоёмкие
аккумуляторы, размещённые в корпусе, будут создавать вокруг танка сильное
электромагнитное поле, попав в которое снаряд разрушится либо отклонится в сторону. Весит
электромагнитная защита примерно в десять раз меньше, чем динамическая. Вооружат такую
машину электромагнитной пушкой. Начальная скорость снаряда достигнет 2000—3000 м/с;
поражать цели можно будет с расстояния 3— 5 км. Кроме того, такая пушка позволит
избавиться от пороховых снарядов, а, следовательно, от опасности пожаров.
Английские специалисты разработали модель разведывательной машины XXI в. В лобовую
часть корпуса вмонтированы три телекамеры, которые снимают местность; изображение
поступает на дисплеи — ими оборудованы рабочие места экипажа. В башне установлена
автоматическая пушка; по бортам башни — пусковые установки зенитно-противотанковых
управляемых ракет (по одной с каждой сторо-
508
ны); на крыше — система предупреждения о воздушной опасности. Машина снабжена
техникой для спутниковой связи и навигации.
В некоторых странах, в частности в США, создаются разведывательные и инженерные
комплексы, которые смогут работать без людей, а управлять ими будут с помощью
радиосигналов. Такие системы особенно важны при выполнении работ по разминированию.
СТЕНА ОГНЯ
Когда знаменитый российский оружейник В. Г. Фёдоров (1874—1966) создал в 1916 г. автомат,
царские генералы сначала были озадачены: «Где же мы столько патронов-то возьмём?». Их
опасения оказались не напрасны: например, во Вторую мировую войну, чтобы поразить лишь
одного солдата, расходовалось до 10 тыс. патронов! В военных конфликтах конца XX в. эта
цифра возросла уже до 50 тыс. (только в кино бывает: один выстрел — один поверженный
враг).
Важная характеристика автоматического оружия — скорострельность. Она определяется
числом выстрелов в минуту. Теоретически возможный максимальный темп стрельбы
рассчитывается без учёта того, что магазины или патронные ленты нужно периодически
менять. Реальные же боевые показатели всегда значительно ниже, ведь оружие необходимо не
только заряжать, но и после нескольких минут «работы» делать паузу для охлаждения — иначе
оно выйдет из строя.
Для пистолетов, револьверов и автоматов очень высокая скорострельность — черта скорее
отрицательная, чем положительная. Первые пистолеты-пулемёты делали 1300 выстр/мин. Боец
открывал огонь и уже через несколько секунд оказывался без боеприпасов. К тому же точность
такой стрельбы была крайне низкой. Поэтому конструкторы стремились снизить темп до
оптимального — 450—600 выстр/мин. А вот для зенитного и авиационного оружия оказался
верен лозунг «Чем больше, тем лучше»: атака в воздушном бою длится считанные минуты и за
это время надо успеть выпустить по противнику как можно больше пуль и снарядов. К началу
XXI столетия сложились основные типы скорострельного автоматического оружия:
одноствольное, многоствольное, одноствольное с несколькими патронниками.
ОДНОСТВОЛЬНОЕ ОРУЖИЕ
Классическое автоматическое оружие, получившее наиболее широкое распространение, имеет
один ствол с одним патронником. Увеличить темп стрельбы в таких системах можно за счёт
сокращения времени хода подвижных частей. В 1932 г. советские конструкторы Б.Г.
Шпитальный и И.А. Комарицкий создали первый в мире авиационный сверхскорострельный
пулемёт ШКАС «винтовочного» калибра 7,62 мм. Рекорд для того времени — 1800 выстр/мин
— был достигнут благодаря оригинальной системе подачи и плавного извлечения патрона.
Затем появились ультраШКАСы — 4000 выстр/мин (абсолютный рекорд для одноствольных
систем). Ими вооружались советские самолёты вплоть до начала Великой Отечественной
войны. Известны случаи, когда пилоты пулемётной очередью буквально разрезали самолёт
противника пополам. В 1936 г. на базе ШКАСа Б.Г. Шпитальный и С.В. Владимиров
разработали новое оружие — авиационную 20-миллиметровую пушку ШВАК (800 выстр/мин).
Ни японские, ни немецкие конструкторы так и не смогли за годы войны повторить советскую
конструкцию, несмотря на то что имели трофейные образцы.
509
Возможности увеличения темпа стрельбы для обычного одноствольного оружия с
поступательным движением подвижных частей сейчас почти исчерпаны.
МНОГОСТВОЛЬНОЕ ОРУЖИЕ
Другой способ увеличить скорострельность — соединить в один блок несколько единиц
оружия. Так, во время войны фронтовой бомбардировщик Ту-2 пытались превратить в
штурмовик, установив в его бомболюке 88 (! ) автоматов ППШ; в бою они обрушивали на врага
губительный ливень из 6248 пуль. Современные многоствольные системы — это не простое
объединение «стволов», а установки с единой автоматикой. Время перезаряжания сокращают
за счёт совмещения операций: подача и досылание патрона и извлечение гильзы происходят не
последовательно, а одновременно. Стволы, каждый со своим патронником, крепятся на одном
блоке, который во время стрельбы равномерно вращается. Отечественная шестиствольная
пушка 9А-768 калибра 23 мм делает 10 000 выстр/мин. Лётчики отмечают, что при длинной
очереди сила отдачи резко тормозит самолёт в воздухе.
У двуствольных систем недостатков меньше. Одна из лучших представительниц этого класса
— российская авиационная двуствольная 23-миллиметровая пушка ГШ-23М (3400 выстр/мин).
Её монтируют или внутри машины, или снаружи — в подвесных контейнерах (на истребителях,
штурмовиках и боевых вертолётах).
Кроме автоматического в авиации применяют и механизированное оружие, которое работает не
за счёт энергии пороховых газов, а от постороннего источника. Ещё в начале XX в. были
сконструированы так называемые моторпушки — авиационные орудия, которые
перезаряжались от двигателя самолёта. Самые известные современные образцы этого класса —
американский шестиствольный пулемёт «Миниган» калибра 7,62 мм и 20-миллиметровая
пушка Т-171 «Вулкан» обладают темпом стрельбы 3000—6000 выстр/мин. Блок стволов
вращается мощным электродвигателем.
ОДНОСТВОЛЬНОЕ ОРУЖИЕ С НЕСКОЛЬКИМИ ПАТРОННИКАМИ
Одноствольное оружие, в котором несколько патронников располагаются во вращающемся
барабане, на-
510
зывается револьверным, или многокамерным.
Одна из первых конструкций такого типа, авиационная автоматическая револьверная пушка
MG-213C калибра 20 мм, появилась в Германии в 1943 г. (1200 выстр/мин). После войны
автоматические пушки револьверной схемы были приняты на вооружение многими странами.
Некоторые корабли российского флота оснащены 30-миллиметровой зенитной револьверной
артиллерийской установкой АК-230, имеющей скорострельность 1000 выстр/мин. Принцип
работы таких орудий следующий. Барабан вращается рывками, останавливаясь для выстрела.
Каждый из патронников перед выстрелом последовательно фиксируется точно по оси канала
ствола. Патронник, расположенный против канала, используется для производства выстрела,
следующий за ним — для выброса стреляной гильзы, остальные — для досылки нового
патрона. Все эти операции совмещены во времени, что обеспечивает очень высокий темп
стрельбы.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
Во всех вышеуказанных системах большая часть времени при перезаряжании уходит на
продольное перемещение патрона. С 50-х гг. оружейники стали разрабатывать системы с
«открытым» патронником. Отличительная черта многоствольного оружия — отсутствие
внешней стенки у патронника, который закрывается корпусом коробки ствола только в момент
выстрела. Специальные боеприпасы с трёхгранными гильзами подаются в патронник и
извлекаются из него не в продольном, а в поперечном направлении, что сокращает время
перезаряжания. Расчётная скорострельность при этом составляет более 10 000 выстр/мин.
В 1977 г. система с «открытым» патронником была усовершенствована американцем Чарлзом
Э. Уильямсом. В его оригинальной конструкции один ствол и один патронник Патронник и
запирающий элемент вращаются вокруг параллельных осей, но в противоположных
направлениях. На мгновение они совмещаются, происходит выстрел, патронник и запирающий
элемент расходятся, стреляная гильза удаляется, и новый патрон подаётся в патронник.
Предложенная
511
конструкция так и осталась пока на стадии разработки.
В 90-х гг. Майк О'Дуайер (Австралия) разработал принципиально новое оружие, отличающееся
сверхвысокой скорострельностью. «Стальной шторм» (так назвал своё изобретение О'Дуайер)
представляет собой ствол, заряженный связкой боеприпасов (15—45 комплектов). Боеприпасы
расположены в стволе друг за другом; в каждом комплекте — снаряд и пороховой заряд,
который поджигается с помощью электрической цепи. Снаряды выстреливают поочерёдно, а
поскольку в системе нет взаимодействующих движущихся частей и не используются гильзы
(их необходимо выбрасывать), можно получить непрерывный поток огня. Теоретический темп
стрельбы — 45 000 выстр/мин на ствол (750 выстр/с!). Если действует 36-ствольная установка,
то общий темп будет составлять 1 620 000 выстр/мин (27 тыс. пуль в секунду). Как показывают
расчёты, при использовании устройства с 1024 стволами возможен темп 46 080 000 выстр/мин
(768 000 выстр/с). Однако это оружие
Принцип лейстами мнонмi вольной пушки
с «открытым» патронником и и»еинаш<ыим
трёчграмными боеприпасами.
Конструкция враимюшшхк я барабана
512
одноразового применения. После того как все боеприпасы будут израсходованы, систему
необходимо перезарядить вручную или взять новую, а использованную выбросить.
Подобное оружие предполагают применять в системах ближней противовоздушной обороны,
расположенных на кораблях, и в системах залпового огня боевых машин и вертолётов.
КАКАЯ БЫВАЕТ АРТИЛЛЕРИЯ
В боевых условиях современная артиллерия выполняет разные задачи. Она уничтожает
вражеские ракетные комплексы, артиллерийские и миномётные батареи, танки и бронемашины,
разрушает пункты управления и полевые сооружения, осуществляет дистанционное
минирование местности. Свои войска на марше и в бою артиллерия прикрывает от нападения с
воздуха заградительным огнём и дымовыми завесами. Такая многосторонность действий и
обусловила производство боевых артиллерийских комплексов разных видов. В каждый
комплекс входит орудие или пусковая установка, боеприпасы, приборное оборудование и
средства транспортировки.
По принципу метания снаряда различают ствольную артиллерию и реактивную. По траектории
полёта снаряда и по конструкции артиллерийские орудия делятся на пушки, гаубицы, пушки-
гаубицы, миномёты, универсальные орудия, безоткатные орудия.
Пушки. Этот тип орудий предназначен для уничтожения открытых целей и для стрельбы на
дальние расстояния. Пушки имеют длинный ствол; их снаряды летят с большой скоростью по
настильной (пологой) траектории; точность попадания в цель весьма высокая. Масса пушек и
их размеры довольно велики. Особняком стоят зенитные пушки. Они отличаются от обычных
большим углом возвышения ствола и высокой скоростью наведения. Зенитные пушки
используют и в гражданских целях — как градобойные орудия для защиты садов и
виноградников. С их помощью в облака забрасывают химические
вещества, которые предотвращают образование града и вызывают дождь. Противотанковые
пушки делают гладкоствольными, с управляемым снарядом (например, российский 100-
миллиметровый комплекс управляемого вооружения «Кастет»),
Гаубицы и пушки-гаубицы. Назначение гаубиц — разрушать оборонительные сооружения
противника и поражать цели за укрытиями. Траектория полёта снарядов навесная (крутая),
начальная скорость ниже и стволы короче, чем у пушек Угол возвышения ствола при стрельбе
достигает 70°. В гаубицах нередко используют переменные пороховые заряды (их число
доходит до 10—12). Замена заряда позволяет менять крутизну траектории и дальность полёта
снаряда, но несколько уменьшает скорострельность.
При одинаковом калибре гаубица легче и короче пушки,
перспективным орудием
В конце XX в. наиболее
Солдаты у полевого орудия.
513
Открытка времён Первой мировой войны. 1915 г.
полевой артиллерии считается длинноствольная гаубица с дальностью стрельбы до 30 км
обычными снарядами и до 50 км — дальнобойными. Управляемые и самонаводящиеся снаряды
(скажем, американский «Копперхед» или российский «Краснополь») позволяют устранить
главный недостаток гаубицы — низкую точность попадания в малые и подвижные цели.
Кроме того, существуют орудия, сочетающие боевые свойства пушки и гаубицы. Их именуют
«пушка-гаубица» или «гаубица-пушка» — в зависимости от того, особенности какого орудия
преобладают.
ЧЕМ СТРЕЛЯЕТ АРТИЛЛЕРИЯ
Выстрелом артиллеристы называют сочетание снаряда, порохового заряда и средств, с
помощью которых этот заряд воспламеняют. Если все элементы объединены гильзой в одно
целое (как в патроне), выстрел именуют унитарным. Когда в гильзу помешены только заряд и
средства воспламенения, это выстрел раздельного гильзового заряжания. Существует ещё
выстрел картузного заряжания, при котором все три элемента — снаряд, заряд в матерчатой
упаковке и устройство воспламенения подаются в казённую часть орудия раздельно.
По диаметру канала ствола, а также диаметру снаряда различают малый (от 20 до 76 мм),
средний (от 76 до 100 мм) и крупный (свыше 100 мм) калибры.
Артиллерия имеет на вооружении снаряды разного назначения: основные (фугасные,
осколочные, противотанковые, многоцелевые, зажигательные), специальные (осветительные,
дымовые, имитационные, постановки радиопомех, дистанционного минирования, химические и
ядерные) и вспомогательные (для учебных стрельб и испытаний).
Фугасные (фр. fougasse) снаряды поражают цель ударной волной, возникающей при взрыве
«начинки» — твёрдого вещества или аэрозоля, которыми заполнен снаряд. Главное «оружие»
осколочных снарядов — осколки. Они могут образовываться при разрыве корпуса снаряда, или
их заранее укладывают внутрь (готовые осколки). Применяют такие боеприпасы против
небронированных машин и воздушных целей (в зенитной артиллерии). Осколочно-фугасные
снаряды соединяют в себе указанные качества. Они, как правило, снабжены взрывателем,
который и определяет характер действия: при разрыве в воздухе снаряд ведёт себя как
осколочный, при разрыве на земле — как фугасный.
Из противотанковых снарядов наибольшее распространение получили бронебойные и
кумулятивные. Бронебойные пробивают броню твёрдым сердечником. Гораздо эффективнее
действуют кумулятивные (рхлат. cumulatio — «увеличение», «скопление») снаряды. В
передней части корпуса, заполненного взрывчатым веществом, сделана выемка (воронка) с
металлической облицовкой. При подрыве заряда образуются газы, которые, отражаясь от
стенок воронки, фокусируются в узкий мощный поток, имеющий высокую температуру,
скорость и давление. Он буквально прожигает броню, и его мощность не зависит от дальности
стрельбы.
Существуют многоцелевые снаряды. Крупнокалиберные могут сна-
Выстрел из гаубицы. Фотография. 1914 г.
514
Стволы пушек и гаубиц смонтированы на лафете — массивной конструкции, которая
уменьшает силу отдачи при выстреле.
Миномёты. Пушки (кроме зенитных и специальных) и гаубицы изобрели давно. Миномёты,
стреляющие оперёнными минами по очень крутой траектории, были созданы русскими
артиллеристами во время Русско-японской войны (1904—1905 гг.) и использованы при обороне
Порт-Артура. В самостоятельный тип орудий миномёты выделились в Первую мировую войну
(они фактически заменили мортиры), а в ходе Второй миро-
вой стали одним из главных средств огневой поддержки пехоты.
Миномёты обычно имеют гладкий ствол, угол его возвышения составляет 45—85°. Они служат
для подавления огневых средств противника, разрушения полевых укреплений; если мины
(например, английская «Мерлин» или российская «Смельчак») управляемые, то они
эффективны против танков и бронированных машин. Большая крутизна траектории полёта
снаряда позволяет вести огонь из укрытий и через голову своих войск; мины падают почти
вертикально, и потому точность попадания в траншеи и окопы высока.
ряжаться отдельными боевыми элементами (суббоеприпасами) кумулятивного или осколочного
действия либо минами. При взрыве основного снаряда они разбрасываются, и каждый поражает
свою цель. Такие снаряды называются кассетными.
Зенитные орудия часто стреляют осколочно-зажигательными и бронебойно-зажигательными
снарядами. Снаряды нарезных орудий стабилизируются (т. е. не кувыркаются) в полёте
благодаря вращению, которое им задаёт резьба, нанесённая на внутреннюю часть ствола. Аля
гладкоствольной артиллерии изготовляют снаряды с жёстким или складным оперением — оно
помогает им «держать равновесие». Чтобы увеличить дальность полёта, снаряды иногда
оснащают небольшим реактивным двигателем («активно-реактивные» снаряды).
Особый тип боеприпасов составляют артиллерийские мины. Обычно это оперённый, не
вращающийся в полёте снаряд, состоящий из корпуса (с боевым зарядом и взрывателем) и
стабилизатора. Основной метательный заряд и капсюль помещаются в трубке стабилизатора, на
которую снаружи могут надеваться дополнительные заряды для повышения дальности
стрельбы.
Современные военные специалисты большое внимание уделяют разработке и
совершенствованию управляемых артиллерийских снарядов (американский «Копперхед»,
российский «Китолов») и мин. Их наводят на цель, как правило, по лучу лазера или с помощью
головки самонаведения. Самонаводящимися бывают и суббоеприпасы кассетных снарядов.
Артиллерийский прицел. 1607 г. Дрезден.
*Мортира — артиллерийское орудие с коротким стволом для навесной стрельбы,
предназначавшееся в основном для разрушения особо прочных оборонительных сооружений.
515
Дальность полёта можно изменить, надев на хвостовую часть мины дополнительные заряды. К
достоинствам миномёта относятся простота устройства и малая масса; к недостаткам — в
основном низкая точность стрельбы обычными минами.
Большинство миномётов заряжают с дульной части, но крупнокалиберные и автоматические, а
также самоходные с башенной установкой — через казённую (заднюю) часть. У миномёта
массивного лафета нет, а отдачу гасит опорная плита, которая лежит на земле.
Универсальные орудия. Эти орудия способны вести огонь, как пушка, гаубица и миномёт.
Это особенно удобно для десантных войск и морской пехоты. Семейство таких орудий пока
ОГОНЬ НА ВОЙНЕ
Действенным оружием всегда считался огонь. В древности наконечники стрел обматывали
паклей, пропитанной смолой, и перед выстрелом поджигали.
В 673 г. защитники Константинополя, осаждённого арабами, уничтожили вражеские корабли,
пустив в ход грозное и неизвестное дотоле оружие — «греческий огонь». Этот зажигательный
состав (предположительно смесь селитры, серы, нефти и смолы) был фактически жидким
порохом, который не гасила вода. Изобрёл его сирийский архитектор, живший в столице
Византийской империи. Метали «огонь» в горшках с помощью катапульт или «выстреливали»
смесь из медных труб.
Византийские воины применяли «греческий огонь» в течение VII— XV вв., вплоть до падения
империи, а рецепт изготовления являлся государственной тайной. Действие адской смеси было
столь ужасно, что экипажи атакуемых судов почти не оказывали сопротивления. Одно лишь
упоминание о «греческом огне» вызывало у врага смятение. «Он летел по небу, будто
крылатый дракон величиной с бочку, гремя как гром, с быстротою молнии рассеивая ночную
тьму своим страшным сверканием». Так описывали свидетели таинственное оружие. Ныне его
секрет утрачен.
С возникновением артиллерии для поджигания кораблей противника стали применять калёные
ядра. В XVIII в. появился брандскугель — сферическая чугунная бомба, начинённая
зажигательным составом. Широко использовали в морских сражениях брандеры — небольшие
суда, нагруженные горючими и взрывчатыми веществами. Паруса и руль жёстко закрепляли,
зажигали фитиль и пускали корабль (по ветру или течению) на врага. Впервые брандеры
применили в 1304 г. в войне французов с фламандцами.
В 1936 г. испанские республиканцы использовали против франкистских танков бутылки с
бензином. Их затыкали пробкой, обмотанной паклей, а перед броском поджигали. В боевых
действиях красноармейцы использовали бутылки с «коктейлем Молотова». (Горючая смесь
получила название по имени В.М. Молотова — в 1941—1945 гг. заместителя председателя
Государственного Комитета Обороны.) «Коктейль» представлял собой
самовоспламеняющуюся жидкую смесь фосфора и серы или загущённый автомобильный
бензин — прообраз напалма. Зажигательные пули, снаряжённые жёлтым фосфором, появились
в Первую мировую войну и предназначались для поджигания аэростатов и самолётов.
Огнемёты (или пламемёты) впервые были использованы германскими войсками в 1915 г. Во
Второй мировой войне уже все армии широко применяли лёгкие (ранцевые), тяжёлые
(перекатные) и фугасные огнемёты. У струйных огнемётов горела вся струя смеси, и основная
её масса сгорала, не достигнув цели. Позже советские войска применили ампуло-
Византийцы поджигают арабские суда «греческим огнём». Византийская миниатюра XVI
в.
516
немногочисленно; первым серийным среди них стало российское 120-миллиметровое орудие
«Нона».
Безоткатные орудия. При выстреле из них часть пороховых газов метательного заряда
выходит назад через отверстия в затворе. Возникает реактивная сила, которая уравновешивает
силу отдачи. Потому здесь не нужен массивный лафет (часть орудия, на которой закрепляется
ствол). Безоткатные орудия компактные и лёгкие, но начальная скорость снаряда и дальность
стрельбы сравнительно низкие.
Кроме орудий артиллерия использует множество другой техники — транспортно-заряжающие
машины, тягачи, транспортёры. Для расчёта данных для стрельбы необходима
мёт. Он выбрасывал на расстояние до 250 м стеклянную или тонкостенную стальную сферу
(ампулу) диаметром 120 мм с самовоспламеняющейся жидкостью.
На танках огнемётное вооружение вместо пушки стали устанавливать уже после Первой
мировой войны. В 1941 г. создали автоматический танковый огнемёт АТО-41. На
послевоенных танках Т-54 и Т-55 ствол огнемёта монтировался вместо спаренного с пушкой
пулемёта; при этом орудие сохранялось. Авиация, напротив, сразу стала широко использовать
зажигательные средства. В 1914—1918 гг. российские аэропланы сбрасывали наполненные
керосином бидоны с оперением и взрывателем. Позже бомбы стали снаряжать фосфором и
термитной смесью. Во Вторую мировую войну воюющие стороны буквально засыпали города
«зажигалками». Но если в бомбоотсек самолёта попадала хотя бы одна пуля, то уже сам
бомбовоз немедленно превращался в огромный огненный шар...
В 1942 г. в США изобрели вязкую зажигательную смесь, состоящую из бензина или керосина и
порошка-загустителя (алюминиевых солей органических кислот) — напалм-В. Температура его
горения достигала 3000 °C (выше температуры плавления стали!), а повышенная липкость
смеси позволяла её горящим частицам прилипать практически к любой поверхности. В
Советской армии отдали предпочтение боевому термиту (от греч. «те'рме» — «жар», «тепло»)
— смеси алюминиевого порошка (реже магния) с окислами различных металлов, обычно
железа (температура горения около 2500 °C).
Современное отечественное пехотное оружие — реактивный пехотный огнемёт РПО-А
«Шмель» калибра 93 мм. Его термобарический выстрел по своей мощности сравним с
гаубичным снарядом 122-го калибра. Взрыв происходит на небольшой высоте (100—200 м);
при этом всё живое в радиусе взрыва мгновенно погибает от резкого перепада давления (так
называемый объёмный взрыв).
J — оптический примел:
4 — мушм:
5 — передняя рукоятка;
6 — ударный механизм
7 — двигатель;
в — опорный стакан;
9 — репер;
10 — «Эммочка капсулы.
517
точная и своевременная информация о положении орудий и целей, о направлении ветра,
температуре воздуха и т.д. Поэтому артиллеристы располагают средствами звуковой, оптико-
электронной, радиолокационной, радиотехнической разведки, аппаратурой спутниковой
навигации и др.
САМОХОДНЫЕ АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ УСТАНОВКИ
В годы Первой мировой войны зародился новый тип артиллерии — самоходная. До этого
времени имевшиеся на вооружении бронеавтомобили и танки выполняли, по сути, функции
артиллерии сопровождения. Однако к концу войны тактика танкового наступления стала более
совершенной, и появилась необходимость поддерживать его огнём самоходных пушек и
гаубиц.
В 20—30-х гг. работы над самоходными артиллерийскими установками (САУ) — от малых до
сверхтяжёлых — велись в разных странах, но их ценность оспаривалась многими
специалистами. И только Вторая мировая война показала, что САУ совершенно необходимы. В
ходе боевых действий использовались тяжелобронированные «штурмовые орудия» поддержки
атаки и «истребители танков»; легкобронированные самоходные противотанковые пушки и
орудия сопровождения; лёгкие, средние и тяжёлые самоходные гаубицы и пушки-гаубицы для
поддержки танков и пехоты, уничтожения фортификационных сооружений; пушечные и
пулемётные зенитные самоходные установки (ЗСУ) различных калибров. В то время САУ
представляли собой не что иное, как полевые орудия на шасси серийных танков и
бронетранспортёров. Качающаяся часть орудия оставалась без изменений, а шасси заменяло
лафет.
После окончания войны САУ (или САО — самоходные артиллерийские орудия) постепенно
перешли из системы бронетанкового вооружения в разряд артиллерии. Всё большее
распространение получали «самоходки», в которых и артиллерийская часть, и шасси
разрабатывались специально. Многие типы самоходных установок устарели, и вместо них
появились новые — авиадесантные «самоходки» или самоходные безоткатные пушки. Особое
внимание стали уделять самоходным гаубицам калибра 105—203 мм и тяжёлым самоходным
пушкам калибра 152—210 мм с закрытой башенной или открытой установкой. ЗСУ теперь
вооружались автоматическими пушками калибра
518
20—57 мм с более высокой скорострельностью и вероятностью попадания, оснащались
радиолокационными станциями поиска и сопровождения целей, принципиально новым
приборным оборудованием. Кроме того, важным типом САУ были признаны самоходные
миномёты калибра 81—240 мм.
В настоящее время именно самоходные установки составляют основу полевой и зенитной
артиллерии сухопутных войск развитых стран. К достоинствам САУ относятся: более высокие,
по сравнению с буксируемыми орудиями, подвижность и проходимость, возможность быстро
сменить позицию и перейти из походного положения в боевое и обратно, механизировать и
автоматизировать заряжание при любых калибрах; лучшая защита расчёта от пуль, осколков и
оружия массового поражения. Однако из-за больших размеров «самоходки» трудно перевозить
с помощью авиации, маскировать на позиции, применять на пересечённой местности и в горах.
К тому же при повреждении шасси из строя выходит фактически всё орудие. Вот почему на
вооружении в современной армии остаются и буксируемые орудия.
От танка САУ отличается в первую очередь принципами боевого использования и характером
решаемых задач. Танк — многоцелевая боевая машина, а самоходная установка — прежде
всего артиллерийское орудие. Существует несколько типов современных САУ
— орудия огневой поддержки, ведущие огонь преимущественно с закрытых позиций
(например, советские 152-миллиметровые самоходная гаубица 2СЗ «Акация» и пушка 2С5
«Гиацинт», а также пушка 2С7 «Пион» калибра 203 мм);
— противотанковые орудия, стреляющие прямой наводкой (советская авиадесантная
самоходная установка СУ-85);
— самоходные миномёты (например, советский 2С4 «Тюльпан» калибра 240 мм);
— самоходные реактивные системы с неуправляемыми или корректируемыми реактивными
снарядами
САМО ДВИЖУЩИЕСЯ ОРУДИЯ
Необходимость быстрой смены огневых позиций в ходе боя и в то же время сложность
перемещения буксируемых орудий привели к созданию самодвижущихся орудий (СДО). На
лафете устанавливают небольшой двигатель с приводом на колёса лафета, рулевое управление
и простую приборную панель. На марше такое орудие буксирует тягач; короткое расстояние
оно может преодолевать самостоятельно с небольшой скоростью. Впервые СДО появились
после Второй мировой войны в СССР (например, пушка СД44 калибра 85 мм). Со временем
они были взяты на вооружение армиями других стран. Среди последних разработок —
сингапурская 155-миллиметровая гаубица NF88.
Расчёт — воинская группа, обслуживающая орудие, пулемёт.
519
—
ruvAxa ннчмоиип — ± ,4V'*xh>w>m?mijl>s «wn aimvuuur — 9
:rv4VMi — $ :r»odou w»hAu — rxnmdx — f
:eeijo) «•ит<ал<1и<иипд.и — j Jr*mnd« «гнили 1Л — j
Ы У кг\ас1и«а я ияи»аА»ч\оиж VBdei игшнагнккли hhmvojj f?
южю иитАгая — г
vwIh mxandt rd — f LMudo* — f 4vainmdra — /
vitHtdi венэехАф-онмимиоо nn-771 g
Ajx-dx,
wntdrKj « vav j вхиипиииа3 wwmuhti daurdi —
:ohv жииниаа — g •^lairmvira — s :»пккк Howendtrd — у
"южш nnmAvae — f iwrvw — [ ' lAuckra — /
гж1ен> HRaovojodxю MwmoiAdMxirdi-o»iwoi>»Hod9 rm-77 ( у
'61-V *waAu iwuwouog игшхгцп
жннтв окнхсккяюи — Хгингкан
нпнпачтои — /1 varwdu HHMnvdoweu — 0/ :r*Uujodx»*»»
davQwAi — (, :учи,т — a :«M№Wwvdjo хил» — 9
vanwdu мич M»ui — j :|чх>) гфиги — f. :vMKMim«odg
•гнжиячлмйш — f meodHHxxlQ вгмжмвуои — ; rvoeo — ।
(lunadva gnaonHCii ь|-у ияали <nr;u o«i Htodi ix
8
НИН511 ma f
— aijowavaduoduai !W 00^ — rvadi ma
ojonadu auowavTV :xm 9'771 rdqwvr’»
r»mAu — jh»4w чк •л> aovadtme of
— iMvuwoaaog :»v»« £[ — aixxkr» >
иГ1гч\гг»и 1ЧГ»» маеоули J — ijbjad Ц o'Q^
— r>»r> :пнГ1 иэзта — «rg eracwox
43031П*ЛЭИ
гчеоигх >* агч »«HdJWMidr »гнтп»о*т)
Самоходная «протиеоаэропланная пушка». Россия.
Установлена на шасси грузового автомобиля. Кабина и двигатель покрывались листами из
брони. Платформа САУ оснащалась откидными опорами.
Калибр — 76,2 мм: масса снаряда — 6,2 кг: наибольшая досягаемость по высоте — 5500 м:
угол возвышения — 75°: скорострельность — 20 выстр/мин.
Самоходное артиллерийское орудие «Фердинанд» («Элефант»). Германия.
Летом 1943 г. такие САО участвовали в сражении на Курской дуге. Ходовая база — шасси
танка VK 4501: масса — 68,0 т: расчёт — 6 человек: максимальная скорость — 20 км/ч:
вооружение — пушка 43/2 калибра 88 мм: боекомплект — 38 выстрелов.
Самоходная артиллерийская установка «Ягдтигр». Германия.
Самая тяжёлая серийная СА У Второй мировой войны.
Ходовая база — шасси танка Т VI(H); масса — 70,0 т; расчёт — 5 человек; максимальная
скорость — 35 км/ч; вооружение — пушка калибра 128 мм и пулемёт..
(российские системы «Град», «Ураган», «Смерч»);
— зенитные самоходные установки (ЗСУ).
В состав САУ входит артиллерийское вооружение, смонтированное на самоходном шасси с
полным или частичным бронированием (может устанавливаться в неподвижной рубке, во
вращающейся башне или открыто), боекомплект и приборное оборудование.
Большинство современных САУ имеют гусеницы (например, российская самоходная 152-
миллиметровая гаубица 2С19 «Мста-С»), Однако в некоторых орудиях применяются и
колёсные шасси (как у чешской самоходной гаубицы «Дана» и южноафриканской G6). Для
повышения устойчивости при стрельбе шасси самоходных установок больших калибров
снабжают откидными сошниками, упирающимися в грунт, а упругие элементы подвески
ходовой части отключают. Особый вид САУ — плавающие установки, такие, как советская
самоходная гаубица 2С1 «Гвоздика» калибра 122 мм или 120-миллиметровое орудие 2С9
«Нона».
Зеямгная самоходная установка 23-4 «Шклка». СССР/Россмя.
Огнашена РЛС обнаружения и сопровождения целей. Выпушена в 1962 г
но и в конце 90-х гг. остается одной из самых эффективных САУ в мире.
Ходовая часть - шасси танка,* расчет — 4 человека; максимальная
(корпеть — 60 км/ч; боекомплект — 2 тыс. выстрелов: вооружения
4-ст вольная автоматическая пушка АЗП-23-4 калибра 23 мм; дальность
стрельбы — до 2,5 км; скорострельность — 4(ХХ) выстр/мин.
522
Боекомплект «самоходки» невелик, поэтому для подвоза боеприпасов используют специальные
бронированные машины с устройствами загрузки; в некоторых САУ предусмотрена система
подачи выстрелов с грунта. Приборное оборудование установки включает в себя технику для
наблюдения (в том числе ночного), прицельные приспособления, автоматизированные системы
подготовки данных и управления огнём, навигационное оборудование, а также средства связи.
Все САУ имеют самоходные средства обеспечения. Например, боевую работу самоходных
гаубиц «Мста-С» в составе разведывательно-ударного (разведывательно-огневого) комплекса
обеспечивают радиолокационная система разведки целей и контроля стрельбы «Зоопарк-1» на
гусеничном бронированном шасси и самоходные командные пункты.
БОЕВЫЕ РАКЕТЫ
Ракетное (реактивное) оружие появилось раньше огнестрельного. Но развитие артиллерии
постепенно отодвигало несовершенные и «неточные» ракеты на задний план. К концу XIX в.
они, казалось, окончательно превратились во вспомогательные — осветительные и сигнальные
— средства. Однако уже в 20-х гг. XX столетия возродился интерес к боевым ракетам. В годы
Второй мировой войны грозным оружием стали реактивные системы залпового огня (прежде
всего советские реактивные миномёты, известные как «катюши», и немецкие химические
миномёты). Большого успеха добились немецкие инженеры, создавшие самолёт-снаряд «Фау-
1» и баллистическую ракету «Фау-2» (см. статью «Пионеры ракетной космической техники»).
После войны ракетное оружие вступило в эру бурного развития. Именно ракеты служат
сегодня основным элементом большинства комплексов управляемого оружия. Различают
баллистические и крылатые ракеты, а также неуправляемые ракетные снаряды реактивных
систем залпового огня. По месту базирования и типу целей выделяют классы ракет «земля —
земля» (запускаются с земли для поражения наземных целей), «воздух — воздух», «воздух —
земля», «земля — воздух». Особые классы составляют противокорабельные и противотанковые
ракеты. Реактивными снарядами стреляют из большинства противотанковых гранатомётов.
Есть реактивные огнемёты, системы дистанционного минирования, устройства доставки
зарядов разминирования и т. д. Реактивному двигателю нашлось место даже в ствольной
артиллерии — в активно-реактивных дальнобойных снарядах. Баллистические ракеты (БР),
появившиеся в 50-х гг. XX в., называются
Ракетный комплекс 9К79 «Точка». Россия.
Оснащён ракетой тактического назначения. Её длина — 6416 мм; диаметр — 650 мм;
стартовая масса — 2010 кг. Боевая часть ракеты (масса 482 кг) попадает в круг диаметром
15м на расстоянии 20— 120 км.
*Сошни'к — деталь лафета артиллерийского орудия, удерживающая лафет от продольного
смещения при стрельбе.
523
так потому, что большую часть полёта они движутся по законам баллистики.
Межконтинентальный полёт продолжается 30—40 мин, но двигатель и система управления
работают только 5—7 мин. Именно такой характер полёта обусловил относительную
неуязвимость и простоту баллистических ракет, так как создать машину, сверхнапряжённо
работающую считанные минуты, проще. Сами по себе БР ещё не были полноценным оружием
из-за
ИСТОРИЯ БОЕВЫХ РАКЕТ
Считается, что ракеты были изобретены в Китае примерно в XI в. Однако вавилонские
рукописи, датированные 3200 г. до н.э., содержат рисунки, свидетельствующие о том, что
принцип реактивного движения знали уже тогда.
Вначале ракеты использовались только для фейерверков. Это были бумажные гильзы, плотно
набитые пороховым составом, который не взрывался, а горел. Для стабилизации в полёте их
привязывали к длинной рейке. Поднявшись на высоту в несколько сот метров, ракеты
рассыпались разноцветными огнями. Но скоро стало ясно, что стрела с привязанной к ней
ракетой полетит в несколько раз дальше, а, взорвавшись среди неприятельских укреплений,
вызовет разрушения, пожар и панику. В X—XII вв. подобные боевые ракеты широко
применялись в Индии и Китае для обстрела крепостей. Так родились ракетные войска.
Первое успешное применение боевых ракет на поле боя против европейской армии относится к
1799 г. Тогда пятитысячный корпус индийских ракетчиков наголову разбил подразделение
британской кавалерии под городом Серингапатам. По тем временам это было весьма серьёзное
оружие: ракеты в виде железной гильзы массой 3—6 кг со стабилизатором из бамбуковой
палки летели на 1,5—2,5 км. Войсками колонизаторов командовал генерал Уильям Конгрев
(1772—1828) — инженер, известный по многим изобретениям в области артиллерии,
строительства и даже печатного дела. Он усовершенствовал ракеты, которые были взяты на
вооружение британской армией. Уже в 1806 г., воюя с Данией, англичане обстреляли ракетами
Копенгаген. В 1813 г. ракетчики участвовали в Битве народов под Лейпцигом, когда
объединённые армии России, Австрии, Пруссии и Швеции разгромили вооружённые силы
наполеоновской Франции.
В России над созданием эффективного ракетного оружия работал генерал-лейтенант Александр
Дмитриевич Засядко (1779—1837). В 1812 г., находясь с русской армией в Париже, он
досконально изучил «конгревову ракету». «Я с удовольствием видел особенное его усердие и
труды в открытии и исследовании сего, у нас ещё неизвестного и столь полезного оружия», —
писал о работе изобретателя Барклай де Толли.
В 1815 г. А.Д. Засядко сконструировал пусковой станок, позволяющий вести залповый огонь
шестью ракетами, и прицел для него, разработал тактику боевого применения ракетного
оружия. Возглавив штаб русской артиллерии в 1827 г., он организовал серийное производство
нового вида вооружения в петербургском «ракетном заведении» и сформировал первое в
русской армии ракетное подразделение. С этого времени боевые ракеты генерала Засядко
применялись тысячами.
Дело Засядко продолжил Константин Иванович Константинов (1817 или 1819—1871), инженер
и исследователь в области артиллерии, приборостроения и ракетной техники. Назначенный в
1849 г. командиром «ракетного заведения», Константинов руководил постройкой завода
боевых ракет в городе Николаеве (1861 г.) и создал технологию производства ракет с
применением автоматического контроля и управления отдельными операциями, а также ряд
специализированных станков. Константинов разработал аппаратуру, позволяющую измерять
силу тяги ракеты на разных участках полёта; исследовал влияние конструкции и формы ракеты
на её баллистические свойства, заложив тем самым научные основы расчёта и проектирования
ракет. Благодаря его усилиям в конце XIX в. прицельная дальность ракетной стрельбы достигла
5 км.
Казалось бы, вот-вот на смену тяжёлым и громоздким артиллерийским орудиям придёт лёгкая,
мобильная и простая ракетная техника. Нужно только повысить точность её стрельбы, которая
тогда была невысокой. Но... появились пушки с нарезными стволами, гораздо более
дальнобойные и точные. Всё ещё не очень совершенные ракеты с их слабым зарядом не
выдержали конкуренции и исчезли из арсеналов, долгие годы оставаясь только «огненной
потехой», фейерверком.
С танок A.MI мпуска богвыж рми.
Конем XIX Я.
В квадратную трубу мл треноге
цмюкема ракета йилн< н* кмм к*вик
(1<Ижм<цтг)р! Ракету «мвнднки
на нем». n« w »рачмвая трубу
nt» вертикали и tnOKJOHTjAM
Осколочная ракета массой около
524
низкой точности, но в соединении с ядерными боеголовками превратились в решающее,
практически неотразимое средство нападения.
С созданием ракетно-ядерного оружия наземного и морского базирования, объединённого
быстродействующей системой управления и находящегося в постоянной готовности к пуску, в
мире впервые заговорили о возможности самоубийства человечества. В то же время это оружие
стало надёжнейшим средством сдерживания агрессии. Впрочем, разработка и
совершенствование систем управления в 60-х гг. сделали весьма грозными и БР с «обычным
снаряжением», поражающие с высокой точностью важные объекты противника — пусковые
установки, командные пункты, узлы связи.
Конструктивно межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) сходны с ракетами так
называемой
средней дальности (БРСД). (Похожи на них были и первые ракеты малой дальности —
тактические и оперативно-тактические.) Они размещаются вблизи линии фронта на мобильных
стартовых установках — колёсных или гусеничных шасси. Пусковые установки МБР и БРСД
выполнены в виде защищенных шахт, на железнодорожном ходу или многоосном колёсном
шасси.
Баллистическая ракета средней дальности РСД-10 «Пионер» (SS-20). Россия.
На вооружении с 1976 г. Длина — 16,49 м; диаметр — 1,79 м; стартовая масса — 36,0—37,0
т. Доставляет 3 ядерные боеголовки мощностью 0,15 Мт тротилового эквивалента каждая
на расстояние до 5500 км.
525
Сверхзвуковая противокорабельная ракета «Москит» КР ЗМ-80 (SS-N-22). Россия.
Имеет Х-образное крыло с размахом 2100 мм. Длина — 9385 мм; диаметр со сложенными
плоскостями — 1300 мм; стартовая масса — 3950 кг: масса боеголовки — 300 кг; дальность
стрельбы — 90—250 км. После пуска ракету можно направить на цель, довернув до 60°.
Баллистические ракеты морского базирования не ржавеют от морской воды; чтобы они могли
вписаться в ограниченные размеры корабля (особенно подводной лодки), их делают гораздо
короче наземных. Только на
этих ракетах разделяющиеся боеголовки размещены вокруг двигателя верхней ступени, а не в
отдельной головной части.
Крылатые ракеты «земля — земля» большой дальности (КРБД) сегодня запрещены
международными договорами. Какое-то время над этими самолётами-снарядами и
баллистическими ракетами работы велись параллельно. Уязвимость КРБД, сложность систем
управления ими на фоне преимуществ баллистических ракет свели самолёты-снаряды со
сцены. «Вторую жизнь» им дали новые системы управления и более совершенная авиационная
техника, позволившая значительно уменьшить размеры КРБД.
Крылатые ракеты «воздух — земля» могут наводиться с самолёта-носителя, земли, другого
самолёта или вертолёта-наводчика с высокой точностью. Особенно эффективны такие ракеты
против скопления бронированной техники и кораблей.
Противокорабельные крылатые ракеты имеют ряд принципиальных особенностей. Цель, на
которую они наводятся, крупная, радиоконтрастная, тёплая, её легко обнаружить и «захватить».
Однако она активно защищается — отстреливается и ставит помехи, да и корабельную броню
пробить не так-то просто. Поэтому здесь необходимы сложные системы управления с
уклонением от перехвата, спутниковым целеуказанием и специальные бронебойные
боеголовки. Особый класс образуют ракеты-торпеды, предназначенные для поражения
подводных целей. Некоторые из них представляют собой крылатую ракету, сбрасывающую на
определённом участке траектории самонаводящуюся торпеду. Ракеты-торпеды могут
выстреливаться на большой глубине из торпедных аппаратов подводных лодок.
Ракеты «воздух — воздух» и «земля — воздух» настолько похожи, что порой используются в
обоих качествах (например, американские «Сайдуиндер» и «Спэрроу»), Они имеют высокие
скорости и ускорения на разгоне и при манёвре, сложные системы наведения и дистанционные
взрыва-
Первые <овеикие блллжтмчесжме р4же>ы
526
тели. Существуют также «противоспутниковые» ракеты, запускаемые с самолёта вертикально
на предельных высотах, и зенитные управляемые ракеты, решающие задачи противоракетной
обороны или, иначе, противоракеты.
Противотанковые управляемые ракеты на текущий момент самые портативные. Они
применяются в бою в наиболее напряжённых условиях, а значит, должны быть предельно
надёжными и простыми в эксплуатации.
По способу наведения различают управляемые ракеты с командным телеуправлением и
самонаведением.
Командное телеуправление — исторически первое, наиболее простое в реализации. Оператор
или аппаратура на пусковой установке ведёт ракету до момента попадания в цель. Наведение
производится либо через оптический прицел, либо по изображению, получаемому с
установленной на ракете телекамеры, на мониторе оператора. Команды передаются по радио
или по проводам, идущим от оператора к ракете. Ракета может оснащаться аппаратурой,
которая удерживает её в луче лазера или радиолокатора, наведённого на цель, либо вычисляет
положение цели по двум радиолокационным лучам.
Ракеты самонаведения бывают активного, полуактивного и пассивного типов. Головка
активного самонаведения представляет собой радио- или лазерный локатор, который
определяет
ЗЕНИТНАЯ РАКЕТА 9М96Е
Большинство зенитных ракет имеют радиокомандное наведение. Вероятность попадания с
расстоянием уменьшается и зависит от точной работы наземного локатора. С увеличением
дальности переходят на применение активных головок наведения, в которых положение цели
определяет бортовой локатор ракеты. Но тогда радиолокатор и блок обработки информации
необходимо «вписать» в ракетную головку, а работать они будут при больших перегрузках.
Сложнейшую задачу удалось решить ведущему разработчику зенитных ракет — российскому
конструкторскому бюро «Факел». Сконструированная ракета 9М96Е массой 333 кг может
поражать цели на расстоянии до 40 км (420-килограммовый вариант 9М96Е2 с удлинённым
двигателем — на удалении 120 км). Создать бортовой локатор, способный «захватить» цель на
таких дистанциях, невозможно. Поэтому в память ракеты закладывают программу полёта в
район цели, а траекторию корректируют по командам с поста управления.
Большая дальность полёта достигается благодаря лёгкой — всего 24 кг — боевой части и
выходу на траекторию в разрежённые слои атмосферы с последующим снижением до высоты
цели.
Зенитная ракета 9М96Е.
527
Система залпового огня «Смерч». Россия.
Одновременно выпускает 12 ракет калибром 300 мм, накрывая площадь 672 тыс. м" на
расстоянии 20— 70 км. Боеприпасы оснащены 72 типами боевых головок —
противотанковыми, зажигательными, кумулятивными, противопехотными и др.
расстояние до цели и направление на неё, а бортовая аппаратура формирует управляющие
команды. При полуактивном наведении посторонний радиолокатор или лазер освещает цель, а
ракета принимает отражённый сигнал и наводится на неё.
Если головка самонаведения принимает собственное излучение цели (тепловое, оптическое,
радио- или звуковое), говорят о пассивном самонаведении. Именно оно позволяет реализовать
принцип «выстрелил — и забыл», увеличить число обстреливаемых целей и повысить
живучесть всего боевого комплекса.
Ещё более «пассивно» так называемое инерциальное наведение. Ракета летит по заданной
программе, даже не «видя» цели. Для этого она использует стабилизирующие системы
управления и датчики отклонения ракеты. Бортовые инерциальные системы автономны, почти
не подвержены помехам, надёжны, но не способны ни изменить курс, ни исправить ошибку во
время полёта. С их помощью выводят на траекторию боевые части баллистических ракет.
По физическим принципам наведения различают оптико-электронные (тепловизионные,
инфракрасные, телевизионные, лазерные, оптические), радиолокационные и радиотехнические
системы. Многие из них рассчитаны на работу сразу в нескольких диапазонах — например, в
инфракрасном и ультрафиолетовом.
Используются и комбинированные системы управления. Так, американская система управления
TERCOM ведёт крылатые ракеты на малых высотах с огибанием рельефа. В основном
действует инерциальная система, но на определённых участках траектория корректируется —
радиолокационная карта местности, над которой летит ракета, оцифровывается и сравнивается
с заранее введённой в память бортового компьютера. Если на пути возникает неучтённое
препятствие (скажем, высотное сооружение), ракета его огибает.
Наиболее перспективным способом запуска наземных и морских управляемых ракет считают
вертикальный старт с последующим доворотом ракеты на цель. Именно так запускают
баллистические, а также ряд зенитных ракет.
Неуправляемые ракетные снаряды (PC) калибра 82—240 мм дёшевы. PC можно производить и
запускать в больших количествах, сосредоточивая их на направлениях ударов, что
компенсирует недостаточную точность ракетных снарядов.
ТАНКИ
...Шёл третий год Первой мировой войны. В июле — августе 1916 г. англо-французские войска
не раз пытались прорвать оборону германской армии на реке Сомма (Франция). Но
проволочные заграждения и пулемётный огонь стали непреодолимым препятствием для
пехоты. И тогда 15 сентября 1916 г. английские войска впервые применили боевые гусе-
528
Первый ни* ММ «Самеи». 1916 г. Великобритания.
Танк поворачивал г помощью «хвоста» с нагонными
комЧ<1мм. Маста 28.4 г; жипаж —
8 человек; скорость — 4,5 км/ч;
броня — 10—12 мм:
вооружение — 2 пушки
калибра 57 мм
и 3 пулемёта (либо
только
5 пулеметов).
ничные бронированные машины — танки.
В переводе с английского слово «tank» означает «бак». Такое странное для военной техники
название новые машины получили случайно. При перевозке по железной дороге танки накрыли
брезентом, поэтому издали они напоминали большие цистерны. Нужно было сбить с толку
немецкую разведку, и англичане пустили слух, что везут баки — заказ русского правительства.
На брезенте даже написали по-русски: «Осторожно. Петроград».
Первые танки были тихоходны и неповоротливы. Броня толщиной всего 10—12 мм защищала
экипаж лишь от пуль и осколков. Танкистам приходилось работать в очень тяжёлых условиях:
сильная тряска, страшный шум, отработанные газы расположенного внутри корпуса мотора...
Однако, несмотря на все недостатки новых боевых машин, опыт их применения оказался
удачным, и уже к концу войны танки выпускали не только англичане, но также французы и
немцы.
ПЕРВЫЕ ОПЫТЫ ТАНКОСТРОЕНИЯ
Сначала считалось, что основное назначение танков — сопровождать пехоту, но к 1918г. были
созданы танки «инженерные», «кавалерийские» (скоростные), радиофицированные и «танки
снабжения». Стали строить лёгкие, средние, тяжёлые и сверхтяжёлые танки. Лучшей моделью
того времени считался лёгкий французский FT 17 «Рено». Именно с него скопирован первый
советский танк М (он же КС или «Рено Русский»), выпущенный в 1921 г.
В Англии в 20-х гг. создали танкетки — лёгкие гусеничные бронированные машины для
разведки и связи. Появились плавающие танки, а также машины со сменным колёсно-
гусеничным ходом, позволявшим быстро двигаться по обычным дорогам.
В СССР в первой половине 30-х гг. были приняты на вооружение танкетка Т-27 (вскоре её
сменили плавающие танки Т-37А и Т-38); лёгкий танк Т-26; манёвренные колёсно-гусеничные
танки БТ-2, БТ-5 и БТ-7; танки усиления (целая движущаяся батарея!) — средний
трёхбашенный Т-28 и тяжёлый пятибашенный Т-35, огнемётные танки ОТ-26 и ОТ-130.
«Инженерных» танков и бронетягачей выпустили очень немного.
ТАНКИ ВРЕМЕН ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ
Опыт Гражданской войны в Испании (1936—1939 гг.) показал, что нужны танки, броня
которых сможет
529
530
противостоять снарядам. В 1939— 1940 гг. в СССР были созданы лёгкий танк Т-50, средний Т-
34, тяжёлый КВ, а также плавающий танк-разведчик Т-40. Над их разработкой трудились
многие инженеры и конструкторы, в том числе М.И. Кошкин, А.А. Морозов, Ж.Я. Котин, Н.Л.
Духов, Н.А. Астров, Я.Е. Вихман, И.Я. Трашутин.
В сражениях Великой Отечественной войны прославился Т-34. После боёв на Курской дуге
(1943 г.) знаменитую «тридцатьчетвёрку» модернизировали: поставили 85-миллиметровую
пушку, толщину брони на башне увеличили до 90 мм. По боевым, эксплуатационным и
производственным качествам Т-34 был признан лучшим средним танком Второй мировой
войны. Более того, эта боевая машина и ныне состоит на вооружении в некоторых странах. В то
же время выпускались огнемётные танки ОТ-34, лёгкие Т-60, Т-70 и Т-70М, Т-80, новые
модели тяжёлых танков ИС
Лёгкий танк Т-60. 1941 г. СССР.
Масса — 6,4 т: экипаж — 2 человека; вооружение — пушка калибра 20 мм
и 7,62-мм пулемёт; скорость — 45 км/ч; броня: лобовой части — 35 мм, борта —
15 мм. Снят с вооружения в 1942 г. (заменён танком Т-70).
Средним тана TV А «Пантера». 194.) г. Германна.
531
Лучшим американским танком Второй мировой считался М4 «Шерман». Он отличался
простотой в обслуживании и управлении, однако по вооружению и броневой защите уступал
немецким «Тиграм» и «Пантерам», поэтому вести с ними бой не мог. «Шерманы» выпускались
несколькими заводами, что привело к различиям в конструкции. Так, одна часть танков была
вооружена пушками калибра 75 и 76,2 мм и даже 105-миллиметровыми гаубицами, другая —
ракетным оружием, похожим на советские катюши. США поставляли «Шерманы» союзникам,
в том числе и СССР.
За шесть лет войны танки превратились в основную ударную силу сухопутных войск они
показали прекрасные тактико-технические возможности в самых разных условиях. Главная
роль в бою отводилась средним танкам. При прорыве укреплённой линии обороны их
поддерживали тяжёлые танки с более мощными бронёй и пушками. Лёгкие танки использовали
части разведки и охранения. За время войны усилили их бронирование и вооружение.
Плавающие танки и бронетранспортёры (прежде всего американские) стали важным боевым
средством десантных войск В Соединённых Штатах Америки и Великобритании даже
пытались создать особые танки для воздушно-десантных войск
* Охранение — войсковое подразделение, которое защищает свою часть от внезапных
нападений противника.
532
ПОСЛЕВОЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТАНКОВ
Основу первого послевоенного поколения танков составили машины среднего класса —
советские Т-54, Т-55 и Т-62, американские М4б, М47 и М48 «Паттон», английские
«Центурион». Помимо этого в СССР были созданы тяжёлый Т-10 и плавающий ПТ-76, в США
— тяжёлый М103 и лёгкий М41 «Уолкер Бульдог», в Великобритании — тяжёлый «Конкерор»,
во Франции — лёгкий плавающий «истребитель танков» АМХ-13. В СССР в конце 50-х гг.
приняли решение перейти на производство единого типа танка, который должен был заменить
средние и тяжёлые. Назвали новую машину основным боевым танком.
В 60—70-х гг. появилось второе поколение основных танков: советский Т-64 (а позднее и Т-
72), американский М60, английский «Чифтен», французский АМХ-30, шведский безбашенный
StrvlO3, немецкий «Леопард-1» (1963 г.) — первый послевоенный немецкий танк (до этого в
Германии на вооружении состояли американские танки).
Они отличались большим калибром пушек и более мощным двигателем, были снабжены
системами управления огнём и приборами ночного видения. Примерно в эти же годы в США
создают авиадесантный танк М551 «Шеридан», в Англии — плавающий разведывательный
танк «Скорпион», в Швеции — плавающий танк-истребитель Ikv91.
ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ТАНКОВ
Третье поколение (после 1980 г.) составили немецкий танк «Леопард-2», американский Ml
«Абрамс», английский «Челленджер», советский Т-80У, французский «Леклерк», израильский
«Меркава». Броня у этих моделей комбинированная, многослойная, они снабжены системой
управления огнём, а также лазерным дальномером, бортовой ЭВМ и пушками новой
конструкции.
\
Средний тднж Т-54А. 1952 Г. СССР.
Потомком вндменит|wo Т-14 <*4итдян Т-54, который выпускался в 1944—-195Я гт
Зв >ТО ЯрСМЯ M.IUIMH4 Г (ММ МОЛгр»1М »И(МИМНД
Ма< < а модерн и кированнсмо танка — It*.4 г жмлаж 4 человека. скорость
*И> вц-м: Скроим в sirfN'Hwx лгмаяч мэрлуч а - 1UO мм на (ыыян* ДМ) мм.
вооружение пушка калиСкра 100 мм. < паренный < нем пулемет. эенмтный пулемет
Был смет с вооружемия и изменен танком Т-55.
О нежной босмой law* 2А4 • Лпммрл
1485 г ФРГ.
533
Современный основной танк является стержнем системы бронетанкового вооружения. Главное
его достоинство — сочетание огневой мощи, защищённости, подвижности и управляемости.
СИСТЕМА ВООРУЖЕНИЯ
Большинство современных основных танков оснащено гладкоствольными пушками калибра
105, 115, 120 и 125 мм или же 120-миллиметровой нарезной пушкой. Начальная скорость
снаряда, выпущенного из гладкоствольной пушки, высокая; он летит по настильной (пологой)
траектории и обладает мощным пробивным действием. Скорость подкалиберных снарядов
превышает 1700 м/с. В боекомплект танка входят также кумулятивные, осколочно-фугасные,
противовертолётные и противотанковые снаряды с пластическим взрывчатым веществом.
Российские танки вооружены противотанковыми ракетами, которые запускаются из пушки и
управляются по лазерному лучу (создать чисто «ракетные», т. е. без артиллерийских орудий,
машины пока не удалось). Это даёт возможность повысить дальность стрельбы до 5 км (по
сравнению с обычными 2—3 км). Другая особенность российских танков серий Т-64, Т-72, Т-80
и Т-90 — автомат заряжания. Он позволяет увеличить скорострельность, сократить экипаж до
трёх человек и уменьшить высоту машины. Из зарубежных основных боевых танков автоматы
заряжания имеют шведский StrvlO3 и французский «Леклерк». Чтобы повысить точность
стрельбы во время движения танка, используют системы, удерживающие прицел. Пушки
снабжены теплоизолирующими кожухами, устройствами для удаления пороховых газов после
выстрела и устройствами, контролирующими изгиб ствола.
Система управления огнём помогает быстро обнаружить цель, опознать её и получить
исходные данные для стрельбы. В такую систему входят оптические прицелы с дневным и
ночным каналами для командира и наводчика (командир следит за обстановкой из башенки с
круговым обзором), встроенный лазерный дальномер и электронный баллистический
вычислитель. В вычислитель вводят данные о расстоянии до цели, о скорости бокового ветра,
температуре воздуха и заряда, об атмосферном давлении и т. д.
Вспомогательное вооружение большинства танков включает в себя спа-
IДНК т-eov. 148S Г. СССР/Россмя.
*Подкалиберный снаряд — бронебойная болванка. Диаметр этой активной части снаряда
меньше калибра орудия, для стрельбы из которого он предназначен.
534
ренный с пушкой пулемёт нормального калибра (от 6,5 до 8,0 мм) и установленный на крыше
башни зенитный пулемёт нормального или крупного (от 8,0 до 20,0 мм) калибра с ручным или
дистанционным управлением. Специальные танки оснащаются огнемётом.
СИСТЕМА ЗАЩИТЫ
Танк защищает, прежде всего, броня. Стенки корпуса и башни сильно наклонены, чтобы
затруднить поражение кумулятивными снарядами и вызвать рикошет бронебойных. В
современных машинах широко применяют комбинированную многослойную броню,
сделанную из стальных сплавов, керамики, стекловолокна, слоёв полиуретана и мягкого
войлока (для защиты экипажа от осколков). С увеличением мощности бронебойных снарядов в
систему вооружения танка ввели динамическую защиту — плоские контейнеры со взрывчатым
веществом. Когда снаряд попадает в танк, контейнер взрывается, распыляя кумулятивную
струю или разворачивая бронебойный сердечник (поражающую деталь из твёрдого сплава в
бронебойном подкалиберном снаряде). Отделение экипажа стараются изолировать от
боекомплекта, который находится в кормовой нише башни или в специальном отсеке корпуса.
Защищает танк и маскировка — пятнистая окраска; цвет, размер и форма пятен зависят от
местности и времени года. В состав красок входят добавки, снижающие тепловое излучение и
радиолокационную видимость. Для маскировки используют также сети, чехлы, съёмные детали
(маски), дымовые и аэрозольные завесы, которые ставят при помощи дымовых гранатомётов
типа российской системы «Туча». Аэрозольные завесы не только маскируют танк, но и служат
ложной целью для высокоточного оружия.
На российских танках Т-80УК и Т-90 была впервые установлена оптико-электронная система
«Штора». Когда датчик сигнализирует об облучении танка лазером наведения ракеты
противника, комплекс автоматически выстреливает дымовые гранаты, которые создают завесу,
непроницаемую для лазерного луча, и «слепит» головку самонаведения подлетающей ракеты
своим лазером.
В 90-х гг. XX в. появилась так называемая активная защита: она уничтожает противотанковые
ракеты и реактивные гранаты на подлёте к танку. Снаряд обнаруживает бортовая
радиолокационная станция и подаёт
Тли Mkl <Mrp&w. 1ЧЯЧ I. Ицмиль
М»к с «в Ы т; жнл.ик —— Л ‘н-лийс* j. скорость —— 55 брони —
КОмТМ4НМр(МЫНН4Я. »•« И <р>'ЖС»*И».' — Г AdAlUM Т*МЬММ И у UHCJ 1
*Покрытия из полиуретана эластичны, износостойки, обладают антикоррозионными и
электроизоляционными свойствами.
535
(Имоемой ботвой ин* T-4Q. 1444 г. Гос сие.
сигнал. Затем автоматически выстреливаются осколочные или картечные заряды, сбивающие
снаряд с траектории или разрушающие его. Однако пока такие системы эффективны только
против ракет, скорость которых ниже скорости звука.
От оружия массового поражения экипаж защищают вентиляторы с фильтрами (они
препятствуют проникновению внутрь танка радиоактивной пыли, отравляющих веществ и
болезнетворных микроорганизмов). Предусмотрено и быстродействующее автоматическое
противопожарное оборудование.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Сильный двигатель для танка не менее важен, чем броня и огневая мощь. Он обеспечивает
большую скорость движения по шоссе, высокую проходимость на пересечённой местности,
приёмистость (способность быстро развивать полную скорость с места) и манёвренность. На
танках стоят многотопливные дизельные двигатели мощностью до 1500 л. с. Их можно легко
запустить при любой температуре, служат они долго, экономичны, работают на разных сортах
топлива (что немаловажно, так как базы снабжения в военных условиях оказываются порой
далеко).
Используют также газотурбинные двигатели (ГТД) высокой мощности (ими, в частности,
оснащены американский танк Ml «Абрамс» и российский Т-80). По мощности ГТД в 3—4 раза
превосходят дизельные двигатели тех же размеров, их легче запустить в мороз, но они дороже,
потребляют гораздо больше топлива, требуют тщательной очистки воздуха, сильнее
нагреваются и потому более заметны для тепловизоров. Для преодоления водных преград по
дну танку с ГТД требуется вытяжная труба — выхлоп в воду для него невозможен.
Все типы двигателей, как правило, устанавливают в едином блоке с трансмиссией, вместе с
быстроразъёмными соединениями трубопроводов и электрических кабелей, что позволяет при
неисправности заменять их даже на поле боя.
Трансмиссия (отлат. transmissio — «передача», «переход») — это меха-
536
низм, который передаёт вращение с выходного вала двигателя к ведущим колёсам гусениц,
обеспечивает изменение скорости хода и управление движением. Наиболее распространены
механические трансмиссии — компактные, с высоким коэффициентом полезного действия,
небольшой массой и недорогие. Однако в конце XX в. всё шире применяют гидромеханические
трансмиссии, которые заметно облегчают работу механика-водителя.
Ходовая часть танка включает в себя гусеничный движитель с ведущими и направляющими
колёсами, опорные катки с поддерживающими роликами, упругую торсионную или
гидропневматическую подвеску, связывающую корпус танка с осями опорных катков.
Гусеничный движитель распределяет вес танка на значительную площадь, обеспечивает
хорошее сцепление с грунтом и высокую проходимость. Современные гусеничные ленты,
благодаря соединению траков через резинометаллические шарниры, выдерживают до 10 тыс.
км пробега.
Чтобы танки могли преодолевать водные преграды глубиной до 5 м, их оснащают трубами для
забора воздуха и средствами герметизации. Плавающие танки держатся на воде за счёт
водоизмещения корпуса (при необходимости оно может быть увеличено) и навесных устройств
(понтонов).
Обязательный элемент оснащения танка — одна-две радиостанции. Они имеют несколько
фиксированных частотных каналов и приставку для засекречивания переговоров. Внутренняя
связь осуществляется через переговорное устройство.
Французский «Леклерк» — это первый серийный танк с информационно-управляющей
системой (ИУС).
Пмыюший ганк ПТ-76,
1951 г. СССР.
Мао л —• 14,6 т. экипаж
3 MttMWKd.* броня —
ЛрШИ4ЮЛулЫ1«1Я; скорость —
44 им/Ч Hd суше и де 10 км/ч
»м nvitr.' вооружение —
7Ь-мм пушка и 7,62-мм
пулемет Пр<•одолевает полные
преграды бел подготовки,
лвМАенме на п.лдлу —
с помощь*) водлмвта. Служил
л качестве ра.шедывателыкхо
и для поддержки морского
десанта.
*Трак (англ, track) — деталь гусеницы, фигурная стальная пластина с гребнями для сцепления с
грунтом.
**Торсион (от фр. torsion — «скручивание») — упругая рессора, работающая на скручивание.
Торсионная подвеска проста, надёжна и малоуязвима.
537
Центральный и вспомогательный процессоры с общей памятью значительно повышают
управляемость танков и целых танковых подразделений, а, следовательно, их эффективность в
бою. Однако в условиях широкого применения средств радиоэлектронной борьбы возможности
ИУС могут существенно снижаться.
В боевых условиях танки тесно взаимодействуют с пехотой, инженерными войсками,
артиллерией, авиацией, разведкой. Со временем бронетанковое вооружение и техника
«специализировались»: появились транспортно-боевые, разведывательные, связные, командно-
штабные машины, «сапёрные» танки, танки-мостоукладчики и инженерные машины
разграждения (предназначены для прокладывания пути сквозь различные заграждения, завалы
и т. п.), бронированные ремонтно-эвакуационные машины, бронетягачи и т. д.
БРОНЕАВТОМОБИЛИ
Первый бронированный автомобиль появился во время Англо-бурской войны 1899—1902 гг.
Он был сверху открыт и вооружён пулемётом. В 1903 г. в Австрии выпустили автомобиль,
полностью защищённый бронёй; пулемёт находился во вращающейся башне. Опробовали
новые машины в боевых операциях Триполитанской войны (1911 — 1912 гг.). В сражениях
Первой мировой все воюющие армии активно использовали бронеавтомобили. Не вытеснили
их и танки. В России к концу войны 1914— 1918 гг. был создан полугусеничный
бронеавтомобиль.
Тяжёлый пушечный бронеавтомобиль «Гарфорд-Путиловский». Россия. Фотография. 1916
г. Строился в Петрограде на шасси американского грузовика «Гарфорд». Масса — 8,6 т:
экипаж — 8 человек: броня — 7—13 мм: скорость — 20 км/ч: вооружение — 76,2-мм
короткоствольная пушка и 3 пулемёта.
538
Тмлгмии Sd КО 234/2
«Пума». 1444 I. Германия.
БОЕВЫЕ МАШИНЫ РАЗВЕДКИ
В 30-х гг. в СССР выпускали бронеавтомобили самых разных типов — лёгкие, средние,
тяжёлые, плавающие. Лёгкие бронеавтомобили (например, БА-20) вооружались пулемётами,
средние и тяжёлые — 45-мм танковыми пушками. В годы Второй мировой войны серийно
производили только лёгкий БА-64 — как машину боевой разведки. Гораздо шире применяли
бронеавтомобили германская, английская и американская армии.
Лёгкие, экономичные в производстве и эксплуатации, бронеавтомобили до конца 40-х гг.
выпускались на шасси обычных легковых
или грузовых автомашин. Для современных моделей шасси разрабатывают, как правило,
специально. Система регулировки давления в шинах повышает проходимость, а пулестойкие
покрышки защищают ходовую часть.
Прямыми «потомками» бронеавтомобиля, предназначенного для боевой разведки, стали очень
подвижные колёсные разведывательно-дозорные легкобронированные машины с пушечным
вооружением (английские «Салладин» и «Фокс», французская AMX-10R, немецкая «Лукс»,
итальянская «Фиат-6616», российская «Рысь») и лёгкие бронетранспортёры (советская БРДМ-
2). Одни оснащены малокалиберными автоматическими
539
Богеля рл «ведыалтглыыжоюриля млммнл «Луже». 1973 г. ФРГ.
Масса — 19.5 т; ж и лаж — 4 человека: скорость — 90 хм*ч: броня — стагьная
прэтмм>л>лысая, жмipvжрнне авт..мзтнчгчкая п^шка и пулемет калибров 20 и
I 7 ,Ы мм соответственно, мошность двигателя — 390 л. с. Машина оснащена
приборами ночного видения и навит аиионмой аппаратурой. «Лукс» движется садним
ходом с той жг скоростью. чти и вперед. Преодолевает водные преграды с помощью
гребных винтив со скоростью до 10 км/ч.
пушками, другие вооружены более солидно.
О том, как со временем менялось вооружение колёсных бронемашин, можно судить по
изменению калибра их орудий: от 76—90 мм в 60-х гг. до 105 мм в 80—90-х. Некоторые
модели уже нельзя отнести к разведывательным машинам — это, скорее, «пушечные
истребители танков» (например, итальянская «Центауро» или бразильская ЕЕ-9 «Каскавел»).
На шасси ряда колёсных бронемашин стоят ракетные комплексы — противотанковые,
зенитные и др.
БРОНЕТРАНСПОРТЁРЫ
Опыт первых боёв с применением танков показал, что пехота не всегда за ними успевает,
нарушается взаимодействие войск; в результате те и другие несут большие потери. Поэтому
уже в 1918 г. англичане стали пе-
Гусгимчный броне трлж портер Ml 11А1. 1964 г. США.
Мй( 14 - 11,0 1, экипаж — 1 май 2 чечивеки, возможен десант — 11 нам 12 ••емтегм. скорость —
65 kaVm броня нт Алюминиевого сочим протмвсхтульная: вооружение —- пулемет калибр* 12,7 мм;
мошмгм ть двигателя - 21 5 а. с Преодолевает i переп \ыяает । водные прет ради to с коростын до 6,5 кц'11
та <'мст перематывания гусениц.
540
ревозить пехотинцев и пулемётные расчёты на специально приспособленных танках. Так
появились первые бронетранспортёры (БТР). В период между Первой и Второй мировыми
войнами подобные машины начали выпускаться многими странами. В 1939—1945 гг. особенно
широко их применяли немецкая и американская армии. Попытки использовать БТРы
непосредственно на поле боя, пустив их позади танков, успеха не имели. Бронетранспортёр был
в основном транспортной машиной: он доставлял пехоту к месту сражения.
В последующие годы БТРы стали неотъемлемой частью вооружения пехотных подразделений,
а сама пехота превратилась в мотопехоту. Начали строить бронетранспортёры не только на
колёсном шасси, но и на гусеничном ходу. Это повысило проходимость машин, позволило им с
ходу преодолевать водные преграды. БТРы получили на вооружение пулемёты; от пуль и
лёгких осколков экипаж защищала броня.
В СССР после Второй мировой войны были созданы лёгкий колёсный БТР-40, средний БТР-
152 с пулемётным вооружением и открытым сверху корпусом, а также гусеничный БТР-50.
Затем появились БТР-60, БТР-70 и БТР-80 — они преимущественно используются в
мотострелковых войсках. На основе их конструкции разработали целое семейство бронемашин
— командирских, связи и управления, специальной разведки, ремонтно-эвакуационных,
санитарных. На БТР-80А в качестве основного вооружения стоит 30-мм пушка; через
амбразуры в бортах и лобовой части корпуса бойцы могут вести огонь из ручного оружия.
БОЕВЫЕ МАШИНЫ ПЕХОТЫ
В годы Второй мировой войны появились противотанковые средства ближнего боя
(американские базуки, немецкие фаустпатроны, противотанковые ружья), которые сделали
танки уязвимее. Теперь сопровождение танков в бою пехотой стало обязательным. Однако и
пехота нуждалась в надёжной защите. С этой целью была разработана боевая машина пехоты
(БМП). Она соединила в себе качества БТР и лёгкого танка поддержки. В бою БМП должны
двигаться вместе с танками, а потому они имеют равные с ними подвижность и проходимость,
одинаковые средства связи.
БМП и первого, и второго (после 1980 г.) поколений бывают лёгкими (массой до 20 т) и
тяжёлыми. Лёгкие машины (например, советская БМП-1, французская АМХ-10Р, итальянская
VCC-80) защищают только от лёгкого стрелкового оружия и нетяжёлых осколков; они
мобильны, могут с ходу преодолевать водные преграды. Тяжёлые БМП (в том числе немецкая
«Мардер», американская М2 «Брэдли», английская MCV-80 «Уорриор», шведская CV90)
предохраняют от огня автоматических 20—30-мм пушек, тяжёлых осколков, но менее
подвижны и требуют больше затрат в производстве. В тяжёлых БМП не делают бортовых
амбразур, броню используют многослойную, с навесной динамической защитой. Однако даже
такие
*Базука (англ, bazooka) — название ручного противотанкового гранатомёта в Вооружённых
силах США и некоторых других государств.
541
машины по уровню защищенности пока уступают танкам.
Вооружение большинства БМП включает в себя автоматическую малокалиберную пушку, а
иногда противотанковый ракетный комплекс. Советская БМП-1 (первая в мире серийная боевая
машина пехоты; принята на вооружение в 1966 г. ) имела гладкоствольное полуавтоматическое
орудие «Гром» калибра 73 мм и пусковую установку противотанковой управляемой ракеты
«Малютка»; БМП-2 (1985 г.) — автоматическую пушку калибра 30 мм и противотанковый
ракетный комплекс «Фагот» или «Конкурс»; БМП-3 (1990 г.) — 100-мм орудие — пусковую
установку, 30-мм автоматическую пушку. Пушечное вооружение дополняют пулемёты. Через
амбразуры в бортах десант может вести огонь из стрелкового оружия. При необходимости
десант спешивается через специальные люки. Для советских воздушно-десантных войск были
разработаны специальные «облегчённые» БМП. Существует несколько типов современных
боевых машин десанта, которые используются в различных целях.
542
БМП-Л. 19Й7 г. СССР/Россия.
Масса — 18.7 т; экипаж 3 человека: десант - 7 человек; скорость - 70 км/ч; броня—кл алюминиевого сплава, усилена стальными листами:
вооружение — 2 пушки калибров Ю и 100 мм, 3 пулемета калибра 7,62 мм. Через ствол пушки калибра 100 мм может лапускаться ГТТУР 9М117
i с наведением по лазерному лучу: мгявнпсть двигателя — 500 л. с. В бортах и кормовых дверях — 3 амбратуры. Преодолевает водные преграды с
помощью водомета со скоростью до 10 клУч. БМП-З можно оерсвогигь тяжелым вертолетом Ми-26 и сбрасывать на парашютных платформах.
БМП-3 в ралреле.
I — 100-ым орудие — пусковая установка: 2 — центральный шиток механика-водителя; 3 — приемопередатчик дальномер.): 4 — механизм
поворота башни; 5 — пулемет: 6 — прицел — прмТюр наведения; 7 — радиостанция; Я — укладка против.н тиковых ракет: 9 башня:
10 — огнетушитель: II — водометный ллижитель; 12 — опорный каток: 13 место опсратпрл наюлчика: 14 — место мсланика-аолителя.
543
Миноискагель ВИМ-652-В2.
I 1 — поисковая рамка;
2 — электронный блок;
I 3 — упаковка питания;
4 — головные* телефоны.
ТЕХНИКА ИНЖЕНЕРНЫХ ВОЙСК
На войне всегда приходилось не только разрушать, но и строить: сооружать заграждения,
прокладывать дороги, возводить мосты, оборудовать позиции. В современных армиях такие
задачи решают инженерные войска. Солдат с эмблемой этих войск по праву называют
тружениками войны: они выполняют тяжёлую и важную работу. Без них успех боевых
действий невозможен, а потери будут слишком велики.
ПРОКЛАДКА ДОРОГ. Залог успеха наступления — быстрота. Но пути солдат проходят не по
ровным автострадам, а через леса, заболоченные луга, изрезанную оврагами степь,
заснеженные поля. Чтобы проложить дорогу, в армии используют путепрокладчики. На
среднепересечённой местности такая машина выполняет свою задачу со скоростью 66 км/ч, на
снежной целине — со скоростью 14 км/ч; она способна с ходу срезать стволы деревьев с
диаметром до 25 см.
РАЗМИНИРОВАНИЕ. Нередко на пути войск встречаются минные поля. Их обнаруживают
миноискателями. Этот прибор изобрёл в 1934 г. советский военный инженер Б.Я. Кудымов, и
уже во Второй мировой войне миноискатели широко применялись всеми воевавшими армиями.
Наибольшее распространение получили переносные индукционные миноискатели,
реагирующие на металлические детали мин. Перед работой прибор регулируют так, чтобы в
наушниках устойчиво звучал низкий тон. Если приблизить поисковую рамку к мине,
544
у катушки изменится индуктивность, а в наушниках — высота звука. Сапёр может «услышать»
противотанковую мину, которая находится на глубине до 35 см. Современные устройства
позволяют отыскать мину, даже не имеющую металлических деталей.
Обнаруженные минные поля ликвидируют или пробивают в них проходы для боевых и
транспортных машин с помощью минных тралов, которые навешивают на танк Выдвинутый
далеко вперёд стальной каток вызывает взрыв, и по образовавшемуся проходу следует колонна
машин. Используют также реактивные снаряды: мины уничтожает взрывная волна.
Инженерным войскам приходится не только разминировать местность, но и минировать её. В этом
случае применяют специальные машины-раскладчики и средства дистанционного минирования
(артиллерийские и авиационные).
ФОРСИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ПРЕГРАД. Серьёзное препятствие на пути войск — реки.
Сначала разведка выбирает места для переправы, измеряет ширину и глубину реки, скорость
течения, фиксирует состояние берегов. Затем к делу приступают «рабочие войны». Людям
помогает техника. Например, тяжёлый механизированный мостоукладчик (ТММ) может
перекинуть мост через реку за считанные секунды. По сути дела, это автомобиль высокой
проходимости с закреплённым на нём складным мостом. Длина одного пролёта модели ТММ —
10,5 м, ширина проезжей части — 3,8 м. Конструкция опоры позволяет изменять её высоту от 1,7
до 3,2 м; сооружение выдерживает нагрузку до 60 т.
Для современных мостоукладчиков, или понтонёров (от лат. pons — «мост»), река шириной до
100 м не препятствие. Людей и технику
545
могут переправлять и на гусеничном самоходном пароме. Его формируют из двух
полупаромов, каждый из которых — автономная единица, состоящая из ведущей машины,
лодки и аппарелей.
Полупаром способен самостоятельно передвигаться как по суше, так и по воде. Максимальная
скорость движения на плаву — 10,6 км/ч; на нём (модель ГСП) переправляют тяжёлую боевую
технику массой до 52 т.
1
* Аппарель (от фр. appareil — «въезд») — устройство в носовой части десантного корабля для
выгрузки личного состава и военной техники на берег.
546
ПОЛЕВАЯ ФОРТИФИКАЦИЯ.
Объём земляных работ на войне огромен: окоп бывает нужен каждому пехотинцу, а порой и
танкам.
Полоса местности, подготовленная к длительной обороне, называется укреплённым районом.
Инженерные войска возводят фортификационные (от лат. fortificatio — «укрепление»)
сооружения — устраивают траншеи, ходы сообщения, оборудуют железобетонные и стальные
огневые точки. Всё это располагается в строго определённом порядке.
Для создания укреплённых районов применяют мощные траншеекопатели, экскаваторы,
бульдозеры. Современный траншеекопатель представляет собой тяжёлый артиллерийский
тягач с навесным рабочим оборудованием — ротором с десятью ковшами. Когда машина
движется, ротор вращается, и ковши роют траншею. Вырытую землю откидывает транспортёр.
Иногда на танк навешивают бульдозерное оборудование, и он сам выкапывает окоп. За час
такая машина способна вырыть траншею длиной 800 м, шириной 0,7—1,1 м, глубиной 1,5 м.
Горючего войскам требуется так много, что его просто невозможно перевезти на автомобилях и
по железной дороге. Кроме того, этот способ доставки ненадёжен, уязвим и неэкономичен. А
потому горючее решили перекачивать. С помощью механического канавокопателя отрывают
траншею, в неё укладывают гибкий трубопровод, а затем прикрывают землёй, ветками или
снегом.
МАСКИРОВКА. Спрятаться, затаиться, чтобы уйти от преследования или выбрать время для
внезапного удара,
подобраться незамеченным и уйти невидимым — важнейшие задачи воюющих сторон.
Инженерные войска немало сил и изобретательности тратят на маскировку — прятать им
приходится тысячи бойцов, громоздкую технику, вооружение и транспорт. Однако мало быть
невидимым для противника, надо ещё заставить его идти по ложному следу — наносить удары
по пустому месту. Так появляются макеты танков, грузовиков, самолётов. Во время Второй
мировой войны возводились даже ложные аэродромы, заводы, посёлки.
Сокременнла
бронированная
ре можно-.вам анионная
машина БРЭМ-ВОу.
Роесмя.
С ПСИ ВЫ Г J4 КИВяГГЪ
подбитую технику с поля
боя И (МЫ огивы
противника. Машина
оснащена краном
грузоподъемностью 1Я т
и бульдозерным отвалом.
ПОЗВОЛЯЮЩИМ быстро
вырыть танковый окон
или котлован.
НАЗЕМНОЕ МИННОЕ ОРУЖИЕ
Наземные мины (фр. mine) применялись с давних пор; оружие это простое, недорогое и
универсальное. В XIX в. изобрели электрические и химические взрыватели, а вместо пороха
стали использовать новые, значительно более эффективные взрывчатые вещества. К началу
Русско-японской
547
Разные виды мин.
К концу XX в. только в 64 странах мира было установлено ПО млн. мин (на границах, возле
охраняемых объектов, в зонах вооружённых конфликтов и т. д.). В том числе в Египте — 23
млн., в Иране — 16, в Анголе — 15, в Афганистане, Ираке и Камбодже — по 10, в Кувейте на
границе с Ираком — 1, на территории бывшей Югославии — более 3 млн. мин.
войны (1904—1905 гг.) появились противопехотные мины заводского и полукустарного
изготовления; при обороне Порт-Артура успешно применяли шрапнельный фугас.
В Первую мировую войну наземные мины имелись на вооружении всех воюющих государств.
Появление танков привело к созданию противотанковых мин. Железобетонные сооружения
пробивали кумулятивными зарядами (см. статью «Чем воюет пехота»).
Большой вклад в усовершенствование мин и минных заграждений в 20—30-х гг. внёс генерал
Д.М. Карбышев (1880—1945). Общее число наземных противопехотных и противотанковых
мин различных конструкций, установленных на советско-германском фронте во время Второй
мировой войны, превысило 200 млн. Советские партизаны пользовались специальными
«дорожными» минами, фугасными зарядами (в том числе радиоуправляемыми) для разрушения
железнодорожных путей, диверсионными (часто самодельными) минами. К вражеским
самолётам, автомобилям и цистернам прикрепляли магнитные и «липкие» мины. На советских
минах (их было свыше 40 типов) подорвалось около 10 тыс. германских танков, автомобилей и
другой техники, более тысячи поездов. Все воюющие государства использовали в этой войне
мины-сюрпризы, замаскированные под бытовой предмет — пачку сигарет, игрушку и т. д.
В настоящее время на вооружении армий состоят разнообразные мины: противотанковые,
противотранспортные, противопехотные и др.
Противотанковые мины срабатывают только при наезде на них танка или самоходного орудия,
бронемашины, но не реагируют на вес человека или животного.
Противоднищевые мины взрываются под танком, наехавшим на штырь в верхней части мины,
или по сигналу магнитного либо гравитационного (от лат. gravitas — «тяжесть») взрывателя,
который реагирует на очень большую массу. Нередко эти мины имеют заряд типа
«кумулятивное ядро», который пробивает днище танка и поражает его экипаж.
Противобортовые мины попадают в боевые машины сбоку, для чего используются
противотанковые гранатомёты или заряды типа «кумулятивное ядро». Они взрываются по
команде наблюдателя или автоматически, по сигналу датчика прохождения цели.
Противокрышевые мины выстреливаются из грунта, когда цель приближается, и поражают её
сверху.
Танки нередко снабжаются навесными тралами, а потому во взрыватель мины бывает
заложена схема «кратности». Взрыватель срабатывает после второго или третьего воздействия,
позволяя мине «пропустить» трал и поразить саму машину.
Противотранспортные мины рассчитаны на менее защищённые цели, поэтому в них часто
используются фугасные заряды, тяжёлые осколки или картечь (металлические шарики,
изготовленные из твёрдых сплавов).
Противопехотные мины поражают людей взрывной волной или осколками. Масса обычной
фугасной мины не превышает 0,5 кг, осколочной — 4,5 кг. Фугасная мина взрывается, если на
неё наступить; осколоч-
*Шрапнельный {англ, shrapnel) фугас — снаряд, при взрыве поражающий и ударной волной, и
пулями, которыми начинен его корпус.
**Трал минный танковый — навесное оборудование к танку, предназначенное для преодоления
противотанковых минных заграждений.
548
ные различаются по принципу установки и направленности действия. Их тяжёлые осколки
разлетаются или во все стороны, или только в определённом секторе пространства.
Выпрыгивающие мины разрываются над землёй, засыпая осколками обширную территорию.
Противопехотные и противотанковые мины ставят либо вручную, либо с помощью минных
заградителей, создавая минные поля. Существуют
1. Пропшолекотная
фут ас мая мима ПФМ-1
(• ымма-бабочка • >
• cvwkv маесомма корпусе.
СССР.
Ути мним сбрас wwin
с вирт плеча, в волдуке они
планируют и вращает пя
чтобы прнзгйчитьгя мигм»
нг взорвавшись при ударе*
2. Г1рс1пш4им*со1ндв мина
ПОМ-2. Рем сив.
3. ( игнасьмаа мина Р<х сия.
Радиус < игнасисамни —
500 ы. V> тдндванвартгя
на рас тяжках
(миталАичж кой прием км жр,
прикрепленном к демона тору
мины и колышку лиСм>
дереву}, выбрас ывает
до 12—15 ра тмехшетмыч
микриракит - IW’Wriri
UAHOBpl'MCMMU
4. Малая фугасная мина
$833. Италия.
в. Противопехотная
сип о мтчиая мина МОН-50
направлением о действия.
Рем. спя.
Мас<а — 2 кг.
V ст анавливаете м
на рас тяжках
7. Лас рАдмтельная мина
ПОМЗ-2М. Р<м < ия
Маста — 1.5 кг.
V< тана вливает с я
к.» ра< тяжках
8. Фут агмая мима SB 50.
Италия.
9. Противопехотная
фу г а« мая мина нажмммсио
лент тяня ПМН 2 Ртм тмя
Масса — 400 г.
10 llpoiwonmom mmhj
ТМ-62. Россмк.
11. Прслнаопгкогнаа мина
V MC-3. Россия.
12. Выпрыгимамша
осжосоннлк uifHAKieiwtji
мина ОЗМ-72. Россия.
Масс4 — 5 кг.
УслкнаАлмнаетса
на растяжкам
*Минный заградитель — машина (при необходимости на базе танка) для установки большого
количества мин.
549
также артиллерийские и авиационные системы, которые очень быстро, «внаброс» минируют
территорию и надёжно ограничивают манёвр противника. Мины снабжаются
самоликвидаторами, что позволяет обезвредить собственные минные поля по прошествии
надобности. Но мины могут быть и «неизвлекаемыми», чтобы противник не сумел их быстро
обезвредить. Мины, у которых корпус и детали взрывателя изготовлены из пластмасс или
других немагнитных материалов, обнаружить миноискателем трудно.
Развиваются и системы управления минными полями. Автоматические системы типа советской
«Охоты» дают возможность «выбирать» подрываемую мину в зависимости от положения цели
и тем самым продлевают «срок действия» минных полей.
Всё это многообразие минного оружия вынуждает войска иметь набор средств для поиска мин
и разминирования: ручные и самоходные миноискатели, минные тралы, взрывные заряды для
проделывания проходов и т. д. Например, атаку танковых и мотострелковых подразделений
могут возглавлять танки-тральщики и боевые машины, подрывающие особо опасные мины
зарядами на длинных шестах.
Наземные мины широко применялись в локальных (от лат. localis — «местный») войнах и
конфликтах (во Вьетнаме, в Афганистане, Чечне, на Ближнем Востоке). До сих пор на
территории ряда стран продолжают взрываться оставшиеся на полях противопехотные мины.
Используются эти боеприпасы и в террористических актах.
В последние годы набирает силу общественное движение за запрещение противопехотных мин,
от которых погибают и получают тяжёлые увечья сотни и тысячи мирных граждан. Однако
военные специалисты считают, что эту проблему нужно решать другим путём: мины-ловушки
запретить, а другие боеприпасы обязательно снабжать устройствами самоликвидации.
Не исключено, что у мин появятся и новые «специальности». Например, в процессе разработки
находятся «противовертолётные» мины. Они должны сбивать цели на сверхмалых высотах
потоком тяжёлых осколков.
ТЕХНИКА ВОЗДУШНО-ДЕСАНТНЫХ ВОЙСК
Воздушно-десантные войска (ВДВ) всегда наносят противнику удар с тыла — там, где его не
ждут. Десантно-транспортные самолёты доставляют
вооруженных людей, снаряжение и боевую технику далеко за линию фронта и быстро
разгружают её или сбрасывают на парашютах.
Ан-70. Pihihu.
Новейший десантный самоаСт. впервые в мире мой
практике (мнлшенныи винтовентиляторными
длиг.ттгаямм. котцсмае позволили < ослиннгт*
вькум.» । н*р«м it. - 750-—8(10 км/ч — < нм жим
рА( ХОДОМ ПИТ АЙВА
Длина самолета — 40.73 м: размах крыла —
44.1И» м; высота н.1 (Тонны* — 16.38 м: mouih<kть
каждого ит 4 виитсмм*нтмл1порных лвнт ателеи
14 000 л. с. Самолет (:посоГтем доставить
КМ) человек с оружием или 47 т гру та на 1 350 км
и 20 т на 7400 км. При укпро*м*»нк»м шлете
с грунта нагрузка ограничена 35 т.
550
Ан-124 .Руслан. 1982 г. СССР.
Самый большой на сегодня
транспортный самолет. Создам
в конструкторском бюро иллени
О. К. Антинооа пол руководством
П. В. Балабуева.
Н т летная мае са — 405 т; полезная
нагрузка — 150 т; экипаж —
6 человек; длина само лета — 70 м;
размак крыла 73,3 м; выс ота на
стоянке — 22,57 м. 4 двигателя
тягой по 23 тс (тонмо-енлы)
позволяют самолету лететь с полным
грузом на высоте 9000 м
и преодолевать расстояние более
6000 км. а с минимальной
загрузкой — 16 500 км.
Для подобных операций созданы самолёты особой конструкции, которая отвечает нескольким
требованиям. Во-первых, люк грузового отсека должен быть достаточно большим, чтобы могла
проехать техника. Во-вторых, выгрузке не должны мешать крыло, оперение и другие части
самолёта. И, наконец, необходимы трапы и рампы — наклонные площадки для въезда и выезда
машин.
Инженеры-конструкторы выбрали для ВДВ высокоплан с задранным вверх хвостовым
оперением, под которым расположен трап-люк почти во всю ширину фюзеляжа. Из-за больших
вырезов в фюзеляже конструкция становится менее прочной, и борт в этом месте усилен
дополнительными балками.
Существует такое понятие, как максимальная неделимая масса груза (предельная масса
единицы техники), которую можно сбросить с самолёта. Известно, что Ил-7б поднимает около
40 т, Ан-22 «Антей» — 60 т (в рекордном полёте — 105 т, но на то он и рекорд), Ан-124
«Руслан» — 120 т,
ЧТО ДАЛЬШЕ?
Парашютно-ракетные системы способны мягко посадить на землю груз массой более 40 т. Но
вес неделимого груза, сбрасываемого с самолёта, по-прежнему ограничен, так как самолёт
теряет устойчивость при
Транспортный самолёт «Геракл». Макет.
движении тяжёлых бронемашин к люку. А ведь когда-то тяжёлые бомбардировщики несли
пушки, автомобили, даже малые танки, подвешенные снаружи, и сбрасывали их, не нарушая
центровки самолёта.
Российское научно-производственное объединение «Молния» (создавшее космический корабль
многоразового использования «Буран») разработало проект транспортного самолёта «Геракл» с
внешней подвеской груза. Аэродинамическая схема — двухфюзеляжный триплан; длина
самолёта — 73,4 м; размах крыла — 90,4 м; высота на стоянке — 17,5 м. При взлётной массе
900 т машина способна доставить 450 т груза на расстояние 3100 км со скоростью 840 км/ч. Для
взлёта и посадки самолёту, способному поднять сразу 10 средних танков, достаточно полосы
длиной около 2 км. Габариты грузового контейнера — 60* 11 *9,4 м.
Самолёт, способный сесть на песок, болото, воду и взлететь с них, создаётся на Саратовском
авиационном заводе. Длина — 82 м; размах крыла — 128 м; высота на стоянке — 27,5 м;
взлётная масса — 600 т; полезный груз — 200 т; дальность полёта — 8600 км; потолок высоты
— 10 000 м; скорость — 650 км/ч. У самолёта 10 двигателей тягой по 18 тс.
551
НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ВЕРТОЛЁТАХ
Винтокрылые машины заинтересовали десантников сразу, как только грузоподъёмность
вертолётов достигла значительной величины. Прежде всего, привлекала возможность обойтись
без парашютов, а, кроме того, вертолёт способен забрать десант после окончания «работы».
Конечно, на больших расстояниях самолёт по-прежнему вне конкуренции, но на «коротких
дистанциях» теперь используют вертолёт. Аля десантников вертолёт — это не только
транспорт, но и боевая машина.
Среди вертолётов-транспортников рекордсменом остаётся отечественный Ми-26. Длина без
несущего винта — около 40 м; диаметр восьмилопастного винта — 32 м; высота на стоянке —
7,95 м; взлётная масса — 46,9—56,0 т; полезная нагрузка — 20 т; скорость — 255 км/ч; потолок
высоты — 1800— 4600 м; дальность полёта — 800— 1920 км; экипаж — 5 человек.
Вертолёт Ми-17 — аппарат классической одновинтовой схемы. Алина — 25,58 м; диаметр
несущего винта — 21,29 м; взлётная масса — 11,1 —13,От;
Транспортный вертолёт Ми-26.
полезная нагрузка — 5 т или 30 человек. Вертолёт может быть вооружён неуправляемыми
ракетами, подвесными пушечными контейнерами, пулемётами, а некоторые модификации Ми-
17 — и управляемыми ракетами.
Палубный двухвинтовой вертолёт Ка-29 соосной схемы предназначен для транспортировки
морской пехоты.
Габариты вертолёта определяются несущими винтами диаметром 15,9 м. При взлётной массе
Пт аппарат летит с 4 т груза или 16 пассажирами, но имеет рекордные потолок (может
«висеть» неподвижно на высоте 3700 м) и скороподъёмность (15 м/с). Машина вооружена
ракетами, пушкой калибра 30 мм и пулемётом калибра 7,62 мм.
Двухвинтовой вертолёт Ка-29.
552
однако сбросить они могут не более 20 т. Почему?
Грузовой отсек транспортных самолётов довольно длинный, люк находится в торце. Например,
нужно сбросить танк. Когда его двигают от места закрепления к люку, устойчивость самолёта
нарушается, центр массы смещается назад, и машина может войти в штопор. С перемещением
20-тонных «гирь» системы управления отечественных транспортников ещё справляются, а
более тяжёлые грузы пока остаются в зоне риска.
Как же сбрасывают грузы, технику и людей? Самый распространённый способ — парашютный.
Многокупольные парашютно-ракетные комплексы обеспечивают мягкое приземление грузов
массой до 40 т. Парашют гасит скорость снижения в лучшем случае до 5—10 м/с, что для
сохранности техники недостаточно. Поэтому платформы, на которые помещается груз,
оснащают или амортизаторами, сминающимися при ударе, или упругими надувными
«подушками». Чаще, чем «подушки», используют твердотопливные тормозные двигатели (не
случайно такие комплексы называют не только парашютными, но и ракетными). Двигатели
закрепляют на платформе; около самой земли они срабатывают и гасят скорость практически
до нуля.
Однако парашютный способ имеет свои недостатки. Им нельзя воспользоваться при большой
скорости ветра (груз может быть унесён за много километров) или на малой высоте (это
опасно, когда действует система ПВО противника).
На ровные открытые площадки самоходную технику с хорошей амортизацией и грузы на
платформах можно сбрасывать и без парашютов. Транспортник летит на высоте около 10 м (так
называемый бреющий полёт). Через открытый грузовой люк выпускают небольшой парашют
на длинной стропе, конец которой прикреплён, например, к танку. Парашют наполняется
воздухом и вытягивает груз.
Наиболее «экзотично» выглядит беспарашютное десантирование людей. Самолёт идёт над
полем на предельно малой высоте: между фюзеляжем и грунтом остаётся не более 2 м. Из люка
спускают матерчатые полотнища; они волочатся по земле, и по ним скатываются (в прямом
смысле слова) солдаты.
Наконец высадка позади, и десант вступает в бой. Чем сегодня располагает «крылатая пехота»?
Во-первых, конечно, индивидуальным оружием. Ножи, пистолеты и ручные гранаты у
десантников те же, что и в других войсках, а вот с автоматами, а тем более с винтовками дело
обстоит иначе. От обычных их отличает складной приклад: оружие не должно мешать
десантнику ни в самолёте, ни при спуске на землю. За рубежом разрабатывались специальные
укороченные десантные автоматы и пистолеты-пулемёты, но даже самые удачные образцы
оказались не очень удобны в применении.
Во-вторых, ВДВ используют пулемёты, противотанковые гранатомёты, управляемые ракетные
комплексы, переносные зенитные ракетные комплексы, лёгкие миномёты — словом, оружие,
которое расчёт (два-три человека) может унести на себе. Малогабаритные управляемые ракеты,
запускаемые с переносных станков,
РПГ-7Л. 1960—1964 rt. СССР.
РльЛмныи |рл1МП>мст для гирашитмоов-лехднгмиков. Создан гулмким
шяктруктороы В. Ф. Фунлаеным. Это < ладкогзвольмая груба с расширительной
камерой в центральной части; впереди находится прицел и пистолетная рукоятка
со спусковым кротком, сзади — сопло для выхода реактивных тазов. внизу —
надкалиГтерная граната. Стрельбу из РПГ-7Д ведут с плеча.
Мас са — 6,72 кг: длина - 970 мм. при разборке — 640 мм; калибр ствола — 40 мм.
гранат — Я5, 93. 105 мм; прицельная дальность стрельбы до 500 м.
553
БРОНЯ «КРЫЛАТОЙ ПЕХОТЫ»
Третья модель боевой машины десанта — БМА-3 — принята на вооружение в 1990 г. Масса
БМД-3 — 13,2 т. С двигателем мощностью 450 л. с. машина развивает скорость до 70 км/ч на
суше и 10 км/ч на воде при волнении до 5 баллов. В машине размешаются механик-водитель,
наводчик-оператор и 5 десантников. В их распоряжении пушка калибра 30 мм, пулемёты
калибров 5,45 и 7,62 мм, автоматический гранатомёт АТС-17 калибра 30 мм, 4
противотанковые ракеты (ПТУР) и личное оружие.
Впереди, справа и слева от водителя сидят стрелки (у пулемёта калибра 5,45 мм и гранатомёта);
за ними располагается башня с пушкой,
пулемётом калибра 7,62 мм и ПТУР, далее — 3 десантника, которые могут покинуть машину
через люк и нишу над моторным отделением. Большой объём корпуса обеспечивает БМД-3
значительный запас плавучести. Машину можно сбрасывать вместе с экипажем на парашютно-
ракетных комплексах, сильно сокращая время подготовки десанта к активным действиям.
радикально изменили ситуацию на поле боя: десантники теперь отражают даже танковые атаки.
Причём для выброски такой техники тяжёлые транспортные самолёты не нужны.
Уже к середине Второй мировой войны стало ясно, что лёгкие танки десантных войск не
способны противостоять боевым машинам вдвое большей массы. В Советском Союзе вскоре
после войны были созданы авиадесантные самоходные артиллерийские установки (АСУ-57, а
затем АСУ-85). Они могут отражать танковые атаки, поддерживать десантников огнём и
перевозить их на броне.
В конце 60-х гг. появились БМД — боевые машины десанта. Сегодня в строю уже третья
модель. Они оснащены 73-мм гладкоствольной или 30-мм автоматической пушкой,
противотанковыми ракетами, пулемётами, автоматами, ручными пулемётами, гранатомётами,
переносными зенитными ракетными комплексами. На поле боя БМД должны выполнять две
задачи: «транспортную» и боевую — уничтожать удалённые цели. Однако под обстрелом в них
лучше не ездить: алюминиевая броня плохо защищает даже от пуль.
Наиболее важная из боевых машин десанта — десантный бронетранспортёр БТР-Д. На нём
размещают как всевозможные ракетные комплексы (противотанковые и зенитные), так и
уникальное 120-мм орудие «Нона-С», из которого можно
554
вести огонь обычными снарядами, минами и управляемыми ракетами.
До недавнего времени в России специальной колёсной техники для воздушного десанта не
было, но уже сейчас проходит испытания и готовится к серийному производству
многоцелевой автомобиль ГАЗ-3937 «Водник». Машина способна идти по бездорожью,
преодолевать водные препятствия. На унифицированном шасси, в частично бронированном
корпусе, можно устанавливать самое разнообразное оружие.
ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ
Что считать днём рождения военной авиации — дату создания первого военного самолёта, дату
формирования военно-воздушных сил или дату первого боевого вылета? История авиации
помнит время и обстоятельства всех трёх событий.
Полёты братьев Райт на построенном ими аэроплане (см. статью «Гражданская авиация»)
достаточно долго не привлекали внимания военных. Впрочем, и сами Райты не желали до поры
до времени афишировать своё изобретение. Лишь в декабре 1907 г. Министерство обороны
США опубликовало требования, которым должен отвечать военный аэроплан; в частности,
надлежало пролететь немногим более 60 км со скоростью 65 км/ч. В конце июля 1909 г. Орвилл
Райт выполнил эти условия, развив на заданном маршруте скорость 68 км/ч. Высота полёта
едва превышала 50 м. Министерство обороны купило аппарат Райтов за 25 тыс. долларов.
Дополнительная премия — 5 тыс. долларов — была выплачена за скорость.
Конечно, такие достижения могли вдохновить только неисправимых оптимистов, но начало
было положено. Авиационное подразделение появилось в апреле 1910 г. в армии Франции, а
затем и в армиях других европейских государств.
Первый боевой вылет относят к февралю 1911 г. Это произошло в Мексике во время
революции 1910— 1917 гг. Лётчик-гастролёр, зарабатывавший демонстрацией полётов, провёл
в интересах правительственных войск разведку крепости повстанцев. Операция прошла
успешно: пилот
не только получил нужные сведения, но и «подавил систему противовоздушной обороны»
противника. Когда неприятель начал обстреливать самолёт, пилот сбросил в гущу солдат
апельсины и сигареты. Огонь прекратился — весьма элегантная и абсолютно бескровная
победа!
Осенью 1911 г. в Северной Африке между Италией и Турцией началась война, в которой
итальянская армия уже достаточно активно использовала авиацию. 22 октября капитан Пьяцца
провёл разведку по маршруту Триполи — Эль-Азизия. А 1 ноября лейтенант Гавотти сбросил
тяжёлые ручные гранаты на турецкую пехоту. Материальный урон от бомбардировки оказался
незначительным, но моральный эффект был огромен. Спустя два месяца с воздуха посыпались
листовки — в них туркам предлагали
Такие хрупкие конструкции, как этот «Фарман» VII, стали первыми военными
самолётами.
555
капитулировать. А 24 февраля 1912 г. при авиационной разведке впервые применили
фотокамеру.
ПЕРВАЯ ВОЙНА В ВОЗДУХЕ
Мощным стимулом для развития боевой авиации стала Первая мировая война. В начале её все
аэропланы были многоцелевыми. С них фотографировали расположение войск противника; а
немцы уже 30 августа 1914 г. бомбили Париж. Бои в воздухе случались редко. В августе того
же года английский пилот применил против немецкого самолёта личное оружие — револьвер. 8
сентября капитан российской армии Пётр Нестеров пошёл на таран австрийского аэроплана-
разведчика. Вражеская машина была уничтожена, но в столкновении погиб и русский лётчик.
Таким образом возникла потребность в аэроплане, предназначенном именно для воздушного
боя. Такая машина должна, во-первых, развивать достаточную скорость (ведь нужно настичь
противника), а во-вторых, иметь вооружение. Относительно скоростными в то время были
лишь небольшие одноместные аэропланы, где обязанности стрелка выполнял сам пилот.
Первым «тяжёлым» оружием стал пулемёт. Его закрепили неподвижно, направив вперёд,
чтобы лётчик мог целиться «всем самолётом». Проблему стрельбы через винт собственной
машины первыми решили французы: весной 1915 г. на самолёте «Моран» N установили винт со
стальными накладками. Пуля, попав в лопасть, отлетала, не причиняя вреда двигателю. Так
родился истребитель, назначение которого — уничтожать самолёты противника.
Летом 1915 г. немецкие конструкторы оснастили новый истребитель «Фоккер» E.I
синхронизатором — устройством, «разрешающим» пулемёту стрелять лишь в тот момент,
когда лопасти винта перед ним нет. Преимущество этого решения очевидно: во французском
самолёте накладки уменьшали эффективность винта, а пули, попадая в лопасть, создавали
значительные нагрузки на двигатель. Кроме того, синхронизатор позволял установить два и
даже три ствола. На счету немецких истребителей, недаром прозванных «бич Фоккера», немало
сбитых английских и французских самолётов (по большей части медлительных «разведчиков»).
Лётные характеристики истребителей начала войны довольно скромные. Мощность двигателя
достигала всего 80—100 л. с, поэтому скорость не превышала 135—145 км/ч, высота — 3000—
4000 м, а продолжительность полёта — 1,5 ч. Вооружены машины были 1—2 пулемётами
калибра 7,5—7,9 мм.
Бомбардировщик «Виккерс Вими». Великобритания.
Если бы Первая мировая война затянулась ещё на год, этот самолёт стал бы основным
бомбардировщиком Королевских ВВС. В июне 1919 г. такой самолёт совершил первый
беспосадочный перелёт через Атлантику.
Истребитель «Фоккер» Dr.I. Германия.
Этот триплан стал знаменитым благодаря летавшему на нём асу Манфреду фон
Рихтгофену — Красному Барону.
556
Первые истребители («Моран» N, «Фоккер» E.III) были монопланами. Истребители-бипланы
появились в 1916 г. (первым стал французский «Ньюпор» XI). Обе несущие плоскости (крылья)
были связаны друг с другом и с фюзеляжем, и потому конструкция получилась лёгкой, но в то
же время жёсткой и прочной. Это позволило сократить число стоек и расчалок, а,
следовательно, увеличить скорость. Крыло выдерживало большие, чем у моноплана,
перегрузки, что в бою означало лучшую манёвренность.
К ноябрю 1918 г. лучшие истребители уже развивали скорость 220 км/ч, мощность двигателя
возросла до 220—270 л. с, максимальная высота полёта составляла 6000—7000 м,
продолжительность — 1,5 ч; вооружены они были 2 синхронными пулемётами калибра 7,5—
7,9 мм.
Выделение истребителей в самостоятельный класс стало началом специализации военных
самолётов. Вслед за истребителями появились бомбардировщики. Основное назначение этих
машин — поражение наземных целей при помощи бомб. В большинстве стран строили лёгкие
бомбардировщики (60— 120 кг бомб), и лишь Россия, благодаря конструктору И.И.
Сикорскому, к началу войны обладала тяжёлым бомбардировщиком «Илья Муромец» (250—
300 кг бомб). Этот самолёт мог поражать цели, расположенные в глубоком тылу противника.
Развитие бомбардировщиков поначалу сдерживалось отсутствием мощных двигателей. Лишь
создание моторов водяного охлаждения, не имевших ограничений по росту мощности (в
отличие от маломощных ротативных двигателей), дало возможность приступить к разработке и
выпуску машин нового класса (появились примерно в 1916 г.). В основном это были средние
бомбардировщики, в частности итальянский «Капрони-33» (трёхмоторный), немецкие AEG
G.IV и «Гота» G.V, французский «Кодрон» R. 11. Они имели примерно одинаковые
характеристики: 2 двигателя по 220— 270 л. с. каждый; экипаж — 2 или 3 человека;
вооружение — 300—600 кг
бомб и 2 пулемёта; скорость — 140— 160 км/ч; дальность полёта — 500— 600 км. По
конструкции эти бомбардировщики тоже были схожи между собой: цельнодеревянные
фюзеляжные (за исключением «Капрони») бипланы; двигатели размещены на крыле. У
немецких самолётов стоял двигатель с толкающим винтом, а у машин других стран — с
тянущим.
В 1916—1917 гг. в Германии построили бомбардировщики, которые брали на борт до 2 т бомб
и 7 человек экипажа; вооружение состояло из 6 пулемётов. Высокую скорость они, правда,
развить не могли, но дальность полёта уже приближалась к 1000 км. Для своего времени эти
самолёты были настоящими гигантами. К осени 1918 г. подобный бомбардировщик появился и
в Великобритании. «Хэндли Пейдж» V/1500, взлетев с базы в Англии, мог донести 500 кг бомб
до Берлина и, сбросив их, вернуться на свой аэродром.
Создание двигателей мощностью 300—400 л. с. позволило в 1917— 1918 гг. построить
одномоторные скоростные бомбардировщики. При бомбовой нагрузке 230—400 кг они
развивали скорость 170—180 км/ч и не только не уступали, но порой и превосходили
современные им истребители. Первые такие бомбардировщики — французский «Бреге» XIV и
английские DH.4, DH.9, DH.9a. Для защиты от истребителей противника
Истребитель «Ньюпор» XVII. 1916 г. Франция.
Один из первых классических истребителей. Конструкторам удалось добиться сочетания
скорости, манёвренности w вооружения — составляющих, важных и для современного
истребителя.
*В основе разделения бомбардировщиков на лёгкие, средние и тяжёлые могут лежать разные
критерии: бомбовая нагрузка, дальность действия и т. д. Причём эти критерии различаются по
странам; количественные характеристики со временем меняются.
557
Тяжёлый
Гюмоар.лмрчжшнк
«Илья Муромец*.
1914 г. Россия.
Имел весьма
прогрессивную
Первой мировой
войны, ini уже к кониу
191b г. мо
карахг<’ри( тики явно
сп ставали
от требовании
штемени.
Тяжёлый Сюмбарлмровши* «Капроии* Сэ-41«.
1916 г. Италия.
Громшлкии и неуклюжий, этот самолёт имел
три крыла и три двигателя (два тяиушмх. один
толкающий). Создание огромных
1х»м1мрлировщиков-4»мг1ламс)0 фирма
«Капрони* продолжала ли конца 2(Х-х гг.
они полагались в основном на скорость, а не на оборонительные пулемёты и могли действовать
без прикрытия.
РЕВОЛЮЦИОННЫЕ ПЕРЕМЕНЫ
Период, длившийся с конца Первой мировой войны до начала 30-х гг., — время интенсивных
поисков в военном авиастроении. Однако принципиально новые конструкции самолётов
разработаны не были. Улучшение лётных данных происходило в основном за счёт увеличения
мощности двигателей.
Революционные перемены произошли лишь в начале 30-х гг. Самой удачной машиной тех лет
стал И-16 (1933 г.) — истребитель-моноплан советского конструктора Н. Н. Поликарпова
(1892—1944). Самолёт имел свободнонесущее крыло, полностью убирающееся шасси; крыло и
фюзе-
558
ляж с работающей обшивкой (она придавала конструкции дополнительную прочность). Правда,
сделана была машина по-прежнему из дерева. И-16 образца 1935 г. развивал скорость 450 км/ч
и при этом обладал отличной манёвренностью.
Параллельно с И-16 Поликарпов сконструировал истребители-бипланы И-15, И-152, И-153.
Последний, созданный в 1938 г., был оснащён двигателем мощностью 800 л. с. и убирающимся
шасси; его скорость достигала 440 км/ч. И-153 стал вершиной развития схемы биплана:
дальнейшее увеличение скорости таких самолётов было малореально. Аналогичными
характеристиками обладали последние истребители-бипланы других стран: английский
«Глостер Гладиатор», американский «Грумман» F3F, итальянский «Фиат» CR.42, японский
«Кавасаки» Ki-10.
До середины 30-х гг. истребители-бипланы и истребители-монопланы сосуществовали почти на
равных: монопланы превосходили бипланы в скорости, но уступали им в манёвренности. В
1935—1940 гг. положение изменилось. Появились истребители, качественно отличавшиеся от
самолётов предыдущего поколения. На новых машинах — свободнонесущих монопланах —
стояли мощные (950— 1200 л. с.) двигатели с винтом изменяемого шага, шасси убиралось
полностью, кабина пилота была закрыта. Скорость составляла 480—580 км/ч, дальность полёта
— 700—1200 км (у японского «Мицубиси» А6М2 — до 3200 км! ), а потолок достигал 10000 м.
На этих истребителях усилили вооружение. На английских «Харрикейн» и «Спитфайр»
установили по 8 пулемётов калибра 7,7 мм, на немецких, французских и советских — 20-мм
пушку и пулемёты. В Италии и США сделали ставку на крупнокалиберные (12,7 мм) пулемёты.
Причиной усиления вооружения истребителей стал значительный прогресс в защите боевого
самолёта. Пилота прикрыли бронеспинкой и бронестеклом, топливные баки сделали
протестированными (от лат. protector — «прикрывающий», «защищающий»): когда бак
простреливали, вытекающий бензин попадал на особый материал, который разбухал и
перекрывал течь. Чтобы исключить взрыв паров бензина, пустое пространство в баке заполняли
углекислым газом. В результате таких усовершенствований пара пулемётов обычного калибра
против новых самолётов стала неэффективна.
В конце 30-х гг. появились двухмоторные истребители нового поколения. В большинстве это
были сравнительно тяжёлые двухместные машины, которые не могли на равных сражаться с
более лёгкими «родственниками». Плюсы двухмоторных самолётов заключались в мощном
вооружении (это важно для борьбы с вражескими бомбардировщиками) и большей дальности
полёта (что позволяло
Истребитель И-16. 1933 г. СССР.
Был одним из самых передовых самолётов в середине 30-х гг. Благодаря удачной конструкции и
постоянному совершенствованию он оставался в числе лучших истребителей на протяжении
пяти лет.
Истребитель Bf109. 1937 г. Германия
Самолёт конструкции Вилли Мессершмитта стал одним из основных истребителей Второй
мировой войны, хотя его «боевая карьера» началась ещё в 1937 г. в Испании. Благодаря
большому потенциалу конструкции и постоянному совершенствованию «109-й» оставался
серьёзным противником вплоть до 1945 г. К концу войны мощность двигателя возросла в 2,5
раза, а скорость — с 470 до 680 км/ч.
ПАЛУБНАЯ АВИАЦИЯ
В 20-х гг. начала активно развиваться палубная авиация, появившаяся ещё в Первую мировую
войну. Были разработаны колёсные самолёты, которые могли взлетать и садиться на палубу
специального корабля — авианосца. Для сокращения разбега боевой машины теперь
применяют катапульту, а для уменьшения пробега после посадки — тормозной крюк (он
цепляется за тросы, натянутые поперёк палубы).
559
сопровождать свои бомбардировщики). Вскоре круг применения двухмоторных истребителей
расширился, и они стали едва ли не самыми универсальными боевыми самолётами.
Созданный ещё в 1925 г. А.Н. Туполевым (1888—1972), возможно с использованием опыта
немецкой фирмы «Юнкере», бомбардировщик ТБ-1 определил схему многомоторного
бомбардировщика на много лет вперёд. Скорость этого двухмоторного цельнометаллического
свободнонесущего моноплана достигала 200 км/ч, дальность полёта — 1000 км, масса бомб —
1 т. Через пять лет появился четырёхмоторный ТБ-3, способный при той же скорости и
дальности поднять 2 т бомб.
Вплоть до середины 30-х гг. большинство бомбардировщиков являлись в той или иной степени
вариациями ТБ-1. Они унаследовали его угловатость и плохую обтекаемость. От истребителей
противника их защищали самолёты сопровождения, многочисленные открытые пулемётные
турели и прочная конструкция.
К 1935 г. в Советском Союзе выпустили бомбардировщик нового поколения — СБ. Он
развивал скорость 420 км/ч и был способен уйти практически от любого истребителя. Чуть
позже скоростные бомбардировщики построили в Великобритании («Бленхейм»), Германии
(Do 17, Не 111) и Италии (SM.79, «Фиат» Вг.20).
В середине 30-х гг. были созданы пикирующие бомбардировщики. Они сбрасывали бомбы не в
горизонтальном полёте, как обычно, а во время крутого, под углом 45—80°, снижения
(пикирования). Точность попадания при таком способе существенно выше. Пикирующие
бомбардировщики надёжно поражали малоразмерные цели, например мосты, корабли,
укреплённые огневые точки противника. Особое распространение эти самолёты получили в
палубной авиации, прежде всего для борьбы с кораблями противника — целями не только
малоразмерными, но и маневрирующими. Кроме того, пикирующие бомбардировщики
позволили организовать эффективную поддержку наземных войск на поле боя. Их вызывали
«для работы по конкретным целям»: уничтожить артиллерийские позиции или командный
пункт, подавить огневую точку...
Тяжёлый
бомбардировщик ТБ-3. СССР.
Один из символов советской авиации 30-х гг. Такие самолёты (несколько переоборудованные и
без вооружения) впервые совершили посадку на Северном полюсе.
* Турель увеличивает угол обстрела за счёт расположения одного или нескольких пулемётов на
кольце, вращающемся вокруг стрелка, и облегчает его работу.
560
Самая известная из подобных машин — немецкий одномоторный (1200 л. с.) самолёт Ju 87
(1939 г.). Он нёс до 500 кг бомб (позже до 1 т); экипаж состоял из 2 человек. Однако невысокая
(360 км/ч) скорость позволяла успешно действовать только под надёжной защитой
истребителей — в противном случае охотник сам становился лёгкой добычей.
К началу 40-х гг. военно-воздушные силы пополнились тяжёлыми бомбардировщиками новой
разновидности — высотными. Полёт на большой высоте (8000—9000 м) выгоден сам по себе:
увеличивается скорость и дальность, уменьшается вероятность обледенения самолёта. Для
бомбардировщика это означало ещё и большую безопасность: зенитный огонь уже не
представлял угрозы, а действия истребителей-перехватчиков были сильно осложнены.
Появление высотных бомбардировщиков заставило всерьёз заняться разработкой
бомбардировочных прицелов. Самым совершенным считался американский «Норден»: он
позволял в идеальных условиях с высоты 7000—8000 м попасть в цель размером 15x15 м.
Самолёты для поддержки войск на поле боя вынуждены действовать на малой высоте и потому
особенно уязвимы для зенитного огня. Штурмовик Ил-2, созданный советским
авиаконструктором С. В. Ильюшиным
Скоростной бомбардировщик СБ. 1935 г. СССР.
Когда СБ был принят на вооружение, он превосходил по скорости почти все
истребители в мире. СБ успешно воевали в Испании, Китае, участвовали
в Финской кампании (1939—1940 гг.). Однако к началу Второй мировой войны
ни скорость, ни оборонительное вооружение уже не спасали их от истребителей
противника.
Пикирующий бомбардировщик Ju 87. 1937 г. Германия.
Стал одним из символов «блицкрига», эффективно поддерживая наземные войска во время
наступления и при обороне. Сбрасывая бомбы при пикировании, опытные пилоты добивались
отменной точности.
561
Тяжёлый высотный бомбардировщик «Боинг» В-17 «Флаинг Фортресс». 40-е гг. США.
К концу войны эти самолёты несли 2,2—2,7 т бомб и мощное оборонительное вооружение (12
пулемётов калибра 12,7 мм). Однако, действуя без прикрытия истребителей, несли ощутимые
потери при встрече с немецкими перехватчиками.
ПЕРВОЕ УПРАВЛЯЕМОЕ ОРУЖИЕ
Первенство в разработке и применении управляемого оружия, запускаемого с самолёта,
принадлежит Германии. В 1943 г. немцы успешно применили радиоуправляемую бомбу.
Точность попадания была высокой, но самолёту-носителю всё ещё приходилось входить в зону
зенитного огня. В том же году поступила на вооружение и радиоуправляемая крылатая ракета
— теперь не нужно было приближаться к цели ближе, чем на 2—3 км. Зимой 1944/45 г. немцы
приспособили бомбардировщик Не 111 для запуска автоматических крылатых ракет «Фау-1».
Так появился первый ракетоносец: его «снаряды» преодолевали расстояние более чем в 100 км.
Бомбардировщик «Норт Америкен» В-25 «Митчелл». 1941 г. США.
Типичный американский бомбардировщик Второй мировой войны. Имел мощное
оборонительное вооружение (12 пулемётов калибра 12,7 мм) за счёт уменьшения массы бомб.
Штурмовик Ил-2. СССР.
Ни один боевой самолет не строили в таком количестве, как бронированный штурмовик Ил-2,
— более 36 тыс. машин. Однако это число говорит не только о достоинствах самолёта, но и
о больших потерях, понесённых во время войны.
(1894—1977), сочетал в себе ударные возможности (400 кг бомб, реактивные снаряды, 2 пушки
калибра 23 мм, 2 пулемёта калибра 7,62 мм) и мощную защиту (бронирование двигателя и
кабины пилота спасало даже от 20-мм снарядов). В Великобритании, Германии и США те же
задачи решали истребители-бомбардировщики — истребители, на которые при необходимости
можно подвесить бомбы и реактивные снаряды (вначале 200—250 кг, к 1944 г. — до 900 кг).
Радиолокаторы, появившиеся ещё в 30-х гг., вскоре совершенно изменили характер действий
военной авиации. Радиолокационные станции (РЛС), размещённые на земле, могли
обнаруживать летящие самолёты и ночью, и в облаках. Тем самым авиация лишалась
последней возможности действовать скрытно и появляться внезапно. Позднее более
компактные РЛС удалось разместить и на самолётах. Такие станции позволяли обнаруживать и
перехватывать воздушные цели или вести поиск кораблей и подводных лодок. А в 1943 г.
англичане создали радиолокационный бомбовый прицел, и крупные неподвижные объекты,
расположенные рядом с подходящими ориентирами — характерными деталями ландшафта,
уже не были в безо-
562
пасности ни ночью, ни при сильной облачности или в тумане...
Когда потребовалось установить РЛС для перехвата самолётов, самым подходящим вариантом
оказались тяжёлые истребители. Эти боевые машины имели необходимый резерв мощности и
вооружение, а также второго лётчика, без которого было бы крайне трудно обслуживать
сложную, громоздкую и капризную аппаратуру. Так появились всепогодные и ночные
истребители, ставшие грозой для бомбардировщиков, рискнувших, несмотря на малую
скорость и недостаточное вооружение, довериться темноте — своей единственной защите.
Истребитель Bf 110/Ju 88. 1936 г. Германия.
Удачный ночной истребитель, переоборудованный из скоростного истребителя-
бомбардировщика. С 1942 по 1945 г. в ночном небе Германии разыгрывались настоящие
сражения с участием сотен самолётов, где истребители порой видели свою цель только на
экране РЛС
РЕАКТИВНАЯ ЭПОХА
Очередной этап в развитии авиации связан с разработками принципиально новых двигателей.
Ещё в начале 40-х гг. стало ясно, что скорость истребителей, на которых стоит традиционный
поршневой двигатель с винтом, вскоре достигнет предела. Мощность более 4000 л. с. для таких
моторов практически невозможна, и, кроме того, винт на скоростях свыше 750 км/ч теряет
эффективность. Создание турбореактивных двигателей (ТРД) решало эту проблему.
Первый массовый боевой самолёт с ТРД — немецкий «Мессершмитт-262», или Me 262 (на
фронте с 1944 г.). Он развивал скорость более 800 км/ч, превосходя на 100— 150 км/ч лучшие
истребители стран антигитлеровской коалиции. К концу войны немцы успели создать,
испытать и запустить в производство ещё два реактивных самолёта — бомбардировщик
«Арадо-234» и второй истребитель «Хейнкель-162».
«Мессершмитт-163», или Me 163 (1944 г.), предназначенный для перехвата тяжёлых
бомбардировщиков, оснастили жидкостным реактивным двигателем (ЖРД) с тягой более 1700
кгс. Двигатель работал меньше 10 мин, но за это время самолёт успевал подняться на высоту
9000 м, развить скорость 850—900 км/ч, сделать два-три захода на цель. Затем топливо
кончалось, и машина планировала на свой аэродром. Me 163 стал первым боевым самолётом-
бесхвосткой (т. е. с килем, но без стабилизатора) и первым в мире превысил скорость 1000
км/ч.
По мере приближения к скорости звука сопротивление воздуха возрастает скачкообразно.
Чтобы его уменьшить, конструкторы самолётов Me 262 и Me 163 крыло сделали стреловидным
(передняя кромка отклонена назад).
Большим достижением американских авиаконструкторов стал В-29 —
Истребитель «Мессершмитт-262» (Me 262). 40-е гг. Германия.
Первый самолёт с ТРД. Сотни этих машин участвовали в боях с июля 1944 г. до мая 1945 г.
Me 262 значительно превосходил по скорости поршневые истребители союзников, но многие
проблемы, связанные с приближением к звуковому барьеру, ещё не были решены.
Тяжёлый бомбардировщик «Боинг» В-29. 1942 г. США.
Самолёт значительно превосходил остальные тяжёлые бомбардировщики по всем
параметрам, имел богатое приборное, прицельное и электрорадиооборудование. После войны
был скопирован в СССР и выпускался как Ту-4.
563
Истребитель МиГ-17. 1951 г. СССР.
Представитель второго поколения реактивных истребителей. Сочетание новых
аэродинамических форм (стреловидного крыла и оперения) и мощного ТРД значительно
повысило скорости и высоты воздушных боёв, но вооружение по-прежнему ограничивало
дистанцию несколькими сотнями метров.
Истребитель МиГ-21. 1959 г. СССР.
Стал самым массовым сверхзвуковым истребителем в мире — за 15 лет в СССР было
выпушено около 10 тыс. таких самолётов, а в Китае производство МиГ-21 (под маркой J-7)
продолжается и сейчас. Долгое время этот самолёт был основой ВВС многих стран и в
некоторых из них продолжит службу и в XXI в.
F-4 «Фантом». 1961 г. США.
Один из самых удачных самолётов второй половины XX в. Его универсальность была поистине
поразительной, и к концу 60-х гг. F-4 не только заменил многие другие самолёты в
американской палубной авиации, но и стал основной «рабочей лошадкой» ВВС США.
стратегический бомбардировщик фирмы «Боинг» (1942 г.) — один из последних боевых
самолётов с поршневыми двигателями. Машина была оборудована герметичными кабинами,
самыми современными навигационными приборами, стрелковыми башнями с дистанционным
наведением. Для В-29 были доступны цели, расположенные даже в глубоком тылу противника.
Именно с этого самолёта 6 августа 1945 г. сбросили первую атомную бомбу.
Турбореактивные двигатели позволили существенно увеличить скорость самолётов, поэтому в
50-х гг. на них перешли почти все классы боевых машин; лишь военные транспортники начали
оснащать турбовинтовыми двигателями. К концу 50-х гг. скорость истребителей уже вдвое
превысила скорость звука. Схемы истребителей были разнообразны. Советский МиГ-19,
американский F-100 «Супер Сейбр» и английский ВАС «Лайтнинг» имели крыло с большим
углом стреловидности (50—60°); советские МиГ-21, Су-9 и английский «Глостер Джэвелин» —
треугольное крыло; американский F-104 — прямое очень тонкое крыло малого размаха;
французский «Мираж» III и американские F-102, F-106 были выполнены по схеме «бесхвостка»
с треугольным крылом.
Переход дальних бомбардировщиков на реактивные двигатели сначала был затруднён тем, что
первые ТРД расходовали слишком много топлива. Самолёт с такими двигателями уступал бы в
дальности полёта стратегическому бомбардировщику В-29. Однако стремление во что бы то ни
стало иметь самолёт, способный нанести удар по противнику на другом континенте,
стимулировало интенсивные разработки дальних и скоростных машин с большой
грузоподъёмностью. Сочетание этих требований привело к значительному увеличению
размеров боевых машин. В результате в начале 50-х гг. появились межконтинентальные
бомбардировщики с дальностью полёта более 12 тыс. км. Во второй половине 50-х гг. такие
самолёты посту-
564
пили на вооружение, став «ядерным мечом» и орудием устрашения. Американский «Боинг» В-
52 и советский ЗМ конструкции В.М. Мяси'щева были оснащены ТРД, советский Ту-95 —
турбовинтовыми двигателями. Последний, уступая В-52 и ЗМ в грузоподъёмности, сумел
достичь почти той же скорости и дальности полёта. Конструкция «Боинга» обладала самым
большим потенциалом для развития, и к началу 60-х гг. дальность удалось довести до 16 тыс.
км.
На место фронтовых бомбардировщиков пришли истребители-бомбардировщики. Бомбовая
нагрузка уменьшилась, зато самолёты этого класса развивали сверхзвуковую скорость и
обладали высокой манёвренностью, позволявшей при необходимости вести оборонительный
воздушный бой. Практически все такие машины были созданы на основе истребителей.
Появление ракет «воздух — воздух» положило конец классическому воздушному бою, где
противники могли стрелять на дистанции не более 1 км, — эти ограничения накладывались
оптическим прицелом и особенностями стрелкового оружия. Ракеты обеспечили возможность
атаки с большого расстояния.
Зенитно-ракетные комплексы (ЗРК) также изменили тактику авиации. Сначала ЗРК стали
смертельной угрозой для больших и неманёвренных целей — бомбардировщиков, а позже, по
мере совершенствования зенитных ракет, и для других классов машин. Боевые самолёты были
вынуждены осваивать малые (100— 500 м) и предельно малые (10—50 м) высоты. Здесь их
ждали новые неприятности: огонь зенитной артиллерии, опасность столкновения с землёй,
деревьями, высокими постройками. «Ответом» ЗРК, точнее, их системам наведения стали
средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Ими оснащались не только обычные машины —
появились специализированные самолёты радиоэлектронного подавления (РЭП) — так
называемые постановщики помех — и радиотехнической разведки (РТР).
Межконтинентальный бомбардировщик «Боинг» В-52 «Стратофортресс». США.
Почти полвека остаётся в строю, демонстрируя удивительную способность
приспосабливаться к новым задачам, вооружению, тактике боевых действий. Благодаря
большой боевой нагрузке (до 30 т) самолёт с успехом применялся в качестве обычного
бомбардировщика в локальных конфликтах, а оснащение его новыми двигателями позволит
довести дальность полёта без дозаправки до 25—30 тыс. км!
Стратегический бомбардировщик Ту-95. 1956 г. СССР.
Первый советский бомбардировщик, который способен долететь с ядерной бомбой на борту
до США и вернуться обратно. Выпуск разных модификаций Ту-95 продолжался почти 40 лет
и завершился лишь в 1992 г. Ту-95МС, вооружённый 6 крылатыми ракетами, составляет
основу сил дальней авиации России.
Палубный бомбардировщик А-4 «Скайхок». США.
Долгое время был основной ударной машиной палубной авиации США. Многие страны
использовали его в качестве истребителя-бомбардировщика. Американские самолёты
«Скайхок» участвовали в войне во Вьетнаме, израильские — в ближневосточных конфликтах
1967 и 1973 гг., аргентинские — в военных действиях на Фолклендских (Мальвинских) островах
в 1982 г.
565
ВОЗДУШНЫЕ ТАНКЕРЫ
Первые турбореактивные двигатели расходовали много топлива, поэтому дальность полётов
была ограничена. Как совместить большой радиус действия и скорость? Возникла идея
производить дозаправку одного самолёта с помощью другого (танкера) в воздухе. В середине
50-х гг. идею удалось реализовать технически, и дальность полёта машин, оснащённых такой
системой, стала ограничиваться только выносливостью лётчиков.
Первый в мире серийный самолёт вертикального взлёта и посадки «Харриер». 1960 г.
Великобритания. Фото British Aerospace.
Способен действовать с небольших подготовленных площадок. Основой успеха стал
двигатель, в котором удалось разделить воздушно-газовый поток на четыре струи и
изменять направление их истечения благодаря поворотным соплам. Потенциал самолёта,
созданного почти 40 лет назад, всё ещё не раскрыт до конца. На фотографии — «Харриер»
переходит из режима висения в режим полёта по-самолётному (видно переднее поворотное
сопло).
В начале 60-х гг. были созданы ракеты «воздух — земля», дальность действия которых
составляла несколько сот километров. При оснащении ядерной боевой частью они заменяли
ядерные бомбы. Стратегические бомбардировщики превратились в ракетоносцы (они могли
поражать цели, не прорываясь через пояс системы ПВО противника).
Аэродром — сооружение дорогое и уязвимое для ударов неприятеля. Постепенно возникла
идея создать самолёт, способный взлетать с любой пригодной площадки. Во многих странах
предпринимались попытки разработать самолёт вертикального взлёта и посадки. Однако
единственным успешным образцом такой машины стал английский «Харриер» (принят на
вооружение в 1969 г.).
На рубеже 50—60-х гг. появился один из самых известных и удачных боевых самолётов —
американский «Фантом». Он был создан в качестве палубного истребителя ПВО флота, но
вскоре стал использоваться и ВВС США. «Фантом» к тому же способен выполнять задачи
истребителя-бомбардировщика, разведчика и самолёта для борьбы с ЗРК.
В середине 60-х гг. авиаконструкторы разработали крыло с изменяемой стреловидностью. При
малом угле стреловидности (т. е. при «расправленном» крыле) значительно повышаются
несущие качества крыла на малой (дозвуковой) скорости. Это обеспечивает короткий взлёт и
меньший расход топлива при крейсерском полёте. Максимальный же угол стреловидности
Палубный истребитель вертикального взлёта Ял-38. 1975 г. СССР.
566
Штурмовик А-10. 70-е гг. США.
Появление этого самолёта решило проблему поиска эффективного средства борьбы с
танками и бронетехникой противника. Оно ознаменовало возвращение самолёта-штурмовика
— сравнительно тихоходного, но с мощной и продуманной защитой. А-10 развивает скорость
лишь около 750 км/ч, но благодаря прямому крылу обладает отменной манёвренностью у
земли. Мощное ракетно-бомбовое вооружение (массой более 7 т) дополняется пушкой калибра
30 мм с огромным боезапасом. Она буквально вспарывает тонкую верхнюю броню танков, БТР
и БМД.
позволяет самолёту может совершить скоростной сверхзвуковой бросок на малой высоте.
Таким образом, реализация идеи изменяемой стреловидности обещала большой выигрыш в
дальности и продолжительности полёта, во взлётно-посадочных характеристиках; при этом
скоростные качества сохранялись.
Первым боевым самолётом с таким крылом стал американский тяжёлый истребитель-
бомбардировщик F-111. Его применяли в других машинах того же класса (англо-немецком
многоцелевом «Торнадо», советском Су-24), в истребителях (американском F-14, советском
МиГ-23) и тяжёлых бомбардировщиках (американском В-1, советских Ту-22М и Ту-160).
СОВРЕМЕННЫЙ БОЕВОЙ САМОЛЁТ
При проектировании боевого самолёта необходимо учитывать различные требования. Самолёт
должен, во-первых, долго оставаться в строю, т. е. не устаревать морально и не изнашиваться
физически (сделать десятки тысяч вылетов); во-вторых, быть универсальным, т. е. способным
выполнять разные задачи (иногда в одном вылете). Скажем, есть машины, которые, в
зависимости от типа вооружения, могут «работать» и истребителями, и истребителями-
бомбардировщиками. Отказ от специализации в пользу многофункциональности —
567
Истребитель -Мираж- 2000.
Франция.
Наследник энаменитого самолета
• Мираж• III. -Мираж* III и 2000 стали
символом французской боевой
авиации и самыми известными
Локхид» Р-3 • Орион». 1962 г. США.
Борьба С IXТДВОЛНЫМ»' лодками является
одгк»И ИТ важнейших илач мор* кой
авиации, особенно со времени
гнлталения <юдводных ракетоноттзев Р-3,
появившийся в начале 60-х гг., — одни
ит < лмых удачных и мат совых самолетов
этой категории. Для поиска субмарин
иутязльзуется магнитометр 1длинние
• жало* сзади! и гилртмкут тические буи.
Когда подводная ходка обнаружена,
применяют самонаводяшнеся
противолодочные торпеды и глубинные
бомбы.
США.
Самый известный представитель
класса самолетов дальнего
радиолокационного
обнаружения, наведения и
управления, [го часто называют
просто АВАКС, хотя это слово
лишь описывает его назначение
IAWACS означает «воздушная
гиттема раннего
предупреждения
и управления »>. Благодаря
мошной РЛС. врашаюшаят я
антенна коптрои размешена
над фюзеляжем I» тарелка• >,
самолет способен. находясь вне
зоны ПВС) противника, держать
пол контролем значительное
пространство и управлять
действиями своей авиации.
568
Истребитель F-l5. 1975 г. США.
Высокая манёвренность и скорость сочетаются в этом самолёте с мощным вооружением и
очень высокой стоимостью. Открытый на «спине» машины щиток — воздушный тормоз.
Истребитель F-16. 1977 г. США.
Создавался в качестве лёгкого истребителя для манёвренного воздушного боя. Благодаря
относительной дешевизне F-16 получил широкое распространение — сначала во многих
европейских странах, входящих в НАТО, а затем и по всему миру. Со временем самолёт стал
универсальным — сейчас он может использоваться в качестве истребителя, ударного
самолёта, разведчика, для борьбы с ЗРК.
Истребитель Су-27. 1983 г. СССР.
Создан на рубеже 70—80-х гг. как ответ на американский самолёт F-15. Большие размеры Су-
27 не стали помехой для исключительной манёвренности и отличной тяговооружённости
(отношение мощности двигателя к взлётной массе), одновременно обеспечив его мощным
вооружением и огромной дальностью.
569
СУ-ЗОМК
Двухместный многофункциональный истребитель Су-ЗО и несколько его модификаций созданы
в Опытно-конструкторском бюро имени П. О. Сухого.
Выхлопные сопла двух турбореактивных двигателей способны отклоняться на 32° по
горизонтали и на 15° по вертикали. Таким образом самолёт может выполнять то, что
недоступно другим машинам этого класса, — «притормаживать», а потом разворачиваться на
месте, подобно вертолёту.
На 12 узлах подвески самолёт несёт 8 т боевой нагрузки — реактивные управляемые снаряды
различной дальности, авиабомбы, контейнерные и кассетные заряды, а также встроенную
пушку калибра 30 мм.
основная тенденция в авиастроении конца XX в. И, наконец, боевая машина должна иметь
большой потенциал для модернизации. Это значит, что, с одной стороны, на базе какой-либо
машины создают её специализированные варианты. Например, на основе истребителей F-15 и
Су-27 созданы ударные самолёты F-15E и Су-34. С другой стороны, самолёт может долго не
устаревать за счёт установки новых двигателей, оборудования, вооружения. Так развивались
советский МиГ-21 и американский «Фантом».
Что же представляет собой боевой самолёт рубежа II и III тысячелетий? Большинство машин
класса «истребитель/истребитель-бомбардировщик» выполнены по традиционной
аэродинамической схеме: у них есть крыло и хвостовое оперение. Французские
самолётостроители в истребителе «Мираж» 2000 применили схему «бесхвостка». Шведская
фирма SAAB для многоцелевого самолёта «Вигген» выбрала схему «утка» (горизонтальное
оперение расположено впереди крыла).
Ныне в истребителях ценятся манёвренность и вооружённость, важные в ближнем воздушном
бою; скорость имеет меньшее значение. Так, максимальная скорость американского F-16 или
советского МиГ-29 ниже, чем у самолётов предыдущего поколения — F-4 или МиГ-23. Отсюда
меньшая стреловидность крыла. Горизонтальное оперение состоит из цельноповоротного (без
отдельных рулей высоты) стабилизатора.
Шасси убирается в большинстве случаев в фюзеляж; его конструкция обеспечивает мягкую
амортизацию и поглощение значительных перегрузок при грубой посадке. Кинематика шасси
весьма сложна: стойки при уборке-выпуске зачастую претерпевают замысловатые
трансформации (несколько складываний, сложные повороты), чтобы поместиться в
минимальные объёмы ниш.
При строительстве самолётов по-прежнему применяют алюминиевые сплавы. Однако многие
элементы (рули направления, закрылки, аэродина-
570
Ударный самолёт Су-34. Россия.
Стал основой для целого семейства боевых машин, в частности для Су-34
(другое обозначение Су-32МФ), предназначенного для ударов но наземным и морским целям
Высокоточным оружием. Благодаря дозаправке полёт может продолжаться многие часы,
поэтому в самолёте имеются кухня и туалет.
мические тормоза, различные обтекатели) делают из композитных материалов (на основе
стекловолокна, углеволокна, пластмасс).
Современный военный авиационный двигатель — турбореактивный, оснащённый форсажной
камерой. Он развивает до 6000—8000 кг тяги в обычном режиме и 10 000— 12 500 кг — на
максимальном форсаже. На многих боевых машинах (F-14, F-15, F-18, «Торнадо», МиГ-29, Су-
27) стоят два двигателя, однако одномоторная компоновка также остаётся популярной (F-16,
«Мираж» 2000, «Вигген»),
У первых самолётов число приборов на борту не достигало и десятка. По мере усложнения
техники оно стало стремительно расти, и, когда перевалило за сотню, уследить за показаниями
всех устройств оказалось невозможно. Теперь информация выводится в цифровом и
графическом виде на многофункциональные дисплеи. Второстепенные данные появляются на
экране лишь в случае отклонения от нормы. Основные лётные параметры, состояние
вооружения, маркер прицела проецируются на лобовое стекло, поэтому пилот может
одновременно отслеживать скорость и высоту, наблюдать за окружающей обстановкой и
применять оружие. Системы спутниковой навигации, которыми оснащают современные
самолёты, способны определить их местоположение с точностью до нескольких десятков
метров.
Лётчик уже давно управляет не собственно рулевыми поверхностями, а лишь
исполнительными механизмами (чаще всего гидравлическими цилиндрами), которые и
отклоняют рули, стабилизаторы и элероны. На самых современных машинах действует
электронное управление. Пилот, отклоняя ручку, заставляет её вырабатывать аналоговый или
цифровой
Истребитель «Торнадо» F.3. Великобритания. Фото British Aerospace.
Совместными усилиями Великобритании, Германии и Италии был создан ударный самолёт
«Торнадо» CR.1. На его основе англичане разработали истребитель «Торнадо» F.3 для
перехвата тяжёлых самолётов (бомбардировщиков, ракетоносцев, разведчиков и
противолодочных самолётов) на большом расстоянии от базы.
На фотографии «Торнадо» F.3 отстреливает инфракрасные ловушки для ракет с тепловой
головкой самонаведения.
* Форсаж — режим работы, при котором в камеру сгорания впрыскивается дополнительное
топливо. Этим достигается значительное увеличение тяги, правда ценой огромного расхода
топлива.
571
БОЕВЫЕ ВЕРТОЛЁТЫ КА-50 И КА-52
Современные войска немыслимы без вертолётов. Эти манёвренные машины перебрасывают
десантников и группы специального назначения, доставляют технику, снаряжение и войска в
горы, болота и другие труднодоступные места. Во всём мире известны тяжёлые вертолёты
американского конструктора И.И. Сикорского, выходца из России. Не имеет аналогов в мире
одноместный боевой бронированный вертолёт Ка-50, прозванный «Чёрной акулой».
Ка-50 разработан в Опытно-конструкторском бюро имени Н. И. Камова в 1982 г. По
техническому совершенству боевых систем он находится на уровне лучших мировых образцов.
Машина массой 10,8 т развивает скорость свыше 300 км/ч, взлетает вертикально на высоту
5500 м со скоростью 10 м/с
Двухвинтовой вертолёт выполнен по соосной схеме. Лопасти винтов изготовлены из
композитных материалов, сохраняющих прочность даже при нескольких пулевых пробоинах.
Кабина пилота защищена двойной (сталь + алюминий) бронёй; наиболее важные системы
продублированы два, а то и три раза. Катапультное кресло пилота позволяет ему покинуть
машину в любой обстановке — даже на земле. (Разработчики считают, что по затраченному
труду и уровню инженерных решений система спасения пилота сопоставима с самим
вертолётом). А если двигатели откажут в полёте, машина станет плавно опускаться, используя
раскрученные потоком воздуха винты как парашют (такой режим называется авторотацией).
Вертолёт предназначен для уничтожения танков и другой техники противника, защищённой
системами противовоздушной обороны (ПВО), а также для борьбы с малоскоростными
воздушными целями. Он несёт 12 сверхзвуковых ракет с автоматическим наведением по
лазерному лучу. Ракеты способны поразить отдельную цель с расстояния 10 км вне зоны
действия средств ПВО. Конструкция пусковых установок позволяет стрелять из-за укрытий,
преград и с очень малой высоты. Пушка калибра 30 мм с боекомплектом в 500 патронов имеет
прицельную дальность стрельбы 4 км. Она оборудована системой стабилизации, которая
«держит» цель при колебаниях боевой машины в полёте. Кроме того, под крылья вертолёта
можно подвешивать контейнеры с дополнительными пушками, пулемётами и ракетами
различного назначения общей массой до 2 т.
Вертолёт оснащён навигационным комплексом, позволяющим летать днём и ночью в любых
погодных условиях. Кроме того, каждый пилот боевой группы имеет возможность видеть на
экране дисплея все «свои» вертолёты и координаты всех целей, обнаруженных ими. Командир
согласовывает действия группы и даёт команды атаковать.
Ка-50 был первым в мире одноместным боевым вертолётом. Однако сражаться в одиночку
нелегко — внимание рассредоточивается между управлением машиной, контролем за её
состоянием, наблюдением за боевой обстановкой и противником. Даже неопасное, но
«неудачное» ранение может лишить пилота способности управлять машиной и вести бой.
Хорошо продуманная схема Ка-50 позволила создать на его базе новую модель боевого
вертолёта — двухместный Ка-52. Его конструкция на 85 % состоит из деталей
предшественника.
Новый вертолёт сохранил практически все боевые качества своего одноместного прототипа, но
стал легче на 400 кг. Возможности Ка-52 при боевых вылетах ночью, в сложных метеоусловиях
по взаимодействию с другими воздушными и наземными аппаратами и комплексами
значительно возросли.
Ка-52 имеет две одинаковые системы управления с пилотских мест, расположенных рядом в
одной кабине (а не одно за другим, как в большинстве боевых вертолётов). В любой момент
управление машиной и её вооружением один лётчик может передать другому. Кроме боевого
применения Ка-52 пригоден и в качестве учебной машины для подготовки пилотов вертолёта
Ка-50.
ВЕРТОЛЁТ КА-60
Создан фирмой «Камов». Машина построена по одновинтовой схеме. Корпус и лопасти
несущего винта изготовлены из композитного материала (углепластика), не подверженного
коррозии. Углепластик поглощает шум двигателей и делает вертолёт менее заметным для
тепловизоров и радиолокаторов. Ка-60 оборудован радиолокационной станцией, системой
ночного видения и автономным навигационным комплексом. Ему не страшны запыление,
дымовые завесы и химическое заражение. Рабочие узлы сохраняют работоспособность при
простреле пулями калибра 7,62 и 12,7 мм, а отдельные детали, например композитные лопасти,
— и 23-миллиметровыми снарядами. Амортизационные кресла пилотов «Памир-К» снижают
предельные перегрузки.
Диаметр несущего винта — 13,5 м; длина фюзеляжа — 14,65 м; ширина — 1,9 м; высота на
стоянке — 4,6 м; максимальная взлётная масса — 6,5 т; полезная нагрузка — 2,0 т (2,5 т на
внешней подвеске); крейсерская скорость — 245 км/ч; высота полёта — 2100 м.
Многоцелевой вертолёт Ка-60. Конец XX в. Россия.
Вертолёт Ка-60 в разрезе.
1 —радиолокатор {«Арбалет»); 2— амортизационное кресло пилота («Памир-К»); 3 —
стреловидная законцовка лопасти несущего винта; 4 — дверь кабины пилотов; 5 —
убирающаяся стойка шасси; 6 — створки и двери грузовой кабины; 7 — блок неуправляемых
ракет; 8 — вспомогательная силовая установка; 9 — лопасти рулевого винта; 10 — привод
хвостового редуктора; 11 — выхлопной патрубок двигателя; 12 — двигатель (РД-600); 13 —
воздухозаборник; 14 — главный редуктор; 15 — втулка несущего винта; 76 — автомат
перекоса.
АВИАЦИЯ XXI ВЕКА
Одна из наиболее очевидных тенденций развития военной авиации на рубеже веков —
значительное повышение точности и надёжности управляемого оружия. Это позволяет
уверенно поражать цели небольшим количеством боеприпасов. Использование же самолётов
дальнего радиолокационного обнаружения, наведения и управления (ДРЛО) даёт возможность
постоянно контролировать авиацию противника. В таких условиях воздушные бои на ближних
дистанциях, в которых существенно выше роль случайности, превращаются в исключение.
Правилом же становится следующий сценарий воздушного боя: самолёт ДРЛО обнаруживает
противника, наводит на него свои истребители — и те, заняв выгодную позицию, неожиданно
атакуют его ракетами с большой дистанции. Лётчики могут даже не подозревать о том, что их
обнаружили, до момента попадания ракеты.
При дальнем воздушном бое манёвренность и энерговооружённость утратят прежнее значение.
Зато крайне актуальным станет снижение заметности самолета, как в радио-, так и в ИК-
диапазонах. Добиться этого можно за счёт специальной формы самолёта, минимизирующей
отражение сигнала в направлении радиолокационной станции (РЛС), покрытия, поглощающего
радиоволны, воздухозаборников двигателя с особым профилем, а также охлаждения и
рассеивания газовой струи на выходе.
F-117. США.
Следование принципам «стэлс» требует отсутствия выступающих деталей, а значит,
исключительно внутренней подвески вооружения.
Стратегический бомбардировщик В-2. США.
Истребитель «Локхид» F22. США.
ДПЛА используется преимущественно в разведывательных целях. «Глобал Хок» может
находиться в воздухе до трёх суток.
574
Эти принципы получили в США название технологии «стэлс» (от англ, stealth — «втихомолку»,
«тайком»). Особенно большой эффект от новой технологии ожидается для ударных самолётов,
разведчиков и бомбардировщиков. Раньше такие машины «проламывались» сквозь систему
противовоздушной обороны, используя предельно малые высоты, максимальную скорость и
мощный бортовой комплекс радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Новые самолёты будет трудно
обнаружить локатором на любой высоте, а крейсерский режим работы двигателей снизит
тепловое излучение.
Первым самолётом, созданным по технологии «стэлс», стал истребитель-бомбардировщик F-
117. Он был разработан в начале 80-х гг., но вошёл в строй лишь к концу десятилетия. После
него появились стратегический бомбардировщик В-2 «Нортроп» (1991 г.) и новейший
истребитель F-22 «Рэптор» (1996 г.; вероятно, поступит на вооружение только к 2010 г.).
Однако неуязвимость таких самолётов не абсолютна, а в значительной степени зависит от
ситуации, складывающейся во время боя. «Стэлсы» обеспечивают лишь значительное
снижение (иногда до 100 раз), а не полное отсутствие радиолокационного «эха». Они в той же
мере, как и обычные самолёты, могут быть обнаружены визуально. В будущем
совершенствование РАС может положить конец их безнаказанности.
Помимо совершенствования пилотируемой авиации всё большее внимание в ВВС будущего
будет уделяться беспилотным летательным аппаратам. Кроме естественного желания
сохранить жизнь лётчиков, военное командование вынуждено учитывать и то обстоятельство,
что подготовка боевого пилота длится не один год и стоит более миллиона долларов.
Значительные успехи в области телевидения, микроэлектроники и систем связи позволили
достичь впечатляющего прогресса в разработке дистанционно пилотируемых летательных
аппаратов (ДПЛА), чаше называемых беспилотными. Отсутствие человека на борту позволяет
заметно упростить и облегчить конструкцию ДПЛА и тем самым обеспечить ему значительно
более высокие лётные данные.
сигнал. Тот поступает по проводам в декодирующее устройство, и оно даёт команду
приводному гидроцилиндру. Такая система позволяет запрограммировать действия самолёта на
случай каких-либо нарушений — например, компенсировать отклонением рулей отказ
двигателя (или даже потерю киля или части крыла в бою).
Катапультное кресло — устройство, позволяющее пилоту экстренно покинуть самолёт, в том
числе неподвижный и находящийся на земле (сиденье класса «0-0», т. е. для нулевой скорости
и высоты). По команде на катапультирование руки и ноги пилота обхватываются фиксаторами,
после чего следует отстрел фонаря (прозрачного колпака) кабины, и ракетный двигатель
выбрасывает кресло на безопасное расстояние (чтобы не задеть хвостовое оперение). Затем
кресло отлетает прочь, и лётчик опускается на парашюте на землю. Включается радиомаяк, по
которому поисково-спасательная группа ищет пилота.
Радиолокационная станция предназначена для поиска, обнаружения и сопровождения целей.
Она позволяет «видеть» ночью, в тумане и дымке. На истребителе установлен радиолокатор
для перехвата воздушных целей. Бомбардировщики-ракетоносцы используют РЛС для атаки
наземных или морских объектов. Может быть установлена ещё одна радиолокационная станция
— для получения «картинки» местности при полёте на предельно малых высотах. Современные
РЛС обнаруживают цель размером с истребитель на расстоянии до 100 км.
Существенный недостаток радиолокационной станции — возможность обнаружить её
излучение. Заметив, что ведётся наблюдение, самолёт-цель может предпринять ответные меры
или выйти из-под атаки. Этого недостатка лишён ИК-локатор, реагирующий на инфракрасное
(тепловое) излучение. Поскольку ИК-локатор (называемый иногда тепловизором) сам ничего
не излучает, а лишь принимает инфракрасные лучи, исходящие от цели, то засечь его
невозможно.
575
Однако по дальности действия тепловизор существенно уступает РЛС.
Современное авиационное вооружение разнообразно. Есть традиционное — обычные бомбы
(50— 1500 кг), зажигательные (напалмовые) баки и неуправляемые авиационные ракеты
калибра 57—210 мм. Однако основное оружие — управляемое. Оно позволяет наносить
точные, «хирургические» удары. Это ракеты «воздух — воздух», поражающие воздушные
цели, а также управляемые ракеты и корректируемые авиабомбы, предназначенные для ударов
по наземным объектам.
Ракеты «воздух — воздух» разделяются на две группы в зависимости от типа излучения,
используемого системой самонаведения. ИК-ракеты реагируют на тепловое (инфракрасное)
излучение цели и предназначены для ближнего боя (300—16000 м). Первые образцы
реагировали на высоко-
ИСТРЕБИТЕЛЬ СУ-37 «БЕРКУТ»
Этот истребитель, созданный в Опытно-конструкторском бюро имени П. О. Сухого под
руководством главного конструктора М. Погосяна, совершил первый полёт 25 сентября 1997 г.
Его особенность — крыло с обратной стреловидностью, благодаря которому машина обладает
улучшенной манёвренностью.
Идея использования такого крыла возникла ещё в 30-х гг. В 1945 г. немцы сделали по этой
схеме бомбардировщик Ju-287, так и оставшийся экспериментальным. В 1984 г. американцы
испытали опытный истребитель Х-29 подобного типа, но сочли такое конструктивное решение
невыгодным.
температурное пятно реактивного сопла. ИК-ракеты последнего поколения стали
всеракурсными. Их система наведения способна реагировать на нагретые трением о воздух
кромки крыла или нагретые двигателем участки фюзеляжа. Сейчас используются американская
AIM-9L «Сайдуиндер» и советские Р-60 и Р-73 (великолепная всеракурсная ракета с
целеуказателем на шлеме пилота, не имеющая аналогов в мире).
Другие ракеты используют радиолокационный принцип наведения. Обычно РЛ-ракеты
применяются для стрельбы на средние и большие расстояния (до 50—80 км и 150—200 км
соответственно). К ним относятся американские AIM-7M «Спэрроу», AIM-120 AMRAAM и
советские Р-24, Р-77.
ИК-ракеты позволяют атаковать скрытно, в то время как РЛ-ракеты требуют постоянного
облучения цели радиолокационной станцией. ИК-ракеты можно применять в условиях сильных
радиопомех (когда РЛ-ракеты не способны осуществить захват и сопровождение цели). Но они
реагируют на солнце, и их достаточно легко «обмануть» ИК-ловушками, которые отстреливает
преследуемый самолёт, если лётчик понял, что попал под огонь.
В управляемом вооружении, предназначенном для поражения целей на земле или воде (ракеты
и корректируемые авиабомбы), используются другие способы наведения — телевизионное (ТВ)
или лазерное. При ТВ-наведении «картинка» с телекамеры, установленной на ракете,
передаётся на экран в кабине самолёта, и лётчик-оператор вручную наводит ракету на цель.
Лазерная головка наведения ракеты, напротив, сама находит цель по отражённому от неё лучу
лазера. Корректируемые авиабомбы (КАБ) обычно оснащены лазерной системой наведения.
Они не имеют двигателя, поэтому их приходится сбрасывать на большой скорости или с
большой высоты, чтобы обеспечить запас энергии для манёвра.
Для современной войны в воздухе характерно интенсивное применение
576
средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) прежде всего для подавления системы ПВО —
зенитных ракетных и артиллерийских комплексов. Даже у самого современного самолёта,
лишённого средств РЭБ, в зоне ПВО противника крайне мало шансов выжить. К
индивидуальным средствам РЭБ относятся известные еще со времён Второй мировой войны
дипольные отражатели (полоски фольги или металлизированное стекловолокно), создающие
после рассеивания в воздухе обширные засветки на экранах РЛС, и ИК-ловушки —
пиропатроны, выстреливаемые для «отвлечения» ракет с инфракрасным наведением.
В военной авиации ответ на вопрос: «Какой самолет лучше —Хили Y?» — далеко не очевиден,
а порой очень сложен. Сравнение по таким параметрам, как скорость, потолок высоты,
дальность полёта, количество и номенклатура вооружения, сейчас практически потеряло
смысл. И если в мирное время боевой самолёт удерживает противника от нападения своими
«бумажными» данными и характеристиками, то реальная проверка его качеств происходит
только в бою.
«ЧЁРНАЯ ПТИЦА»
В 1962 г. состоялся первый полёт американского самолёта SR-71, названного «Чёрная птица».
Выпустила этот уникальный для своего времени самолёт-разведчик фирма «Локхид»,
разработавшая и предыдущую машину того же класса — U-2. Главной зашитой U-2 была
высота полёта (18 000—22 000 м), и он долго оставался недосягаемым для перехватчиков.
Сбили его над СССР 1 мая 1960 г. зенитной ракетой. SR-71 значительно превосходил U-2 не
только по высоте (более 30 000 м), но особенно в скорости (3200 км/ч); дальность полёта
составляла 4800 км. Первый полёт SR-71 состоялся в 1962 г. Даже сегодня технические
характеристики этого самолёта остаются выдающимися и до конца не раскрыты, а рекорд
скорости, установленный «Чёрной птицей», пока не превзойдён.
ОРУЖИЕ ПРОТИВОВОЗДУШНОЙ ОБОРОНЫ
Самолёты стали использовать в военных целях, прежде всего для воздушной разведки, уже в
начале XX в., т. е. практически с момента рождения авиации. Это потребовало специальных
средств защиты, и уже в период Первой мировой войны были созданы орудия
противовоздушной обороны (ПВО). За последующие 80 лет «противоаэропланная оборона»
очень изменилась, но главная задача ПВО осталась — защита гражданских и военных объектов
от ударов с воздуха.
Современные средства противовоздушной обороны позволяют обнаружить летательный
аппарат противника, проследить за ним и уничтожить. Такие операции выполняют разные виды
техники. Типовой зенитный ракетный комплекс (ЗРК) включает в себя станцию обнаружения и
целеуказания, станцию сопровождения цели, средства поражения и аппаратуру управления
ими. Составляющие
KV-23-4 >Шн«и- Рсмсия.
577
ДВА ПОКОЛЕНИЯ РОССИЙСКИХ ЗЕНИТНЫХ РАКЕТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Вскоре после Великой Отечественной войны в СССР были приняты на вооружение
стационарные зенитные ракетные комплексы (ЗРК) С-25 и С-125, буксируемый ЗРК С-75;
зенитные пушки В-47, С-60, КС-18 и КС-19 (калибров соответственно 37, 57, 85 и 100 мм);
зенитные самоходные 23-мм установки ЗСУ-23-2 и ЗСУ-57-2 С-68. Однако дальнейшее
развитие средств воздушного нападения требовало создания более мобильных зенитных
комплексов. Их первое поколение — разработанные в 50—60-х гг. самоходные ЗРК «Круг»,
«Куб», «Оса», «Стрела-1», ЗСУ-23-4 «Шилка», переносные зенитные комплексы «Стрела-2» и
«Стре-ла-3». В 70—80-х гг. стали использоваться зенитные комплексы второго поколения. Они
лучше защищены от помех, быстрее реагируют на появление воздушных целей и способны
поражать их с большей точностью как на малых, так и на больших высотах. К этому классу
относятся: самоходные ЗРК С-300, «Бук», «Тор», «Стрела-10М»; переносные ЗРК «Игла» и
«Игла-1»; самоходный зенитный пушечно-ракетный комплекс «Тунгуска».
л
С-75 «Двина» (модификации — «Десна» и «Волхов»). СССР.
Первый отечественный мобильный ЗРК. Был принят на вооружение в 1957 г., снят в конце 80-
х гг. Поражал цель, летящую со скоростью 1500—2300 км/ч (417—639 м/с) на высоте 400—30
ООО м. Дальность полёта ракеты — 34—43 км: интервал между пусками ракет — 1,5—2 мин.
9КЗ 7 «Бук». СССР/Россия.
Мобильный ЗРК средней дальности для ПВО сухопутных войск. В состав комплекса входят:
машина управления, РЛС обнаружения и ведения ракет, самоходные огневые и
пускозаряжающие установки. Цели, летящие на высоте 15—22 000 м со скоростью 1000—
3000 км/ч (300—830 м/с), комплекс способен обнаружить на расстоянии 85 км и «вести» 35
км. Поражает одновременно до 6 целей на расстоянии 3—32 км. Особенность «Бука» —
наличие собственной РЛС наведения на каждой огневой установке: РЛС управляют и
ракетами.
комплекса располагаются отдельно или на одном шасси танка, БМП, БТР, автомобиля и т. и. В
воздушном нападении участвует, как правило, не один самолёт, соответственно и атаку
отражает тоже не один зенитный комплекс. Поэтому управление боем с применением средств
ПВО — сложнейшая организационно-техническая задача: количество целей велико, времени —
считанные минуты, а обстановка меняется в доли секунды.
СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ
Чем раньше удастся обнаружить и опознать противника, тем лучше можно подготовиться к
отражению налёта. В начале XX в. средства наблюдения были просты — собственные глаза да
бинокль. Со временем появились звукоуловители: шум моторов дозвуковых самолётов был
слышен задолго до того, как они попадали в поле зрения. Но
578
С-125 «Печора-2*. Россия.
Эта зенитная установка способна следить одновременно и 16 целями
Реактивные снаряды сбивают не только самолёты, но и крылатые ракеты.
Все системы ракетного комплекса смонтированы на трёхосных шасси.
настоящая техническая революция в этой области произошла с созданием в конце 30-х —
начале 40-х гг. радиолокационных станций (РЛС).
РЛС сразу стали «глазами» ПВО. Несомненное достоинство таких станций в том, что
применять их можно круглосуточно и в любую погоду. Со временем, однако, разработали и
средства противодействия РЛС — ракеты, самонаводящиеся на излучение локатора. Кроме
того, летательные аппараты сейчас проектируют так, чтобы они были менее заметны для
радиолокационных станций: специальное покрытие металлической поверхности поглощает
импульс локатора; особая форма аппарата «уводит» импульс в сторону. Но и РЛС начали
«умнеть».
Воздушную цель мало обнаружить, нужно ещё и определить, что это такое: одинаково
неприятно принять стаю гусей за стратегический бомбардировщик и наоборот. До сих пор
около 20% потерь на любой войне приходится на случайные удары по своим. Избежать ошибки
помогают системы обработки информации и автоматизированные системы управления,
способные по отражённым от цели радиолокационным сигналам
определить её природу. Плохо «видят» РЛС цели, летящие у самой земли. Чтобы обнаружить
штурмовики, вертолёты и крылатые ракеты на сверхмалых высотах, используют акустические,
тепловые и электромагнитные датчики, а также телевизионные камеры. Военные инженеры
работают над безопасностью самих РЛС. Так, применение в зенитно-ракетном комплексе
«Куб» телевизионно-оптического прицела позволило сократить продолжительность работы
радиолокационной станции в эфире. В результате повысилась защищённость системы от
противорадиолокационного оружия, и теперь передатчику станции больше не нужно работать в
течение всего времени полёта зенитной ракеты.
СРЕДСТВА ПОРАЖЕНИЯ
Итак, воздушная цель обнаружена, «захвачена» и опознана. Теперь её нужно уничтожить.
Иногда в дело вступают пилотируемые истребители-перехватчики, но чаще — зенитная
артиллерия и зенитные управляемые ракеты (ЗУРы).
Зенитные пушки применяли вначале для борьбы с аэростатами и
579
дирижаблями. Однако после Второй мировой войны их значение уменьшилось: с высотными
скоростными целями классическая ствольная артиллерия бороться не может.
Эффективным средством поражения являются малокалиберные автоматические пушки с
высоким темпом стрельбы. Они выпускают потоки снарядов и способны очень быстро
развернуться навстречу низко летящему противнику. Сегодня самоходная и буксируемая
малокалиберная зенитная артиллерия — главное средство борьбы с противокорабельными
ракетами, корректируемыми (управляемыми) бомбами, самолётами и вертолётами, которые
оказывают непосредственную поддержку войскам на поле боя.
Ракеты перед артиллерийскими снарядами имеют огромное преимущество: они управляемы в
течение всего полёта. Если из 50—100 пушечных снарядов в цель попадает в лучшем случае
один, то из ракет — в худшем случае одна из десяти. Кроме того, современные ЗУРы могут
уничтожить практически любую воздушную цель. Эти достоинства с лихвой окупают затраты
на их производство.
Зенитные управляемые ракеты большой дальности на разных участках полёта управляются
разными способами. ЗУР зенитно-ракетной системы С-300 (Россия) выводится в нужный район
наземными локаторами или системой дальнего обнаружения, смонтированной на самолёте. На
конечном участке полёта радиолокационная головка самонаведения ракеты «захватывает» цель
и сама корректирует полёт.
Наконец ракета «догнала» цель. Однако попасть в самолёт или вертолёт, который маневрирует
и ставит помехи («забивает» сигнал самонаведения мощным радиоизлучением, выбрасывает
тучу металлических иголок и лент, «прячась» за ними), практически невозможно, поэтому
объект поражают осколками. ЗУР универсального зенитного ракетного комплекса С-300
радиолокатором или лазерным дальномером определяет курс цели, расстояние до неё и в
момент наибольшего сближения взрывается, направляя поток осколков точно в летательный
аппарат.
Некоторые зенитные ракеты оснащены ядерными боевыми частями. Их используют для
поражения высотных и скоростных целей, когда вероятность промаха велика, а сбить
противника нужно обязательно. На высоте 20—25 км зенитные ракеты по скорости и манёвру
значительно уступают самолётам и головным частям межконтинентальных баллистических
ракет. Вот здесь и помогает ядерный заряд. Потоки нейтронов, осколки ядер и рентгеновское
излучение, возникающие при взрыве, выводят из строя приборы и системы управления
аппаратов. Для борьбы со средствами воздушного нападения в стратосфере создано также
оружие ПВО космического (спутникового) базирования.
Чтобы средства противовоздушной обороны действовали эффективно, применяются
автоматизированные системы управления разных уровней. Например, в Российской армии
бригадами зенитных ракетных комплексов «Круг» управляют автоматизированная система
«Поляна-Д1»; С-300В или «Бук» — «Поляна-Д4»; зенитными батареями мотострелкового
полка («Стрела-ЮМ», «Тунгуска»,
2К22М12СЬМ> Тунгуска'. Россия.
Ml |(>Н 5Ы1ЫМ WH»1THW*I nVUMNIHl >-р.1М*ТНЫ(1 К1Н1ПМ*К( ЛАЯ А.1ШМТЫ <КМ‘НЫ\
*Стратосфера (от лат. stratum — «слой» и греч. «сфа'йра» — «шар») — слой атмосферы выше
9000— 11000 м над уровнем моря.
580
«Игла») — подвижный пункт разведки и управления ППРУ-1; расчётами переносных ЗРК
«Игла» и «Игла-1» — переносные электронные планшеты. Эти технические средства ПВО
считаются одними из лучших в мире.
ВОЕННО-МОРСКОЙ ФЛОТ
На протяжении веков военно-морской флот (ВМФ) страны считался олицетворением её мощи.
С XVII до начала XX в. самым большим военно-морским флотом обладала Великобритания,
которую называли «владычицей морей». К 40-м гг. XX в. английский флот постепенно уступил
первенство флоту США.
На рубеже 50-х и 60-х гг. XX в. главной ударной силой военно-морского флота стали атомные
подводные лодки, оснащённые баллистическими ракетами. К концу XX столетия таким
оружием обладают пять стран: США, Россия, Великобритания, Франция и Китай. Ядерных
боеголовок на подводных лодках размещено в несколько раз больше, чем на суше, а в Англии
ядерное оружие есть только на субмаринах. Стратегические подводные силы в случае
глобальной ядерной
581
Современный российский тяжёлый атомный ракетный крейсер «Пётр Великий».
войны должны уничтожать не корабли, а города и целые регионы.
Основа надводного флота — авианосцы и ударные десантные корабли. Эсминцы, фрегаты и
противолодочные корабли охраняют авианосные соединения и охотятся за подводными
лодками противника.
Регулярный военный флот России был создан Петром I в 90-х гг. XVII столетия. Его история
отмечена блестящими победами — при Чесме (1770 г.), Корфу (1799 г.), Афоне (1807 г.),
Наварине (1827 г.), Синопе (1853 г.). Но случались и поражения: например, битва при Цусиме
(1905 г. ) закончилась разгромом русского флота.
В 70—80-х гг. XX в. военно-морские силы СССР лишь незначительно уступали флоту США, а
кое в чём даже превосходили его. К 1986 г. Советский Союз располагал 61 атомной подводной
лодкой стратегического назначения, на борту которых находилось 922 баллистические ракеты
почти с 3 тыс. ядерных боеголовок. Соединённые Штаты имели 38 стратегических подлодок,
672 ракеты и около 7 тыс. боеголовок. В 1991 г. в советском флоте насчитывалось 58 атомных
подводных лодок с баллистическими ракетами и ещё 113 — вооружённых торпедами и
крылатыми ракетами. В США их было соответственно 33 и 107, в Англии — 4 и 15, во
Франции — 6 и 5, в Китае — 1 и 5. Тогда же СССР располагал 5 авианесущими кораблями и
254 крупными надводными боевыми кораблями, США имели соответственно 16 и 192, Англия
— 3 и 48, Франция — 2 и 37.
В состав ВМФ России входят Балтийский, Черноморский, Северный и Тихоокеанский флоты и
Каспийская флотилия. Число кораблей после распада Советского Союза существенно
уменьшилось, но, несмотря на это, мощь российского флота по-прежнему обеспечивает ему
второе место в мире.
США развивают долговременные судостроительные программы. Предполагается, что после
2010 г. именно военно-морским силам предстоит оборонять территорию Америки от
баллистических ракет, контролировать космическое пространство, с кораблей будут запускать
искусственные спутники Земли. Таким образом, ведущая роль военно-морского флота в
стратегическом балансе сил сохранится и в XXI столетии.
НАДВОДНЫЕ КОРАБЛИ
ЛИНЕЙНЫЕ КОРАБЛИ
Основу военно-морских флотов многих стран с XVII в. и до конца Второй мировой войны
составляли линейные
корабли (сокращённо линкоры). Сначала это были парусные, затем парусно-паровые суда, а с
60-х гг. XIX в. — броненосцы. На рубеже XX столетия появились линкоры водоизмещением 15
тыс. тонн и со скоростью хода
582
583
/ккллрснный бронежмси «Ргтвмзан». 1402 г. Россия.
Лмогиний корлбль «Дредноут». 1406 г. Вечикоормынии.
PlI.V 1Н.ГМ М*НИк ПОКПМ'НИЯ Гм ИНЫХ KO(Mf kAtH1 HJ'UIVI XX Я.
Н« «.у м' iMKUrHbtt* - 21 МО т; мощность поровых турбин — 21 000 л. с.; скорость
21 у к*' нжоло Ю кмЛ<): пхгшиш бооттмюй (мэоми — 280 мм; воорулнние —10 nvuit1*
IOS ММ, 20 ЛЧШГк k<IMtt)CM /6 ММ И Л ТорГМ*ЛМЫХ «ВИПО^МП.Ж! ЖИ1Ц1А —
18 узлов (около 33 км/ч). Такой корабль нёс, как правило, 4 орудия калибра 305 мм и 12 —
калибра 152 мм, торпедные аппараты и малокалиберные пушки для отражения атак
миноносцев. Стоило подобное чудо техники очень дорого.
Одним из самых знаменитых броненосцев того времени был «Дредноут» («Неустрашимый»),
построенный в Англии в 1906 г. Новейшие турбины вместо паровых машин (см. статью
«Промышленный переворот») позволили судну развивать скорость до 21 узла (около 39 км/ч).
Английский корабль стал своеобразным «законодателем мод»: каждая страна старалась создать
его аналог. До 30-х гг. словом «дредноут» называли все линейные корабли этого типа. К началу
Первой мировой войны появились дредноуты водоизмещением уже 30 тыс. тонн, несущие
орудия калибров 356 и 381 мм, ав 1919 г. в Соединённых Штатах и Японии заложили корабли
водоизмещением 45 тыс. тонн с 406-мм орудиями.
В 30-х гг. морские державы приступили к строительству линейных кораблей нового поколения.
Крупнейшие из них — японские «Ямато» и «Мусаси» с 460-мм орудиями на борту.
Водоизмещение этих кораблей — 72 800 т, скорость — 27 узлов (около 50 км/ч), толщина
брони — 410 мм.
Однако время артиллерийских гигантов быстро прошло. Опыт Второй мировой войны показал,
что даже толстая броня не может противостоять бронебойным бомбам. Первенство в военно-
морской иерархии перешло к авианосцам — кораблям, основную ударную мощь которых
составляли палубные самолёты и вертолёты. Последний в истории линкор — французский
«Жан Бар» — вступил в строй в 1948 г.
В 70—80-х гг. линейные корабли входили лишь в состав флота США. Модернизированные и
вооружённые крылатыми ракетами линкоры типа «Айова» в 1991 г. участвовали в боевых
действиях против Ирака (операция «Буря в пустыне»), а затем были выведены в резерв.
584
Линейный корабль «Айова*. 1944 г. США.
Лучшим хипкор периода Второй мирммм войны. Молер! гмзпроваи и перевооружен в 1982—1983 гг.; служил в американском флоте ДО начала
90-Х гг. Волом смешение — 58 000 т; мощность паровых турбин — 212 000 л. с.: скорость — 13 узла (окало 61 клл'Ч); толшина бортовой брони
110 мл»: вооружение — 9 пушок калибра 406 мм, 12 пушек калибра 127 мм, 8 пусковых установок лая крылатых ракет «Томагавк* и 16 — л ля
про!ииокпрабельнмх ракет «Гарпун»: экипаж — 1600 человек.
I лёт но-посадочная площадка лля вертолёта; 2 — трех орудийные башни для орудий калибра 406 мм: J — пусковые установки для ракет
* Томагавк»; 4 — пусковые установки для ракет •Гарпун»; 5 — зенитные шестиствольные пушки «Вулкан-Фаланкг» калибра 20 мм:
6 с fktfteHHhie уч танпаки орудий калибра 127 мм.
АВИАНОСЦЫ
Предшественниками авианосцев были обычные торговые пароходы, оборудованные лёгкими
ангарами и кранами для подъёма и спуска на воду гидросамолётов. Такие суда использовались
в годы Первой мировой войны, в том числе и в российском флоте. Первым настоящим
авианосцем стал английский «Фьюриес» (1917 г.). Этот корабль был заложен как лёгкий
линейный крейсер, но уже в ходе строительства носовую артиллерийскую башню сняли;
вместо неё установили ангар и оборудовали полётную палубу для самолётов. Через год убрали
и кормовую башню, а полётную палубу продлили до кормы. С «Фьюриеса» могли взлетать и
садиться на его палубу 8 истребителей. Почти одновременно с «Фьюриесом» в состав
британского флота вошёл авианосец «Аргус», перестроенный из пассажирского лайнера. Он
был почти вдвое меньше «Фьюриеса», но вместительные ангары и сплошная,
Тяжёлый авианесущий крейсер «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов». 1991 г.
Россия.
Водоизмещение — 70 500 т; мощность паровых турбин — 200 000 л. с; скорость — 32 узла
(около 59 км/ч); вооружение— 12 пусковых установок крылатых ракет «Гранит», 24 пусковые
установки зенитных ракет «Кинжал», 8 ракетно-артиллерийских зенитных комплексов
«Кортик», 6 шестиствольных автоматов калибра 30 мм, 2 противоторпедных реактивных
комплекса РБУ-12000 и 66 летательных аппаратов.
А. Вид сбоку. Б. Вид сверху.
*Ангар — сооружение для хранения, технического обслуживания и ремонта самолётов и
вертолётов.
585
Атомный лвиажмси «Ннмии». 1975 Г. США.
Водой смешение — 90 950 т: мошнск ть атомной мтертетммескои установки — 260 000 д. с.; скорость — 30 узлов < около 56 км/ч';
вооружение — J гнхьммствольные пусковые установки зенитных ракет «Си Спэрроу», (мысе 90 летательных аппаратов.
А. Вид сбоку. 6. Вид сверху. 1 - ЗРК «Си Спэрроу»; 2 — надет ройка-«ос трое»: 1 — самалётоподьёмники: 4 — паровые катапульты; 5 — шиты
'отражатели газовом струив; 6 — аварийный (таръер: 7 — аэрофинишеры.
не загромождённая надстройками палуба позволяли принимать до 20 самолётов. Конструкция
«Аргуса» стала классической для всех последующих поколений авианосцев.
Преимущества этих кораблей оценили во время Второй мировой войны. Радиус действия
базировавшихся на них самолётов многократно превосходил дальность стрельбы
артиллерийских орудий, размещённых на линкорах.
Современные авианосцы — самые большие военные корабли за всю историю флота. Их
водоизмещение достигает 100 тыс. тонн, длина полётной палубы — 333 м, а мощность ядерных
энергетических установок — 260 000 л. с. На палубе, обычно треугольной формы, установлено
от двух до четырёх катапульт и аэрофинишеров.
Самолёты из ангара на палубу поднимаются лифтами-подъёмниками; старт с катапульты может
производиться каждые 30 с. На одном таком авианосце находится до 90 самолётов и
вертолётов; есть и оборонительное вооружение — зенитные ракетные комплексы и
автоматическая малокалиберная артиллерия.
К началу 1999 г. самым большим флотом авианосцев располагали США — 12 единиц, в том
числе 8 атомных типа «Нимиц». В российском флоте с 1991 г. несёт службу авианосец (по
официальной классификации — тяжёлый авианесущий крейсер) «Адмирал флота Советского
Союза Кузнецов». Помимо авиационного вооружения на нём размещены и ударные крылатые
ракеты.
Авианесущие корабли есть также в Великобритании, Италии, Испании и некоторых других
странах. Однако эти суда значительно меньше и, как правило, не имеют катапульт. На них
базируются реактивные самолёты с вертикальными взлётом и посадкой. Подобные корабли
(типа «Киев») до недавнего времени входили и в состав советского флота.
*Катапульта на корабле — механизм, предназначенный для обеспечения старта самолёта с
авианосцев и других кораблей.
**Аэрофинишер — устройство для торможения самолётов.
586
КРЕЙСЕРЫ
Как класс боевых кораблей крейсеры появились в 60-х гг. XIX в. Их предшественниками
считают парусные фрегаты и корветы. Со временем они оделись в броню и к началу XX в. по
мощности уступали только броненосцам. Типичные образцы таких крейсеров —
участвовавшие в Русско-японской войне (1904—1905 гг.) российские корабли «Варяг» и
«Аврора». Их паровые машины и котлы были защищены внутренней броневой палубой, по
форме напоминавшей панцирь черепахи.
После Второй мировой войны изменились и облик, и назначение крейсеров. Их оснастили
локаторами и ракетами для уничтожения авианосцев и нанесения ударов по береговым
объектам. Созданные в Советском Союзе ракетные крейсеры «Грозный» и «Слава» во времена
«холодной войны» получили на Западе прозвище «убийцы авианосцев».
В 60-х гг. вступили в строй противолодочные крейсеры с боевыми вертолётами на борту.
Самые знаменитые корабли такого типа — «Москва» и «Ленинград», до недавнего времени
нёсшие службу в российском флоте. В 1998 г. крейсеры были в составе флотов всего четырёх
государств — США, России, Италии и Перу.
ЭСКАДРЕННЫЕ МИНОНОСЦЫ
Появление шестовых мин и торпед привело к появлению паровых минных катеров и
миноносок. В 1880 г. в Англии по заказу России был построен «Батум» — первый миноносец
(корабль — носитель самодвижущихся мин, как сначала называли торпеды), признанный
эталоном для военных кораблестроителей на последующее десятилетие. В 1894 г. в состав
английского флота вошёл крупный миноносец «Хэвок». Вскоре и другие страны стали строить
корабли по его подобию, но больших размеров. Их назвали эскадренными (т.е. способными
совершать дальние походы вместе с эскадрой) миноносцами,
Бронепалубный пятитрубный крейсер 1-го ранга «Аскольд». 1900 г. Россия.
Построен в Киле (Германия). Участвовал в боях при Порт-Артуре.
Большой ракетный корабль «Гремящим». 1960 г. СССР.
Один И1 первых л мире кораблей, ос настенных ударным ракетным оружием,' переплат сифицирован ив эскадренного миноносца.
Водой вмещение — 4192 »: мощность паровых турбин — 85 000 л. с; скорость — 34,5 узла (около 64 км/ч1: вооружение — 2 пусковые установки
крылатых ракет КСШ. 4 четырех ст вольных автомата калибра 57 мм. 2 трехтрубных торпедных аппарата и 2 противолодочных реактивных
бомбомета РБУ-2500.
*Крейсер (голл. kruiser) — боевой корабль, предназначенный для морского боя, вывода
эскадренных миноносцев в атаку и поддержки их огнём, а также для защиты морских
коммуникаций.
587
Миноносец «Бедовый». 1904 г. Россия.
Рисунок акварелью капитана 2-го ранга К. Спицына из книги В. Винтера «Описание
механизмов эскадренного миноносца „Новик"». Кронштадт. 1914 г.
а сокращённо — эсминцами. К началу XX в. водоизмещение типичного эсминца было порядка
350 т, скорость хода достигала 28—30 узлов (около 52—56 км/ч); вооружение составляли два-
три торпедных аппарата, одна 75-мм и несколько 47- или 57-мм пушек.
Накануне Первой мировой войны появились крупные эскадренные миноносцы; их паровые
турбины позволяли развивать скорость до 35 узлов (около 65 км/ч) и более. Один из лучших
представителей этого класса боевых кораблей — русский эсминец «Нови'к», построенный в
1913 г. На испытаниях он развил огромную для того времени скорость — 37,3 узла (около 69
км/ч). По образцу «Новика» создали целую плеяду эсминцев, которые участвовали в сражениях
не только Первой, но и Второй мировой войны.
В 30—40-х гг. эсминцы превратились в универсальные артиллерийско-торпедные корабли. Они
охраняли эскадры и конвои (караваны военных транспортов), вели разведку, охотились за
подводными лодками, разрушали транспортные коммуникации противника.
Современные эсминцы — крупные эскортные корабли океанской зоны водоизмещением 5—8
тыс. тонн; они оснащены газотурбинными (реже паротурбинными) двигателями. В состав их
вооружения входят ракетные и артиллерийские комплексы,
588
БОЕВЫЕ КОРАБЛИ РЕЧНЫХ ФЛОТИЛИЙ
Впервые флотилии речных судов приняли участие в боевых действиях во время Гражданской
войны в Америке (1861—1865 гг.). В Европе в начале XX в. самой сильной речной флотилией
(на Дунае) обладала Австро-Венгрия. В составе флотилии к 1918 г. насчитывалось девять
мониторов и десять бронекатеров. Мониторы (от лат. monitor — «напоминающий»,
«надзирающий») — артиллерийские бронированные низкобортные корабли, предназначенные
для борьбы с береговой артиллерией, для уничтожения кораблей противника и т. д.
Не уступала австро-венгерской по мощи и русская Амурская флотилия: к 1914 г. она имела
восемь мониторов, десять канонерских лодок и десять бронекатеров. Канонерские (фр.
canonnie're) лодки — военные корабли с непропорционально мощным артиллерийским
вооружением; предназначаются для действий у берегов и на мелководье.
Мониторы «Шквал», оснащённые дизельными двигателями и вооружённые 120- и 152-мм
пушками, по праву считались лучшими в мире.
Начиная с 30-х гг. XX в. наиболее многочисленным военным речным флотом располагал
Советский Союз. В 40-х гг. в составе Амурской флотилии были самые крупные в мире речные
боевые корабли — мониторы «Хасан» водоизмещением 1900 т.
В ходе Великой Отечественной войны корабли и катера Дунайской, Пинской, Днепровской и
Волжской флотилий обеспечивали переправы, поддерживали сухопутные войска, вступали в
бой с танками и артиллерийскими батареями противника. В августе 1945 г. Амурская флотилия
участвовала в разгроме японской Квантунской армии.
Самый распространённый тип речного военного корабля — бронекатер. Это бронированное
судно водоизмещением 25—50 т, с малой осадкой, позволяющей проходить по мелководью. На
палубе установлено несколько пулемётов и одна-две танковые башни с 76-мм орудиями.
В 1958 г. большинство советских речных флотилий было расформировано. Строительство
кораблей для сохранившейся Амурской флотилии возобновилось лишь в конце 60-х гг. На
заводах Хабаровска, Керчи и Николаева вновь начали выпускать бронированные
артиллерийские катера «Шмель» и малые артиллерийские корабли «Слепень». Их вооружение
состоит из танковых башен с пушками калибра 76 и 100 мм, реактивных установок залпового
огня и зенитных автоматов.
Цхмироыннын ар1н<ъерни<кин катер new • Шмель*. 1967 г. СССР.
Волом смешение — 77 т; мощность дм миллион установки — 2200 а. с.; скорость —- 2)
(42.6 КМ'М), 1илщмм<1 ЬПОММ - ДО IS ММ BLNjpyAFMMt* - 2 Лр*М\ЛГриИ< кис* установки
'кл\мбрд 76 мм и спаренная калибра 2S мм), реактивным миномет калибра 140 мм.
Ч1(мй артнхлериит кии корабль типа «С wnrf*- 197S Г. СССР.
Ваш»смешение 447 Т' мощность лительной установки 11 400 л. с.; скарат. 21 ума 142,Ь кмМ- толшина бортовой брони —
40 15 мм брони артиллерийских башен ао 200 мм: вооружение — 6 артиллерийских установок (2 — калибра 100 мм и 4 шестиствольные
калтв'тра «) мм>. реактивный миномет калибра 140 мм. 2 гранатомета калибра 10 мм. 2 спаренных пулемета калибра 12,7 мм
I — пушки калибра 100 им в танковых башнях 2 - тпаренная реактивная мититметная устатятека калиСтра 140 мм: 1 - автоматический
гранатомет .Пламя. калибра И) мм 4 шее гнт твольные автоматных кие пушки калибра 10 мм 5 - спаренная пулеметная установка
калибра 12,7 мм.
589
Современные боевые корабля.
А. Ракетный крейсер «Слава». 1982 г.
СССР.
Кодой «мешение — 11 280 т; МОЩНОСТЬ
Iа.ямзых турбин — 81 ООО л. г.; скорость —
32,5 узла (около 60 кмЛт); вооружение —
16 пусковых установок крылатых ракет
«Базальт», 8 пусковых установок зенитных
ракет «Фо|п», 2 пусмтые установки
зенитных ракет «Оса», 7 автоматических
артиллерийских установок (1 спаренная
калмГтра 134) мм и 6 шее ти< тволысых калибра
30 мм1, 2 пятитрубных торпедных аппарата,
2 ।трспимолодочных реактивных бомбомёта
РЬУ-6000 и 1 вертолёт. В нас тстяшее время
крейсер назытьммся «Москва».
Б. Зсминси «Современный». 1981 г. СССР.
Водоизмещение — 7940 т; мошн<м тъ
паровых турбин — 99 000 л. с.; скорос ть —
33,5 узла (окали 62 км^1: вооружение -
8 пусковых установок противокорабельных
ракет «Москит», 2 пусковые установки
зенитных ракет «Ураган», 6 автоматиченких
apiHAMf ней! ких установок 12 с паренные
калибра 130 мм и 4 шестиствольные
калибра 30 мы), 2 двухтрубных торпедных
аппарата, 2 противолодочных реактивных
бомбомёта РБУ-ЮООи 1 вертолет.
8. Большой противолодочный корабль
«Маршал Шапошников». 1985 г. СССР.
Водоизмещение — 7484) т; мошне к тъ
газовых турбин — 80 000 л. с.; скорость —
29,5 узла (около 55 км'чи вооружение -
Н пусковых установок противолодочных
ракетоторлел «Раструб» 8 пусковых
установок зенитных ракет «Кинжал»,
6 авгоматнческих артиллерийских
установок (2 — ка.ли()ра 100 мм
и 4 шестиствольные калибра 30 мм»,
2 четырёх трубных торпедных аппарата.
2 противолодочных реактивных бомбомёта
РБУ-6000 и 2 вертолёта.
I крышка буксируемой антенны гидроакустической станции; 2 — убирающаяся пусковая установка ЗРК «Оса»: 3 — пусковые установки
для <отдания {млио.мжаиионныч помех: 4 — пусковые установки ЗРК «Фирт»; 5 — шестиствольные артиллерийские установки АК-630
калибра 30 мм; 6 — спаренная артиллерийская установка АК-130 калибра 130 мм; 7 — пусковые устатюеки противокорабельных ракет
• Базальт»; 8 — пусковая установка ЗРК «Ураган»; 9 — пусковая установка противокорабельных ракет «Москит*; 10 — спаренный
торпедный аппарат калибра 533 мм; 11 — устройство системы приема топлива на ходу: 12 — реактивный бомбомёт РБУ-1000:
13 — пусковые установки ЗРК «Кинжал»; 14 — артиллерийская установка АК-100 калибра 100 мм; 15 пусковая установка
противокллдочнемо ракетоторпедного комплекса «Раструб»: 16 — четы)зёхтрубный торпедный аппарат калибра 533 мм: 17— реактивный
бомбомет РБУ-601М).
590
торпеды и один-два вертолёта. Новейшие американские эсминцы, например «Арли Бёрк»,
защищены кевларовой бронёй, отличающейся очень высокой прочностью.
СТОРОЖЕВЫЕ
И ЭСКОРТНЫЕ КОРАБЛИ
До Первой мировой войны малые боевые корабли — шлюпы, канонерские лодки, посыльные
суда — использовались для ближней разведки, охраны баз и посыльной службы. Но с
появлением подводных лодок и авиации круг их «обязанностей» расширился. Шлюпы,
строившиеся в Великобритании в 1915—1918 гг., открыли новый класс военных судов —
многоцелевые эскортные (предназначенные для эскорта, т. е. сопровождения, кораблей).
Созданы они были для сражений с подводными лодками, однако применялись и в качестве
тральщиков, дозорных и патрульных судов. Во время Второй мировой войны эскортные и
сторожевые корабли (их также называли эскортными эсминцами, фрегатами и корветами)
стали настоящими «рабочими лошадками» флота.
Окончательно сформировался класс малых противолодочных кораблей — охотников за
подводными лодками.
Боевые возможности сторожевых и эскортных кораблей резко возросли после появления в 40-х
гг. реактивных противолодочных бомбомётов, самонаводящихся и ракетных торпед, мощных
гидроакустических комплексов. Увеличились водоизмещение и размеры эскортных кораблей.
Советские большие противолодочные суда фактически превратились в разновидность
крейсеров.
БОЕВЫЕ КАТЕРА
Корабли малого водоизмещения (так называемый москитный флот) важная составная часть
современных военно-морских сил большинства стран мира.
Своим рождением эти военные корабли обязаны появлению мощных двигателей внутреннего
сгорания (см. статью «Рождение автомобиля»): именно бензиновые моторы, а затем дизели
превратили тихоходную миноноску в скоростной торпедный катер. А после того как в 1918 г.
итальянскому 16-тонному катеру MAS15 удалось потопить австро-венгерский дредноут «Сент-
Иштван» водоизмещением 21 500 т, стало ясно, что во флот пришла новая грозная сила.
Большое внимание созданию торпедных катеров уделялось в СССР. В 20—30-х гг. под
руководством известного авиаконструктора А.Н. Туполева было развёрнуто крупносерийное
строительство катеров Г-5 и Ш-4. К началу Великой Отечественной войны советский флот стал
абсолютным лидером по числу судов этого
Ракетный катер типа «Молния». 1981 г. Л-
ссср. 4*
591
класса (269 единиц). Страна располагала также значительным количеством сторожевых и
противолодочных катеров-охотников.
В Советском Союзе появился первый ракетный катер. В 1957 г. на Чёрном море с
переоборудованного торпедного катера запустили противокорабельную ракету П-15, а через
два года приступили к массовому производству ракетных «москитов». За рубежом подобные
суда начали строить лишь в конце 60-х гг.
Современные ракетные катера — довольно крупные боевые суда (их водоизмещение достигает
500 т). Они оборудованы электроникой, вооружены ракетными комплексами, универсальной
артиллерией и противолодочными торпедами.
Из ракетных катеров выделился класс малых ракетных кораблей. Предмет особой гордости
Военно-морского флота России — уникальные суда-катамараны на воздушной подушке «Бора»
и «Самум» (1987—1993 гг.), не имеющие аналогов в мире.
МИННО-ТРАЛЬНЫЕ КОРАБЛИ
Минное оружие на море стали применять ещё до Первой мировой войны. Сначала моря и
океаны минировали со шлюпок и минных плотиков, затем — с обычных боевых кораблей
(крейсеров, эсминцев, канонерских лодок) и даже с торговых пароходов.
592
Правда, для выполнения новой задачи суда переоборудовали: устанавливали рельсы для спуска
мин на воду. В 1901 г. в России построили первые в мире специальные суда — наступательные
минные заградители «Амур» и «Енисей», а через десять лет — первый тральщик «Взрыв». К
1914 г. российский флот завоевал лидерство в использовании минного оружия на море. Даже
«владычица морей» Великобритания приобрела в 1916 г. партию русских морских мин.
Современные противоминные корабли можно условно разделить на две группы. Первая — это
небольшие суда (рейдовые и базовые тральщики, а также прерыватели минных заграждений),
предназначенные для очистки подходов к базам. Чтобы уменьшить риск подрыва на магнитных
минах, корпус корабля обычно изготовляется из стеклопластика. Во вторую группу входят
тральщики — искатели мин. Они оснащены телеуправляемыми подводными аппаратами,
способными разыскивать донные мины, и гидроакустическими станциями. Найденные мины
уничтожаются на безопасном расстоянии подрывными зарядами.
ДЕСАНТНЫЕ СУДА
По прогнозам военных, в XXI в. основной стратегической задачей флота станет участие в
локальных конфликтах, поэтому возрастёт роль морских десантных сил.
Сегодня самые крупные десантные суда — вертолётоносцы. Их водоизмещение достигает 40
тыс. тонн, на борт они принимают до 30 тяжёлых вертолётов и 5 тыс. тонн груза.
Обычно такие корабли оснащены современными электронными системами управления и
обнаружения
Десантный вертолётонем eu <OviueH». г. Великобритания.
для десантников; 13 — лиж для выезда койчмои техники; 14 — откидные аппарели для гм и ру тки
и выгрузки техники; 15 — спаренные установки калибра 30 мм; 16 — десантный катер LCVF MkV;
17 — дизельная установка левого вала; Ifi — успокоитель качки; 19 — дизельч операторы; 20 — вертолетный
ангар; 21 — установки для запуска ракет с проги волокационными отражателями; 22 — спасательные плоты
593
противника. Кроме вертолётов они могут брать на борт самолёты вертикального взлёта.
Другая разновидность больших десантных судов — корабли-доки. Половину корпуса занимает
закрытая док-камера, в неё загружают десантные катера и баржи. Когда корабль подходит к
месту высадки десанта, двери камеры открывают, она заполняется водой, и катера выходят в
море своим ходом. На некоторых судах-доках есть и вертолётная палуба.
Из малых десантных судов широкое распространение получили катера и корабли на воздушной
подушке, которые способны выходить из воды прямо на берег. Лидером в этой области по
праву считается Военно-морской флот России.
СУДА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
В состав военно-морских сил помимо боевых кораблей входят и различные вспомогательные
суда: танкеры-заправщики, транспорты, плавучие мастерские, спасатели, коллекторы. Обычно
их называют судами обеспечения военно-морского флота.
Отдельную группу образуют разведывательные суда и корабли управления, например
российский «Урал» (оснащён ядерной энергетической установкой, водоизмещение
приближается к 40 тыс. тонн). В военное время на «службу призывали» и торговые корабли. В
годы Первой и Второй мировых войн пассажирские суда переоборудовали во вспомогательные
крейсеры и рейдеры.
*Киллектор — портовое судно, служащее для постановки и перестановки мёртвых
(постоянных) якорей и бочек, а также для уборки со дна предметов, мешающих судоходству.
**Рейдер (англ, raider) — военный корабль или вооружённое торговое судно, ведущее
самостоятельные боевые действия на море.
ПОДВОДНЫЕ ЛОДКИ
ТАКИМ БЫЛО НАЧАЛО
Идея создания подводного судна не давала покоя изобретателям на протяжении многих веков.
Впервые осуществить её сумел в 1620 г. переехавший в Англию голландский врач Корнелиус
ван Дреббель. Корпус его подводной лодки изготовили из дерева и покрыли промасленной
кожей. Перед погружением водяной балласт (голл. ballast) принимали в специальные мехи;
роль силовой установки играла дюжина гребцов. На лодке Дреббеля несколько лет катали по
Темзе любителей острых ощущений. Позже, в 1721 г., «потаённое огневое судно» пытался
построить русский изобретатель-самоучка Ефим Прокопьевич Никонов, лично обратившийся к
Петру I с челобитной. Правда, попытка закончилась неудачей.
В 1776 г., во время войны британских колоний в Америке за независимость (1775—1783 гг.),
школьный учитель Дэвид Бушнелл сконструировал одноместную подводную лодку. Она
походила на два сложенных основаниями черепашьих панциря, из-за чего её и назвали «Тёртл»
(«Черепаха»), Лодка несла мину с 65 кг пороха, которую можно было привинтить буравом к
деревянному днищу судна. 6 сентября 1776 г. сержант Эзра Ли впервые предпринял подводную
атаку на британский фрегат «Игл», но успехом она не увенчалась.
В 1801 г. живший в Париже американец Роберт Фултон построил лодку, названную им
«Наутилус» (так именуют моллюска, обитающего в тропических морях). Он погружается и
всплывает, меняя объём внутренних полостей, а на поверхности распускает мантию, образуя
своего рода парус. Корпус лодки Фултона в форме сигары был сделан из листов меди. Под
водой лодку передвигали три матроса, вращавшие гребной винт, а на поверхности поднимали
складную мачту с парусом. Для изменения глубины погружения Фултон впервые
воспользовался горизонтальными рулями. Взрывать вражеские корабли собирались бочонками
с порохом и электрозапалом; изобретатель окрестил их торпедами. По проекту Фултона по-
***На подводных лодках балластом называется груз переменной массы, заставляющий
субмарину погружаться и всплывать. Этим грузом служит вода, которой заполняют
специальные балластные цистерны при погружении. Продувая цистерны воздухом, от балласта
избавляются, и лодка всплывает.
****Горизонтальными рулями подводная лодка изменяет глубину погружения, а
вертикальными, как и надводные корабли, управляет курсом.
594
строили две субмарины, однако дальше экспериментов дело не пошло.
В 1834 г. подводную лодку сконструировал русский военный инженер Карл Андреевич
Шильдер. Четверо гребцов действовали вёслами типа «гусиная лапа»: при движении вперёд
лопасти складывались, а при обратном — раздвигались, толкая лодку вперёд. Из носовой части
торчал длинный гарпун с миной, который надлежало воткнуть в борт неприятельского судна,
отойти на безопасное расстояние и послать по проводу электрический импульс на взрыватель.
Кроме того, лодку оснастили шестью пороховыми ракетами, и она стала первым в мире
подводным ракетоносцем.
Во время Гражданской войны между Севером и Югом в США (1861 — 1865 гг.) южане
изготовили металлическую субмарину «Давид» — опять-таки с вёслами и шестовой миной. В
феврале 1864 г. она подорвала фрегат северян «Хаузатоник» — первую жертву подводного
оружия, но и сама из похода не вернулась. Нашли её около ста лет спустя.
В 1863 г. офицер французского флота Буржуа и инженер Брюн оснастили железную субмарину
«Плонже» пневматической машиной мощностью 80 л. с. и запасом сжатого воздуха в 23
стальных баллонах. Корпус «Плонже» впервые разделили пятью переборками на
изолированные отсеки, что позже стало общепринятым, — при затоплении одного из отсеков
лодка могла самостоятельно всплыть.
В 1880 г. российский инженер Степан Карлович Джевецкий (1843— 1938) представил проект
подводной лодки с электрическим двигателем, работавшим от аккумулятора.
Опыты с двигателями продолжались: в 1885 г. швед Норденфельд поставил на свою 60-тонную
лодку паровую машину мощностью 10 л. с. Перед погружением огонь в топке её котла гасили,
а в машину подавали остаток пара, но его хватало ненадолго. Другой новинкой были два
трубчатых аппарата, из которых сжатым воздухом
595
ЧТО ЕСТЬ ЧТО
Баллистическая (от греч. «ба'лло» — «бросаю») ракета — реактивный снаряд с дальностью
полёта 2000—12 000 км. После старта она корректируется по заданной программе только на
первом участке пути, затем двигатель выключается, и полёт продолжается по баллистической
траектории (т. е. по траектории движения свободно брошенного тела). Эти ракеты имеют до
десяти боеголовок с ядерным зарядом; на конечном участке боеголовки разделяются и
направляются на разные цели.
Водоизмещение — масса воды, вытесненной корпусом корабля. У подводных лодок различают
надводное водоизмещение и подводное — когда полностью заполнены балластные цистерны.
Гидролокационная (от греч. «хи1 дор» — «вода» и лат. locatio — «размещение») станция
посылает в толщу воды сигналы в звуковом или ультразвуковом диапазоне. Они отражаются от
субмарин или подводных препятствий (скал, мин, затонувших судов) и возвращаются обратно.
Таким способом обнаруживают объекты, определяют направление на них, а по времени
возвращения сигналов судят о расстоянии.
Глубина погружения подводной лодки бывает перископной (над поверхностью воды
поднимаются верхние части перископов, антенн и шнорхеля), рабочей (лодка может
находиться под водой длительное время) и предельной (корпус ещё выдерживает наружное
давление воды).
Крылатая ракета — управляемый реактивный снаряд в виде беспилотного самолёта,
оснащённого реактивным двигателем, крыльями и хвостовым оперением. В носовой части
расположена обычная или ядерная боеголовка. Ракета наводится на цель бортовой аппаратурой
по заданной программе или по радиосигналам с самолёта либо корабля.
Морская миля — мера длины, равная 1852 м.
Перископ (от греч. «пе'ри» — «вокруг» и «скопе'о» — «смотрю») — оптический прибор в виде
вертикальной трубы, поднимаемый на поверхность воды из субмарины. Через верхний
объектив изображение окружающей обстановки по системе зеркал или призм и линз передаётся
к нижнему окуляру, в который командир следит за происходящим на море и в воздухе.
Радиолокатор (от лат. radio — «испускаю лучи» и locatio) позволяет определять
местоположение объектов в воздухе, на море и земле. Его антенна излучает импульсы
радиоволн, в промежутках между импульсами принимает отражённые сигналы, которые
преобразуются в световые отметки на экране.
Рубка (от голл. roef— «каюта») — закрытое сооружение (жилое, хозяйственное, служебное) на
главной палубе или надстройке судна, не доходящее до бортов.
Трап (голл. trap) — название любой лестницы на корабле.
Узел — единица скорости, равная 1852 м/ч.
Шно'рхель (от нем. Schnoorkel — «завиток»; в российском флоте принят термин РДП —
работа дизелей под водой) — выдвигающаяся вверх труба, по которой к дизелям погружённой
лодки подаётся атмосферный воздух и выбрасываются выхлопные газы. Лодкам, оснащённым
шнорхелем, нет нужды полностью подниматься на поверхность, рискуя быть обнаруженными
противником.
Шумопеленгатор (от голл. peiling) — аппаратура, с помощью которой обнаруживают шумы,
издаваемые гребными винтами и механизмами подводных и надводных кораблей, и
определяют направление (пеленг) на них.
Подводная \од*а «Ханли». 1864 г. США.
Первая подводная лодка, которая удачно атаковала неприятельский боевой корабль из-под волы.
596
выталкивали самодвижущиеся мины (торпеды). У подводников отпала нужда вплотную
подходить к цели, чтобы воткнуть в её борт шест со взрывчаткой.
Два года спустя, в 1887 г., французские инженеры Дюпюи де Лом и Густав Зеде впервые
разместили балластные цистерны не в одном месте, а раздельно — в носу, центре и корме 30-
тонной лодки «Жимнот». В качестве силовой установки они использовали электромотор,
работавший от аккумуляторов. Для наблюдения за морем из-под воды применили перископ.
Очередным новатором стал американец Джон Голланд. В 1897 г. он построил подводную лодку
и назвал её «Планжер». При плавании судна над водой гребной винт вращала паровая машина,
а на глубине его приводил в действие электромотор. Затем, уже на другой подводной лодке,
Голланд заменил паровую машину менее громоздким двигателем внутреннего сгорания,
который заставлял работать и генератор, подзаряжавший аккумуляторы. Эту подводную лодку
вооружили только одним торпедным аппаратом.
В начале XX в. в России на русской субмарине «Минога» (1908 г. ) для
Подводная лодма «Нарваль». 1898 Г.
Франция.
Первая в мирт двухксрлус мае мхджа. Между
прочными и хдгки.мм корпус ами устроены
балластные иипсрнм
Водоизмещение* надводное - 117 т. подводное
202 т: лаинл — 34 м; ширина — 3.8 м; м.жеима
скорость под водой — 5.3 у ела (9,8 км'чк вооружение*
4 торпедных аппарата.
Подволнам hmm US5
«Голланд» (SS-1). 1900 г.
США.
С уЪмарина
спроектирована
америклнг ким
коне труктором
Ла. Голландом.
В< ддои смешение
надводное — 64 т.
।мадводж к* — 74 т;
дхмна — 16.4 м:
ширина — 1.1 м; рабочая
глубина гни руления
J3 м; максимальная
скорость под ВОДОЙ —
5 узлов (9,3 кмМ.
597
Подводная лодка М-1. 1934 г. СССР.
Головная в крупной серии подводных лодок типа М («малюток»), Водоизмещение надводное —
158 т, подводное — 198 т: длина — 36,9 м; ширина — 3,1 м: максимальная скорость под водой
— 5,5 узла (10,2 км/ч): вооружение — 2 торпедных аппарата, пушка калибра 45 мм.
Подводная лодка К-21 XIV серии. 1940 г. СССР.
Одна из серии больших подводных лодок типа К, прозванных «катюшами».
Водоизмещение надводное — 1490 т, подводное — 2104 т: длина —
97,7 м: ширина — 7,4 м: максимальная скорость под водой —
10 узлов (18,5 км/ч): вооружение — 10 торпедных аппаратов,
2 пушки калибра 45 мм и 2 пушки калибра 100 мм, 20 мин.
Подводная лодка типа СIX серии. 1940 г. СССР.
Одна из самых удачных по конструкции средних подводных лодок предвоенного периода.
Водоизмещение надводное — 866 т, подводное — 1108 т; длина — 77,8 м: ширина — 6,4 м:
максимальная скорость под водой — 9,6узла (17,8 км/ч);
вооружение — 6 торпедных аппаратов, 2 пушки калибров 45 и 100 мм.
Подводная лодка V-2501XXI серии. 1944 г. Германия.
Головная лодка XXI серии — самая совершенная субмарина периода Второй мировой войны.
Имела необычайно мощную аккумуляторную батарею и высокую скорость подводного хода.
Водоизмещение надводное — 1621 т, подводное — 1819 т; длина — 76,7 м; ширина — 6,6 м;
максимальная скорость под водой — 17,2 узла (31,9 км/ч); максимальная глубина погружения
— 200 м; вооружение — 6 торпедных аппаратов, 2 спаренные пушки калибра 20 мм.
Подводная лодка проекта 613 типа С. 1949 г. СССР.
В 50—60-х гг. построили 215 субмарин этого типа. Водоизмещение надводное — 1050 т,
подводное — 1600 т: длина — 76 м: ширина — 6,3 м: скорость под водой — 13,1 узла (24,3
км/ч): вооружение — 6 торпедных аппаратов калибра 533 мм (4 — в носу, 2 — в корме), 2
спаренные пушки калибра 25 мм и 2 спаренные пушки калибра 57 мм.
1 — горизонтальный руль: 2 — торпедные аппараты: 3 — электродвигатель: 4 — дизельный
двигатель: 5 — жилой отсек: 6 — ходовые винты: 7 — шнорхель: 8 — пушки: 9 —
гидролокационная станция: 10 — аккумуляторные батареи: 7 — вертикальный руль: 12 —
командный отсек.
надводного хода и зарядки аккумуляторов впервые установили неприхотливые и более
безопасные дизели. Сочетание «дизель — электромотор» сохранилось в подводных лодках на
долгие годы.
В августе 1914 г. Англия имела на вооружении 76 субмарин, Франция — 62, Россия — 36,
Германия — 28, Италия — 19, Австро-Венгрия — всего 7 подводных лодок. Успехи немецких
подводников и кораблестроителей в Первой мировой войне
впечатляют: они отправили на дно 5861 транспорт, а ввели в строй более 300 субмарин.
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДВОДНЫЕ ЛОДКИ
Техническая революция в строительстве подводных лодок произошла после того, как на них
установили атомные энергетические установки.
600
Они имеют огромную мощность и не нуждаются в атмосферном воздухе. По существу, только
после этого субмарина стала по-настоящему подводной, а не ныряющей.
В 1954 г. в США построили первую в мире атомную субмарину «Наутилус». Силовая
установка (мощность 15 000 л. с.) с одним реактором позволяла «Наутилусу» идти под водой со
скоростью 20 узлов (37 км/ч).
В Советском Союзе к созданию атомных подводных лодок приступили в 50-х гг., а в 1959 г. в
море вышел подводный атомоход «Ленинский комсомол». Эта двухкорпусная, двухвинтовая
субмарина по размерам почти не отличалась от «Наутилуса»,
но обладала более обтекаемыми корпусом и ограждением рубки.
Вскоре в списки Северного флота СССР зачислили атомную подводную лодку К-162,
предназначенную для нанесения ударов по авианосным соединениям противника. Кроме
торпед она была вооружена десятью крылатыми ракетами и системой их наведения. Благодаря
двум мощнейшим реакторам корабль развивал под водой скорость более 44 узлов (81,5 км/ч) —
рекорд, так и оставшийся непревзойдённым! Другая особенность этого ракетоносца — корпус
из лёгких и немагнитных титановых сплавов.
Несколько позже приступили к выпуску серийных титановых субмарин.
Атомная подводная лодма «Наупмус». 1954 г. США.
Атомная подводная шам проекта
Ь27. 1958 г. СССР.
1(1ДПИ
зоружнж
жиратов.
601
В 1984 г. военно-морской флаг подняла многоцелевая титановая лодка «Комсомолец» —
первая в мире боевая субмарина с рабочей глубиной погружения до 1000 м.
После Второй мировой войны подводники обзавелись и новым оружием. На американских
дизель-электрических субмаринах появились крылатые ракеты «Регулус», размещавшиеся в
ангарах. В России крылатые ракеты содержались в герметичных контейнерах рядом с рубкой. В
конце 50-х гг. в армиях США и СССР начали использовать сверхдальнобойные
межконтинентальные баллистические ракеты с ядерными боеголовками. Ими задумали
оснастить и подводные лодки, которые, в отличие от наземных пусковых установок, гораздо
труднее обнаружить и поразить.
В 1957 г. американский флот заказал ракеты «Поларис» (длина — 8,5 м, масса — 12,6 т,
дальность полёта — 2200 км), предназначенные и для запуска с находившихся на глубине
субмарин. Американцы вставили в корпус серийного многоцелевого атомохода отсек с 16
вертикальными шахтами — пусковыми установками
А томна* подводная лодка проекта 705 класса «Альфа». 1970 г. СССР.
С шфмхтная субмарина н<Чм»Аьимм<» Г 1р«*дна шана ъ для ожсны м вра*г< к ими пс>дв<тдными лодками. Ко многом олередила
снов время: имела титановый корпус; благодаря высокому уровню автоматизации удалось уменьшить жила* до 26 человек. В атомной
энергетической установке я ичепве теплоносителя вместо волы применяете ра< п лавленный металл It плав свинца и висмута!
Водой смешение надводное - 2100 т. подводное — <Ы0 т. длина - BI.4 м: ширина — 10 м; максимальная скорость под водой — 41 узел
175,9 km'mI; вооружение — Ь тпроедим» ллпарйт< >в
602
Атомная подводная золда «Огайо». 1981 г. США.
Основная стратеги»мчкая поллоллая лодка ВМС США.
Водоизмещение надводное — 16 600 т. подводное — 18 700 т; длина — 170,7 м: ширина — 12,8 м: максимальная скорость
под водой - около 30 узлов 155,6 кл^ч); максимальная глубина погружения — 300 м; вооружение — 24 межконтинентальные
баллистические ракеты «Трайдент» и 4 торпедных аппарата.
Подводная лодка типа 209/1400. 1989 г. ФРГ.
Субмарины типа 209 строятся в Германии с начала 70-х гт. только на экспорт. Входят в состав ВМС. Турции, Греции. Индии,
Индонезии, Аргентины, Бразилии. Чили, Эквадора, Неру. Колумбии, Венет утлы. Южной Кореи.
Водоизмещение надводное — 1260 т, подводное — 1440 т; длина — 62 м; ширина — 6,2 м; максимальная скорость под водой
22 узла 140,7 kkVmI: вооружение — 8 торпедных аппаратов.
603
для «Поларисов». Подобные корабли типа «Джордж Вашингтон» высылали на скрытое
дежурство в океаны, чтобы с началом мировой войны они выпустили свой боезапас по заранее
намеченным целям на территории Советского Союза.
Ответ не заставил себя ждать. В I960 г. в СССР ввели в строй дизельные подводные лодки, у
которых в удлинённом ограждении рубки устроили три шахты для таких ракет. Спустя семь
лет, в 1967 г., были созданы субмарины с отсеками на 16 вертикальных шахт для хранения и
подводного пуска межконтинентальных ракет.
В 80-х гг. ядерное противостояние двух великих держав достигло кульминации. В США
началось крупносерийное строительство подводных атомоходов типа «Огайо», вооружённых
баллистическими ракетами «Трайдент». В Советском Союзе появились самые большие в мире
суперсубмарины типа «Акула» надводным водоизмещением 23 200 т, способные нести по 20
ракет РСМ-52 с дальностью полёта 8300 км. Само слово «лодка» применительно к таким
гигантам выглядит нелепо, поэтому официально их именуют тяжёлыми подводными
крейсерами 1-го ранга.
МОРСКОЕ ОРУЖИЕ
Пять столетий главным оружием флота были пушки. Разрывные снаряды, заменившие
чугунные ядра, подписали приговор деревянным судам: во второй половине XIX в. им на смену
пришли броненосцы. Следующие сто лет военного кораблестроения прошли под знаком
противоборства снаряда и брони. К концу Второй мировой войны калибр морских орудий
достиг 406—460 мм, а масса снаряда перевалила за тонну!
Изобретение управляемых ракет открыло новую страницу в истории морского оружия. На
пороге III тысячелетия ракеты превратились в ударную силу флота, а основным назначением
артиллерии стала борьба с авиацией противника. Поэтому большинство современных кораблей
и
катеров оснащено автоматическими скорострельными пушками небольшого калибра — от 20
до 76 мм. Самыми мощными располагает ВМФ России. На вооружении флота состоят ракеты
нескольких типов: баллистические, крылатые и противокорабельные самонаводящиеся.
Межконтинентальные баллистические ракеты на атомных подводных лодках входят в
стратегические ядерные силы. Такие ракеты запускают из-под воды; дальность их полёта
достигает 7400 км (американские «Трайдент-1») и даже 8300 км (российские РСМ-52 и РСМ-
54). Они нередко несут снаряд из разделяющихся боевых частей, каждая из которых на
заключительном участке пути может самостоятельно наводиться на заданную цель.
604
Брон<чкн4*«ые < наряды морских орудий.
1. .Английский МЗ'ММ (90-е гт. XIX в.: бронежхеи
•Ройял Соверен»). 2. Российский iOS-мм образца
1911 г, (линкор «Севастополь»). J Французский
(40-мм образца 1921 гг. (линкор «Бретань»).
4. Немецкий (НО-мм ^линкор «Бисмарк»).
5. Японский 46О-мм (линкор «Ямато»).
6. Пороховой ырял одного выстрела 4ЫЦ»м
орудия.
Красным инетом гммазан стальной корпус,
жёлтым — заряд взрывчатого вещества.
4
АГ
Крылатые ракеты по дальности действия бывают стратегического назначения (2500—3000 км)
и оперативного (до 1000 км). К первым относят американские «Томагавк» и российские
«Гранат», ко вторым — российские «Вулкан» и «Гранит».
Настоящий переворот в военно-морской технике совершила противокорабельная
самонаводящаяся ракета П-15, принятая советским флотом на вооружение в 1960 г. Это было
первое оружие, созданное по принципу «выстрелил — и забыл»: ракета самостоятельно, без
участия человека наводилась на корабль противника.
Особая разновидность морского ракетного оружия — противолодочные реактивные
бомбомёты. Ещё в годы Второй мировой войны подобными установками («Хеджехог» и
«Маустрап») начали вооружать английские и американские корабли. Стреляли они не дальше
чем на 200 м, но бомбы (их число доходило до 24), выпущенные за один залп, накрывали
значительную площадь, и вероятность попадания резко возрастала.
Артиллерийская установка АК-130 калибра 130 мм. Россия.
Принята на вооружение в 1985 г. Скорострельность — 90 выстрелов в минуту: масса снаряда
— 33,4 кг: максимальная дальность стрельбы — 23 км.
605
Противокпробелмым рмета (1-15. I960 г. СССР.
лми
450 кг. В 1967 г
и с египетского итера, был потоплен
Это первый в истории боевой корабль.
Современные бомбомёты имеют 12— 16 стволов и могут стрелять на 3 км. Их назначение не
только борьба с подводными лодками, но и перехват выпущенных торпед.
В 70-х гг. XIX в. впервые применили подводные самодвижущиеся снаряды, которые в
дальнейшем назвали торпедами (от лат., torpedo — «электрический скат»). Они поражали
самую уязвимую — подводную часть корабля. Новое оружие совершенствовали, и вскоре оно
превратилось в серьёзную угрозу для флота противника. В войнах XX столетия подавляющее
большинство кораблей было потоплено именно торпедами.
606
Современные торпеды применяют в основном против подводных лодок. Торпеды оснащены
системой самонаведения, реагирующей на шум работающих винтов или, если цель бесшумна,
на отражённый акустический эхосигнал. Некоторые торпеды управляются по проводам с
корабля. Движут их электрические или парогазовые установки; боеголовки обычно содержат
до 300 кг взрывчатого вещества или ядерные заряды.
В 60-х гг. XX в. появились противолодочные комплексы —ракетоторпеды. Ракета доставляет
торпеду в район, где обнаружена вражеская субмарина, затем торпеда отделяется от ракеты,
входит в воду и начинает самостоятельный поиск цели. Такие комплексы были созданы в
США, СССР, Австралии и во Франции.
Важное место в войне на море всегда занимали мины. По принципу действия их подразделяют
на контактные и неконтактные (донные). Контактные мины взрываются, когда корабль
наталкивается на них, а чтобы взорвалась донная, непосредственный контакт не нужен. Судну
достаточно пройти над тем местом, где она лежит на дне, — и сработает магнитный,
акустический или гидродинамический взрыватель. Если мина оснащена магнитным
взрывателем, то при приближении корабля (а его стальной корпус всегда намагничен)
установленная во взрывателе магнитная стрелка отклоняется от исходного положения и
замыкает контакт в боевой цепи. Аналогично устроены акустический и гидродинамический
взрыватели, но в них контакт замыкают приборы в ответ на шум корабельного двигателя или на
волну, идущую от корабля в толще воды. У некоторых донных мин есть прибор кратности: они
срабатывают не при первом прохождении корабля, а, скажем, только при пятом или
двенадцатом: это помогает «обмануть» трал. Существуют даже «умные» мины, например
американская «Кэптор». По сути дела, это не мина, а целый комплекс. Он состоит из
самонаводящейся торпеды, якорного устройства и специальной аппаратуры, способной
отличить свой корабль от чужого. Когда появляется неприятельская субмарина, «Кэптор»
автоматически выпускает торпеду. Подобная система — МШМ — была создана и в СССР.
Для борьбы с минами используют контактные и неконтактные тралы. Контактный трал
устроен очень просто: это трос с резаками (большими ножами). Его опускают в воду с корабля-
тральщика или с вертолёта и «прочёсывают» подозрительное место. Резаки подсекают минрепы
— тросы, удерживающие мины на заданной глубине. Мины всплывают, и их расстреливают из
малокалиберных пушек либо подрывают специальными зарядами. Подобную конструкцию
разработал лейтенант российского флота К Ф. Шульц ещё в 1898 г.
Якорная гальваноударная мина. 1908 г. Россия.
Такие мины широко использовали в обеих мировых войнах. Применяли их и позже, в частности
во время ирано-иракской войны (1980—1988 гг.). В конструкции этой мины был использован
оригинальный предохранитель — кусок обычного сахара, разъединяющий две металлические
пластины
в электрической цепи. Когда мина попадала в воду, сахар растворялся, и контакт замыкался,
приводя взрыватели в боевое положение.
Противолодочная ракетоторпеда »Раструб>. 1984 г. СССР.
Дальность стрельбы — 50 км: стартовая масса 3800 кг. В ка'ичтве боевой
части применяется противолодочная торпеда УМП-1.
F — радиолокационная головка Самонаведения; 2 — твердотопливный
ракетный двигатель: 3 — радиовысотомер; 4 — бортовая система наведения:
5 - радмокоманлная система: 6 — тормозная и гтабилизируммиая системы:
7 противолодочная торпеда; 8 - стартовый твердотопливный ускоритель.
607
Контактный трал.
/ — буксир; 2 - углубит ель; 3 — резаки: 4 — отводит ель;
5 — nuAAt*pAMtki«JUiMv буи; 6 — ведущий буи; 7 — мина.
Схема пос иновкм якорных мин.
После сбрасывания г корабля корпус мины
остаётся на плаву, а ям цж» погружается на дно.
Когда груз касается грунта, якорь увлекает мину
на заданную глубину, равную длине штерта груза.
/ - корпус мины: 2 — якорь; 1 — штерт;
4 — груз; 5 — минреп.
ШЕСТОВЫЕ МИНЫ
Шестовая мина — разрывной снаряд на длинном шесте, оснащённый ударным или
гальваническим (т. е. замыкаемым по команде) взрывателем. Впервые это оружие применили
во время Гражданской войны (1861 — 1865 гг.) в США: его жертвами стали корвет северян
«Хаузатоник» и броненосец южан «Элбермарл». В 1877 г. русский минный катер «Царевич»
потопил такой миной турецкий монитор «Сейфи». Последний раз использовали шестовые
мины в период Французско-китайской войны (1884 г. ), позднее их заменили торпеды.
I. Минным к.1 тер ра «вмвасг полным мол. 2. В непосредственной близости от цели ibccv с мимом опуписта в воду.
3. Взрыв мины при ударе о подводную часть борта корабля-ислм.
608
Неконтактные тралы — электромагнитные, акустические и гидродинамические — имитируют
магнитное поле корабля, шум или волну, которую он создаёт.
Кроме тралов имеются и «индивидуальные» средства защиты корабля — системы, которые
размагничивают его корпус; тогда магнитная мина не взрывается. Или, наоборот, корпус
корабля намагничивают, и очень сильно, чтобы мина преждевременно взорвалась на большом
расстоянии, не причинив вреда судну.
ОРУЖИЕ МАССОВОГО ПОРАЖЕНИЯ
В XX столетии появилось принципиально новое оружие. Оно уничтожает всё живое на очень
большой территории; поэтому его и называют оружием массового поражения. Выделяют
химическое, ядерное и бактериологическое оружие.
ХИМИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ
Впервые химическое оружие применила Германия во время Первой мировой войны против
англо-французских войск. 22 апреля 1915 г. в районе города Ипр (Бельгия) немцы выпустили из
баллонов 180 т хлора. Специальных средств защиты ещё не было (противогазы изобрели год
спустя), и ядовитый газ отравил 15 тыс. человек; треть из них погибли.
Вслед за Германией начали использовать отравляющие вещества (ОВ) и страны Антанты.
Особо «удачными» ОВ считались фосген, дифосген, хлорпикрин, иприт, дифенилхлорарсин,
дифенилцианарсин, люизит, адамсит и хлорацетофенон. Всего за 1915— 1918 гг. воюющие
стороны израсходовали более 125 тыс. тонн ОВ. Общие потери от их применения составили
около 1 млн. человек! В отдельных случаях жертвами химической атаки становились до 90%
солдат.
После войны 1914—1918 гг. многие государства продолжали работать над химическим
оружием. В Германии к началу Второй мировой войны было налажено производство
фосфорсодержащих ОВ нервно-паралитического действия — табуна, зарина и зомана. Эти
вещества особенно
опасны для жизни: они угнетают нервную систему, поражают органы дыхания, нарушают
кровообращение и сердечную деятельность. Как правило, отравление приводит к смертельному
исходу. Однако использовать ОВ в боевых действиях Германия не решилась. Немецкий
генералитет опасался, что США и Англия ответят мощной химической атакой и она для
Третьего рейха окажется губительной.
Что же представляет собой «современное химическое оружие»? Это боевые ОВ и техника для
их применения. Отравляющими веществами начиняют боеголовки ракет, артиллерийские
снаряды, мины и авиационные бомбы, кассеты и контейнеры, шашки и гранаты; используют
распылительные приборы. К цели такие боеприпасы доставляются самолётами и ракетами,
пушками и миномётами.
Аэрозольная маскировка войск — одна из основных задач военных химиков.
* Антанта (от фр. Entente — «согласие») — союз Великобритании, Франции и Российской
империи. Оформился в 1904— 1907 гг.; объединил в ходе Первой мировой войны против
германской коалиции более 20 государств.
* * Шашка — металлическая цилиндрическая коробка с отверстиями в верхней части. В
центральное отверстие вставляется запал, а через остальные выходит дым или ядовитый газ,
образующийся при сгорании находящейся в шашке смеси веществ.
609
Проведение анализа воздуха на наличие отравляющих веществ.
В 60-х гг. появились сообщения о том, что в США разрабатывают бинарные (от лат. binarius —
«двойной») химические боеприпасы. Это не обычные ОВ, а два малотоксичных компонента,
каждый из которых помещён в отдельный контейнер. При взрыве компоненты смешиваются в
воздухе, и в ходе химической реакции образуется боевое отравляющее вещество.
Защищают от ОВ противогазы, респираторы, специальная противохимическая одежда. В
составе современных армий есть особые войска. В случае радиоактивного, биологического и
химического заражения они проводят дезактивацию, дезинфекцию и дегазацию техники,
обмундирования, местности и т. д.
Химическое оружие уничтожает людей, губит землю, реки и моря, но материальные ценности
(здания, технику и т. д.) не разрушает — ив этом заключается особый цинизм его применения.
Причём последствия химической атаки ощущаются долго: на загрязнённой местности нельзя
растить хлеб, пить воду. Пострадавшие от ОВ люди часто болеют до конца жизни. К счастью,
человечество понимает опасность, которую несёт «эффективное» оружие. Уже 17 июня 1925 г.
37 государств подписали Женевский протокол — международное соглашение о запрещении
применения на войне удушливых, ядовитых или других подобных газов и бактериологических
средств. К маю 1975 г. число участников Женевского протокола достигло 93. Документ к 1978
г. подписали практически все государства. Однако он нередко нарушался: например, Италией
— во время войны против Эфиопии (1935—1936 гг.) и США — против Вьетнама (1965— 1973
гг.). В 90-х гг. Генеральная Ассамблея ООН подтвердила положения Женевского протокола:
запрещено не только применять химическое оружие, но и разрабатывать, а также производить
его. Действие Женевского протокола не ограничено по времени.
КАК ОТРАВИЛИ БАЛТИКУ
В конце Второй мировой войны Германия и СССР, чтобы избавиться от химического оружия,
сбросили в контейнерах часть отравляющих веществ в Балтийское море. С течением времени
контейнеры под действием морской воды стали разрушаться, а их содержимое начало
загрязнять воду. Ныне Балтийское море — одно из самых неблагополучных. В некоторых его
районах концентрация вредных веществ превышает ПДК (предельно допустимую
концентрацию) в 20 раз. В ближайшем будущем, если не принять мер, загрязнение возрастёт в
сотни раз.
ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ
5 августа 1945 г. мир облетела ошеломляющая весть. На японский город Хиросиму была
сброшена бомба необычайно разрушительной силы. В один миг здания превратились в руины,
погибли более 100 тыс. жителей. Через несколько дней та же участь постигла другой город
Японии — Нагасаки. Новое оружие в газетах называли атомным или ядерным. Но что это
такое, знали тогда лишь учёные и инженеры, работавшие в области атомной физики.
В 1940 г. советские учёные Т.Н. Флёров и К.А. Петржак открыли, что тяжёлые ядра атомов
урана могут делиться спонтанно (самопроизвольно), выделяя в процессе распада энергию.
Другим исследователям, в частности Ю.Б. Харитону и Н.Н. Семёнову, удалось рассчитать и
осуществить цепную реакцию деления. Эти два открытия и привели к созданию нового
*Дезактивация, дезинфекция, дегазация — очистка местности, сооружений, техники и одежды
от отравляющих и радиоактивных веществ, болезнетворных микроорганизмов.
610
вида оружия: его разработчики использовали энергию атомного ядра урана и плутония,
образующуюся в большом количестве в ходе цепной реакции.
Первую атомную бомбу изготовили в США к середине 1945 г.; испытания её провели 16 июня.
Работы по созданию бомбы возглавлял Роберт Оппенгеймер (1904—1967). В Советском Союзе
ядерным оружием занималась группа учёных под руководством Игоря Васильевича Курчатова
(1902 или 1903—1960). Первая советская атомная бомба была взорвана в 1949 г. близ города
Семипалатинска (Казахстан). Видную роль в её создании сыграл Юлий Борисович Харитон
(1904—1996).
В 1953 г. в СССР прошли испытания водородной, или термоядерной, бомбы. Мощность нового
оружия в 20 раз превышала мощность бомбы, сброшенной на Хиросиму, хотя по размерам они
были одинаковы. Чем же отличается термоядерная бомба от атомной?
При термоядерной цепной реакции лёгкие ядра сливаются в более тяжёлые (из изотопов
водорода, дейтерия и трития получаются ядра гелия). Этот процесс (синтез) даёт энергии в
сотни раз больше, чем деление. Происходит такая реакция при высоких температурах, потому и
добавили «термо» (от греч. «те'рме» — «тепло») к слову «ядерная».
Определяющий вклад в создание водородной бомбы внёс выдающийся физик Андрей
Дмитриевич Сахаров (1921 — 1989). Вместе с ним над новым оружием работали Яков
Борисович Зельдович (1914—1987), Юрий Александрович Трутнев (родился в 1927 г.),
Николай Николаевич Семёнов (1896—1986), другие учёные и инженеры.
Американцы экспериментальный термоядерный взрыв произвели 1 ноября 1952 г. Взорванное
устройство представляло собой сооружение размером с двухэтажный дом, но это ещё не была
водородная бомба.
Чтобы отработать методы применения ядерного оружия, СССР и США проводили масштабные
войсковые
Первая советская атомная бомба.
УНИЧТОЖЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ
В 80-х гг. XX в. США владели более чем 150 тыс. тонн отравляющих веществ. Свыше 3 млн.
снарядов, десятки тысяч авиационных бомб, сотни тысяч мин, множество других химических
боеприпасов хранились на складах Соединённых Штатов и их союзников по НАТО. В СССР к
1995 г. запасы ОВ составляли 40 тыс. тонн. Согласно международным договорам, всё
накопленное химическое оружие подлежит уничтожению, а заводы по производству
отравляющих веществ должны быть переориентированы на выпуск мирной продукции. Задача
эта трудоёмкая и сложная. На её решение только России потребуется около 35 млрд, рублей.
Первый завод по уничтожению ОВ в нашей стране построен в городе Чапаевске (Самарская
область). Его мощность — 350 т отравляющих веществ в год. Действует и передвижная станция
меньшей мощности. Аналогичные предприятия планируется создать и в других районах; за
семь лет они уничтожат 45% российских запасов ОВ.
Акция в поддержку кампании за безопасное уничтожение химического оружия.
611
Самая мощная в мире авиационная водородная бомба. СССР.
учения. Первое такое учение в нашей стране прошло в 1954 г. на Тоцком полигоне
(Оренбургская область), второе — в 1956 г. в районе Семипалатинска. Многие солдаты и
офицеры, участвовавшие в них, подверглись радиационному облучению, что привело в
дальнейшем к тяжёлым болезням, в первую очередь к лейкемии. Современное ядерное оружие
существует в виде бомб, боевых частей ракет, торпед, артиллерийских снарядов, глубинных
бомб, мин. Мощность боеприпасов оценивают в тротиловом эквиваленте. Ядерный взрыв 1 кг
урана-235 или плутония-239 при полном делении всех ядер эквивалентен по количеству
выделившейся энергии химическому взрыву 20 тыс. тонн тротила.
Мощность ядерных боеприпасов обычно выражают в тоннах (т), кило-тоннах (кт) и мегатоннах
(Мт) тротилового эквивалента. Ядерные боеприпасы подразделяют на сверхмалые (до 1 кт),
малые (1 — 10 кт), средние (10—100 кт), крупные (100 кт — 1 Мт) и сверхкрупные (более 1
Мт). На Хиросиму, например, была сброшена урановая бомба, разрушительная сила которой
соответствовала взрыву 20 тыс. тонн тротила. Нагасаки испытал удар плутониевой бомбы
такой же мощности.
Ядерное оружие считается самым опасным. При взрыве ударная волна уничтожает сооружения
и технику, световое излучение сжигает всё, что способно гореть, а потоки проникающей
радиации губят людей и животных. По расчётам специалистов, один термоядерный заряд
мощностью 20 Мт может сровнять с землёй дома
ГДЕ ИСПЫТЫВАЛИ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ
Страны, обладающие ядерным оружием, испытывали его на специальных полигонах,
удалённых от густонаселённых районов: бывший СССР — под Семипалатинском и на острове
Новая Земля; США и Великобритания — в штате Невада; Франция — на атоллах Муруроа и
Фангатауфа в Полинезии. Американцы ряд взрывов произвели на островах и атоллах Тихого
океана; англичане — на тихоокеанских островах и у побережья Австралии; французы — в
пустыне Сахара. Китай ядерную программу испытаний выполнял на полигоне Лобнор в северо-
западной части страны. Под Семипалатинском за 1949— 1962 гг. осуществили 124 наземных,
атмосферных и подземных взрыва.
В 1991 г. полигон был закрыт по указу президента Казахстана. Ядерный полигон на Новой
Земле создали в 1954 г. Именно здесь проходило большинство (94% по мощности) ядерных
испытаний в СССР. Самый страшный удар атмосфера планеты получила 30 октября 1961 г.: в
тот день взорвали водородную бомбу мощностью 58 Мт.
На Новой Земле проверяли ядерные боеприпасы, предназначенные для военно-морского флота
и ракетных войск. В 1957 г. прошла испытания торпеда с ядерной боеголовкой. Взорвавшись на
глубине 35 м, она потопила два эсминца, две подводные лодки и два тральщика.
Ядерный взрыв под Семипалатинском.
*Лейкемия, или лейкоз (от греч. «лейко'с» — «белый»), — опухолевое заболевание
кроветворной ткани, при котором нарушается кроветворение; часто поражается костный мозг.
612
Изучение радиационной обстановки в окрестностях Семипалатинска.
Воронка, образовавшаяся после подземного ядерного взрыва 1968 г. Семипалатинск.
Фотография. 1991 г.
в радиусе до 24 км и уничтожить всё живое на расстоянии до 140 км от эпицентра взрыва.
Кроме того, происходит радиоактивное загрязнение воздуха и воды.
Так, в результате 175 взрывов, произведённых до 1991 г. Францией на атоллах в Тихом океане,
богатейшие флора и фауна близлежащих островов стали радиационно-опасными, поэтому,
например, рыбу и морепродукты завозят сюда из Японии и других стран. В базальтовых
основаниях атоллов появились большие трещины.
Первыми, кто понял, чем грозит ядерная война человечеству, стали разработчики атомного
оружия. А.Д. Сахаров начал выступать за прекращение ядерных испытаний уже в конце 50-х гг.
Постепенно не только учёные осознали новую опасность. 5 августа 1963 г. в Москве был
принят Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом
пространстве и под водой. К 1995 г. был объявлен мораторий (от лат. moratorius —
«отсрочивающий») на проведение подземных взрывов. Однако лабораторные эксперименты
продолжаются до сих пор; иногда ядерные взрывы имитируют методами компьютерного
моделирования.
В конце 1995 г. в России насчитывалось 5500 ядерных зарядов; из них 60% — в составе
ракетных войск стратегического назначения, 35% — в военно-морском флоте, 5% — в военно-
воздушных силах. 3 января 1993 г. США и Россия заключили Договор о сокращении и
ограничении стратегических наступательных вооружений (Договор СНВ-2). По этому
Договору к 2003 г. количество ядерных боеголовок, которыми располагает каждая из сторон, не
должно превышать 3000—3500 единиц. Такого количества вполне достаточно для обеспечения
национальной безопасности.
Американская установка для обеззараживания почвы на бывшей ракетной базе в
Белоруссии.
613
БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ
О бактериологическом, или биологическом, оружии широкая общественность впервые узнала в
декабре 1949 г. Тогда в Хабаровске проходил суд над группой военнослужащих японской
Квантунской армии. Военный трибунал обвинял их в разработке и применении биологического
оружия.
В 1935—1936 гг. на территории оккупированной Японией Маньчжурии были созданы
специальные лаборатории, а позднее научно-исследовательские армейские отряды, которые
разрабатывали бактериологические средства поражения и испытывали их на военнопленных и
мирных жителях Китая. Бактериологическое оружие применялось Квантунской армией в ходе
боевых действий против китайских и монгольских войск; планировалось его применение и
против Советского Союза.
Бактериологическое оружие — это микроорганизмы, вызывающие массовые заболевания
(эпидемии) сыпным тифом, холерой, оспой, чумой, сапом, сибирской язвой и др. Заражение
происходит через органы дыхания, пищеварения, кожу, а также при укусе насекомыми и
грызунами. Жидкости, содержащие болезнетворные микроорганизмы, заливают в баллоны, а
затем распыляют в заданном месте с самолётов. Иногда сбрасывают контейнеры с
заражёнными животными (крысами, мышами). Упав на землю, контейнер разбивается, а
животные разбегаются. Существуют «бактериологические» ракеты, авиабомбы и
артиллерийские снаряды. В местах больших скоплений людей (метро, вокзалы, аэродромы,
гостиницы) могут действовать диверсионные группы.
В печати появились сообщения о том, что после Второй мировой войны биологическое оружие
производили США, Англия, Австралия и Канада.
В 1971 г. Генеральная Ассамблея ООН одобрила Конвенцию о запрещении разработки,
производства и накопления запасов бактериологического (биологического) и токсинного
оружия и об их уничтожении. Участниками Конвенции (1985 г.) являются 101 государство.
Отделение радиационной и биологической разведки в Кинешме.
ТЕХНИКА «ТАЙНОЙ ВОИНЫ»
У каждого государства есть «глаза» и «уши», наблюдающие за потенциальными противниками
(а иногда и союзниками). В СССР разведкой занимался Комитет государственной безопасности
(КГБ); в России (после распада Советского Союза) его сменили Служба внешней разведки
(СВР) и Главное разведывательное управление Генерального штаба (ГРУ). В США для этого
создано Центральное разведывательное управление (ЦРУ), в Англии — Британская секретная
служба. Собирают и анализируют секретные сведения о другой стране агенты разведки. На
родине их называют разведчиками, а в государствах, против которых они работают, —
шпионами. Важную информацию иногда содержат даже публикации в печати, почто-
*Токсины (от греч. «токсико'н» — «яд») — отравляющие вещества биологического
происхождения.
614
вые открытки, обычные любительские фотографии. Но действительно секретные данные
получают с помощью аэро- и космической фотосъёмки, радиотехнической разведки.
И У СТЕН БЫВАЮТ УШИ
В старину «рыцари плаща и кинжала» полагались в основном на свою зоркость и чуткий слух.
Технические устройства были весьма примитивны. В дворцах египетских фараонов, например,
подсматривали и подслушивали через глиняные трубки, вделанные в стены. А в замках
европейских монархов и феодалов, в монастырях соглядатай часто прятался в потайных ходах,
которые специально прокладывали при строительстве зданий. Форма невидимых коридоров
была такова, что звук человеческой речи, доносившейся из внутренних покоев,
концентрировался, а потому усиливался в определённом месте — здесь и скрывался шпион.
Но времена, когда важную государственную тайну удавалось узнать, спрятавшись за портьерой
или приложив ухо к замочной скважине, безвозвратно миновали. В конце XX в. в
распоряжении агентов разведки находится специальная техника, разработанная с применением
новейших технологий. Часто создают уникальную аппаратуру — для одной-единственной
разведывательной операции.
РАНЕЦ-САМОЛЁТ, ИЛИ ВЕРХОМ НА КОРОВЕ
Разведчик может прибыть на место «службы» легально — под видом дипломата или
журналиста, например. Иногда приходится пересекать границу нелегально — по земле, воздуху
или воде. Чтобы незаметно перейти контрольно-следовую полосу, разделяющую государства,
применяют специальную обувь: она оставляет следы, похожие на отпечатки лап или копыт
животных. А иногда границу просто переезжают... верхом на корове. Изобретение XX в. —
ранцевый турбореактивный двигатель. С ним можно «прыгнуть» на несколько сот метров через
систему пограничных укреплений. Но при этом рёв аппарата разнесётся на многие километры
вокруг.
На побережье иностранного государства агенты высаживаются или с помощью мини-
подводных лодок, или добираются вплавь — в лёгких водолазных костюмах. В 1935—1945 гг.
у англичан была одноместная подводная лодка «Слип Бьюти» («Спящая красавица»), у
итальянцев — двухместная мини-субмарина «Маяле» («Свинья»), у немцев — одноместное
судно «Бибер» («Бобр»), вооружённое двумя торпедами. В Военно-морском флоте России —
двухместная подводная лодка размером с обычную торпеду.
Испытанный способ заброски разведчиков — на парашюте. Раньше при подходящем
направлении ветра использовали и воздушные шары, а в конце XX столетия стали применять
дельтапланы и планирующие парашюты — парапланы.
ЭЛЕКТРОННЫЕ «КЛОПЫ», «ШПИЛЬКИ» И «КИРПИЧИ»
Технические средства разведки делятся на две группы: для подслушивания и для зрительного
наблюдения. Миниатюрный диктофон с выносным микрофоном, спрятанным под
вм< •нтировл
615
лацканом пиджака, позволяет незаметно для окружающих записывать разговор, например во
время дипломатического приема. В дальнейшем плёнку обрабатывают с помощью компьютера,
и голоса становятся отчётливо слышны.
А как узнать содержание секретных переговоров, на которые посторонних, конечно, не
пригласят? Очень просто. Нужно прийти заранее в комнату, где они будут проходить, скажем,
под видом электрика, и оставить там крошечный радиомикрофон. На профессиональном языке
такие устройства называют «радиозакладками», а в просторечии — электронными «клопами».
«Клопов» легко поместить за обоями, в щелях стен, они крепятся под сиденьем стула.
Принести мини-микрофон можно и на одежде. Иногда человек даже не подозревает, что в его
пиджак или шляпу кто-то воткнул булавку-антенну со встроенным в головку электронным
«клопом». Подслушивающее устройство величиной с половину спичечной головки или с
рисовое зёрнышко способно уловить в 15 м тихий шёпот и вести передачи на расстояние до 150
м. Встроенного миниатюрного аккумулятора ему хватает на несколько суток работы, а при
питании от электрической сети оно действует
годами. И только специалист поймёт, что это за предмет.
Иногда подслушивающее устройство, замаскированное под радиодеталь, встраивают в
бытовую технику — телефон, магнитолу, телевизор, электрическую розетку, тройник,
удлинитель. Оно и питается от электрической сети, и по ней же передаёт информацию.
Известны подслушивающие устройства в виде стеклянного стакана, украшенного
оригинальным орнаментом из... элементов солнечной батареи. Есть авторучки «с секретом»,
«хитрые» наручные электронные часы, калькуляторы и даже... кирпичи. Они могут служить
много лет: звучит рядом человеческая речь — передают информацию, наступает тишина —
переходят в режим ожидания.
Когда проникнуть в помещение нельзя, используют контактный микрофон-« шпильку» —
тонкий металлический стержень длиной около 30 см, которым пробивают стену. Электронный
микрофон-стетоскоп (от греч. «сте'тос» — «грудь» и «скопе'о» — «смотрю») достаточно
плотно прижать или приклеить к стене. А если чувствительный микрофон разместить в
вентиляционном канале, можно узнать, о чём говорят в противоположном конце здания.
Г чижикивгг
устройство в виде
МКфУ'ЖИ.
ЬОг гг. США.
616
Одно из самых удобных мест для подслушивания — окно, особенно открытая форточка.
Сверхчувствительный микрофон направленного действия с оптическим прицелом для точной
наводки «слышит» речь на расстоянии до 500 м. А бесшумный
арбалет может забросить в ту же форточку радиомикрофон-»таблетку».
Закрытое окно тоже не помеха. Известен случай, когда секретный доклад был «подслушан»
инструктором глухонемых: глядя в бинокль, он по губам говорящих свободно «прочитал»
КСЕРОКС С «ЗАКЛАДКОЙ»
В разгар «холодной войны», в 1962 г., кому-то из сотрудников ЦРУ пришла в голову
гениальная идея — вставить в ксерокопировальный аппарат, купленный советским
посольством в Вашингтоне, устройство, называемое разведчиками «закладкой». Электронный
шпион сделает «лишнюю» копию каждого документа, а русские ничего не заподозрят.
Ксероксы, в то время новинка даже для Америки, часто капризничали, специалистов по их
обслуживанию не хватало, а в Советском Союзе не было совсем. Поэтому раз в месяц
посольство посещал американский техник. Ему и решили поручить работать с «закладкой».
По просьбе ЦРУ фирма «Ксерокс» согласилась сконструировать подобное устройство.
Участник проекта Рэй Зоппот, ныне пенсионер, спустя почти 40 лет рассказал на страницах
американского журнала о том, как это происходило.
Трудились над изобретением специалисты по оптике, электротехник, электронщик и сам
Зоппот — как один из разработчиков модели ксерокса, приобретённого посольством. Сначала
остановились на шпионе-фотоаппарате. Затем от него отказались, решив, что проще встроить
обычную любительскую кинокамеру. В ближайшем магазине купили камеру фирмы «Белл энд
Хауэлл», даже не самую маленькую из существовавших: в неё заряжалась десятиметровая
катушка плёнки шириной 8 мм, на которой помешалось около 2500 кадров форматом 3,55«4,90
мм. Плёнку выбрали всё же не обычную, любительскую, а особую, с высокой разрешающей
способностью — после увеличения кадра на нём должна была читаться каждая буква.
Внутри большого напольного ксерокса спрятать камеру не составляло труда. Даже специалист
не сразу бы её заметил, а тихое жужжание прибора заглушалось работой механизмов.
Кинокамера, установленная на покадровую съёмку, включалась фотоэлементом — как только
при копировании вспыхивала лампа ксерокса. Плёнку протягивал электромоторчик,
работавший от батарейки. Прежде чем отправить «изобретение» заказчику, провели
эксперимент: встроили киноаппарат в один из ксероксов самой фирмы. И тут руководство
узнало много интересного: оказывается, на служебном ксероксе сотрудники копировали
кулинарные рецепты, ноты, анекдоты и карикатуры из газет и журналов...
Наконец настало время передать «закладку» ЦРУ. Зоппот сам показывал двум сотрудникам
американской разведки, как обращаться с камерой, а уж они обучали техника. Он должен был
вставить кинокамеру в ксерокс, при следующем визите вынуть её и заменить на новую, со
свежим запасом плёнки.
Вскоре ЦРУ попросило ту же группу разработать ещё одну «закладку», но теперь для
небольшой настольной модели. Стандартная кинокамера не подходила, пришлось
сконструировать миниатюрный фотоаппарат. Заказы на детали для него размещали в разных
мастерских: ни один изготовитель не должен был догадаться, что получится в результате
сборки. Судя по числу заказанных деталей, утверждал Зоппот, такие фотоаппаратики
вставлялись в ксероксы по всему миру, в том числе и в странах — союзницах США.
Но в 1969 г. поймали с поличным одну химическую фирму. Независимо от ЦРУ специалисты
фирмы изобрели подобную «закладку» и встроили её в ксерокс конкурентов. Разоблачение
наделало много шума в прессе, и можно предположить, что сотрудники советского посольства
проверили свои копировальные аппараты.
Кинокамера в недрах ксерокса.
Самая маленькая кинокамера (обозначена крестиком), выпускавшаяся в начале 60-х гг. в США,
была чуть больше пачки сигарет.
617
всё, что говорилось на совещании. Не спасают и плотные шторы. Ещё в 60-х гг. применяли
радиомикрофон, который выстреливали из ружья, бесшумного пистолета или арбалета в
оконный переплёт. Он воспринимал вибрацию окон, вызванную звуковыми колебаниями, и
передавал полученную информацию в эфир. Сегодня можно обойтись без арбалета. Звуки
разговора находящихся в комнате людей вызывают микроколебания оконных стёкол, занавески
или любого другого плоского элемента интерьера. Если направить в стекло луч лазера,
оптический приёмник уловит сигнал, отражённый от колеблющейся поверхности, и
расшифрует его.
КАК ВИДЕТЬ СКВОЗЬ СТЕНЫ
Уже в 1860 г. позиции армии противника фотографировали с воздушного шара. Во время
Первой мировой войны появились голуби-разведчики: компактный фотоаппарат крепился на
груди птицы. Снимали вражеские объекты и с самолётов.
В период «холодной войны» советские службы противовоздушной обороны постоянно сбивали
беспилотные воздушные шары-шпионы с разведывательной аппаратурой, запускавшиеся США.
На огромной высоте эти шары дрейфовали с попутными ветрами от Камчатки до Кольского
полуострова через весь Советский Союз. Сегодня разведку ведут и со спутников: с высоты
более 200 км их телеобъективы размером со средний телескоп могут различить на земле даже
человека.
Есть специальные приспособления для наблюдения и у современных «рыцарей плаща и
кинжала». Излюбленный микрофотоаппарат как российских, так и зарубежных разведчиков —
крошка «Минске ЕС», длина которого всего 80 мм, а вес 56 г. Швейцарская камера «Тиссина»
свободно помещается в сигаретной пачке.
Разведчику важно скрыть фотоаппарат, поэтому его маскируют под бытовой предмет. В 1887 г.
в Англии впервые разместили компактную фотокамеру в корпусе карманных часов, рядом с
механизмом. В 50-х гг. XX в. в Швейцарии сконструировали фотоаппарат, замаскированный
под мужские наручные часы. Сейчас серийно производят камеры, внешне похожие на
сигаретную пачку, портсигар, зажигалку, авторучку.
Немецкая фирма «ПК Электроник» выпускает видеокамеру (34x43x30 мм), которая может
работать почти в полной темноте. Более того, её вместе с миниатюрным видеомагнитофоном
удалось поместить в пряжку брючного ремня. Российские спецслужбы используют камеру на
восемь снимков (формат 4x4 мм) в виде перстня с крошеч-
Аиторучм-фотоаппйрл.
1984 Г. Россия.
Такой авторучкой можно
нс только писать,
но и с помощью встроенного
в колпачок фотоаппарата
сделать несколько
фотоснимков.
Миниатюрная фотокамера часам. Вторая
половина XX в. ФРГ.
Немецкая фирма «ПК Э.мжтроник» (Гамбург),
специализирующаяся на производстве
разведывательной аппаратуры и шпионского
снаряжения, встроила в корпус действуюших
наручных электронных кварзевых часов
(толщиной всего 10 мм1 фотокамеру. Объектив
диаметреии 2,8 мм позволяет сделать
*В 1975 г. американский фотокорреспондент сумел из здания напротив сфотографировать
государственного секретаря США Генри Киссинджера за работой. На снимке прекрасно
читаются секретные документы, разложенные на его столе.
618
ным объективом вместо драгоценного камня.
Современные подзорные трубы и телеобъективы позволяют рассмотреть объект через окно с
расстояния в десятки метров. Вооружившись приборами ночного видения (инфракрасными или
с электронными усилителями изображения), разведчики могут вести наблюдение даже в
полной темноте.
Заглянуть в закрытое помещение для них тоже не проблема. Для этого есть телекамера с
дистанционным управлением, на объектив которой надета насадка-эндостсотг (от греч.
«э'ндон» — «внутри») — гибкий волоконный световод диаметром 2 мм и длиной до 2 м.
Просунув эндоскоп через замочную скважину или трещину в стене, можно заснять всё
помещение в абсолютной темноте, просмотреть документы, лежащие на столах или внутри
запертого сейфа.
А ксерокопию с документа, «позаимствованного» на короткое время, делают на аппарате,
способном работать в автомобиле, который мчится по бездорожью.
МЕТОДЫ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ
На службе у радиотехнической разведки сегодня есть самые мощные средства: космические
спутники, корабли, самолеты. Десятки станций радиоперехвата круглосуточно слушают эфир,
ловят и расшифровывают правительственную и военную информацию. Большую ценность
представляют данные, передаваемые по радио при запуске космических кораблей или при
испытаниях стратегических ракет.
Массивное оборудование устанавливают на автомобиль с дипломатическими номерами,
который свободно перемещается по территории иностранного государства. Портативные (от
фр. porter — «носить») устройства радиоперехвата разведчики прячут под одеждой, в обычный
чемоданчик или закладывают неподалёку от военных объектов, маскируя под пенёк или сухую
ветку.
Компьютеры, телексы, факсы, электронные пишущие машинки, телефоны испускают
электромагнитные колебания в эфир, в цепи питания и заземления (наводки). А потому они
могут стать источником утечки секретной информации. Аппаратура со сверхчувствительной
направленной антенной с расстояния более 1500 м улавливает и усиливает сигналы,
излучаемые этими устройствами при работе. Полученную информацию затем дешифрует
компьютер.
Подсоединив к кабелям питания, проводам заземления или просто к водопроводным трубам за
сотни метров от здания специальную аппаратуру, разведчик может определить, что печатает
принтер или электрическая пишущая машинка. В сети возникают микроскопические скачки
напряжения, каждый из которых соответствует определённому письменному знаку.
Если же спрятать в компьютере электронное устройство, то можно «считывать» секретнейшую
информацию с клавиатуры или «выуживать» её из электронной памяти машины.
Российская разведка установила, что 8% компьютеров, закупленных за рубежом, снабжены так
называемыми закладками — встроенными устройствами или особыми программами, похожими
на компьютерный вирус. По кодированному радиозапросу с наземного пункта или с
космического спутника «закладка» передаст в эфир любую информацию из памяти компьютера
или выведет из строя программное обеспечение.
Шпионское оружие. 40-е гт.
Re сикобритшиин
I. Клрлнджш
КОН I-NOR — стилет.
2. Ааторучаит-кинжас
ТУННЕЛЬ ПОД ГРАНИЦЕЙ
В 60-х гг. XX в., в разгар «холодной войны», американские разведчики прорыли туннель с
территории Западного Берлина в Восточный сектор. И всё для того, чтобы подсоединить
подслушивающую аппаратуру к кабелю советской военной линии связи. Довольно долго ЦРУ
было уверено в ценности получаемой информации. Позже, правда, выяснилось, что это хорошо
продуманная дезинформация (ложная информация) советской контрразведки.
619
Такой миниатюрный радиомаячок, встроенный в заводскую упаковку, рассказывает, где
находится закупленное за рубежом оборудование он передаёт сигналы на спутник
Используют и обычную бытовую технику. Очень «болтливы» кнопочные телефоны —
способность к утечке информации заложена в их конструкции: даже если трубка лежит на
рычаге, разговор в комнате можно услышать, подключившись к линии.
АГЕНТ, НА СВЯЗЬ!
Разведчик должен не только добыть секретную информацию, но и незамедлительно передать её
по назначению, иначе сведения устареют и потеряют ценность. В этом ему помогает
коротковолновый радиопередатчик. Чтобы не успели запеленговать, применяют импульсную
радиопередачу: сообщение в эфир «выстреливают» мгновенно. Уже во время Второй мировой
войны такая мини-радиостанция помещалась в небольшом чемоданчике. А современные
средства спутниковой связи вообще размером с книгу.
Есть и другие, самые необычные способы связи. Известно немало случаев, когда агентурные
сведения переносили голуби. В период Второй мировой войны немецкие разведчики
переснимали текст сообщения на кусочек фотоплёнки и наклеивали его на конверт под
почтовую марку. Письмо вполне невинного содержания легально следовало в какую-нибудь
нейтральную страну на конспиративный адрес.
Перевозят секретную информацию в тайниках: в каблуке, в кисточке для бритья, в зажигалке,
массажной щётке, авторучке, курительной трубке и т. п. Можно нанести невидимое
изображение на носовой платок, а потом проявить каким-нибудь простым реактивом —
мыльной водой, раствором йода или просто мочой. А что делать, если разведчику грозит
провал и собранные материалы (на фотоплёнках, видеолентах, дискетах, листах бумаги) надо
срочно уничтожить?
На этот случай все материалы заранее вкладывают в герметичный контейнер, который легко
помещается в кармане одежды. Стоит нажать кнопку на крышке — и содержимое без огня и
дыма, незаметно для окружающих превратится в горстку пепла или кусок оплавленной
пластмассы.
СТРЕЛЯЮЩИЕ ПУГОВИЦЫ И АВТОРУЧКИ
Разведчики шутят: «У каждого шпиона в кармане должен быть пистолет, похожий на
зажигалку, и зажигалка, похожая на пистолет». Для секретных агентов разрабатывают
специальное оружие, потайное и эффективное. Пользуются им лишь в самом крайнем случае —
при угрозе провала, для самозащиты. Дальность стрельбы та-
620
кого оружия не превышает нескольких метров; чаще всего из него стреляют в упор.
Американские агенты при переходе границы брали с собой однозарядное стреляющее
устройство, которое крепилось к тыльной стороне перчатки или на запястье. Если резко
согнуть кисть руки, надетый на пальцы тросик приведёт в действие спусковой механизм.
Немецкие инженеры во время Второй мировой войны создали реактивный гранатомёт, который
носили в рукаве. Позднее появился пистолет-пулемёт аналогичной конструкции.
Некоторые виды оружия разведчики носят на груди, под одеждой; через неё и ведётся огонь.
Если спусковую кнопку разместить, скажем, на колене, то стрельбу можно открыть, всего лишь
закинув ногу на ногу.
Ножи прячут и за лацкан пиджака, и в автоматический карандаш, и в стельку ботинка.
Английские разведчики в 1939—1945 гг. использовали для ближнего боя многоцелевое
холодное оружие — дубинку Пескетта. В рукоятку дубинки монтировались выдвижное лезвие
стилета и вытяжная удавка.
Для того чтобы скрыть оружие, его встраивают в бытовые предметы. Пистолеты — в
курительную трубку, в пряжку брючного ремня (пистолет Уэбли и Скотта калибра 6,35 мм) или
в каблук ботинка. Во время Второй мировой войны английские агенты имели на вооружении
стреляющую авторучку «Стингер» («Жало»), Правда, она мало походила на настоящую.
Современные огнестрельные авторучки внешне не отличаются от обычных, ими ещё и пишут.
Специально для разведчиков сконструирован фотоаппарат, который и фотографирует, и
стреляет. В КГБ был разработан четырёхствольный бесшумный пистолет калибра 6,35 мм в
сигаретной пачке или в портсигаре.
Пнстолет-см-рчаткл. ЬО-е гг. США.
Однозарядное стрелянюич- устр^ятво калибра
.38 дюйма. Крепится к тыльной стороне
перчатки. При уларе кулаком срабатывает
спусковой штырь пистолета, и происходит
выстрел.
«Нательное» мнос о зарядное
оружие с электрическим
запалом. 50-е гг. США.
621
НЕЗРИМЫЕ БОИ
Разведка не ограничивается сбором и передачей информации. В период боевых действий она
готовит и проводит диверсии. Особые подразделения уничтожают командный состав
противника, его технику и важные стратегические объекты: аэродромы, железнодорожные
линии, мосты, средства связи, трубопроводы, дороги. Для выполнения подобных задач
разрабатывается специальное оружие.
Тульские оружейники создали складной автомат. В «походном» положении он напоминает
видеокассету и помещается в кармане, а в боевое приводится одним движением.
Древнейшее средство устранить врага — яд. Его не только подмешивают в еду и питьё —
существуют миниатюрные аэрозольные баллончики с газом, который достаточно вдохнуть
один раз, чтобы умереть. В России изобрели зонтик, стреляющий крохотной отравленной
дробинкой, а на Западе — авторучку с мощной пружиной, выбрасывающей на несколько
метров отравленную иглу.
Для тайных операций нужно бесшумное оружие. Поэтому в конце XX в. не забыт старинный
арбалет. Спецслужбы применяют и обычное огнестрельное оружие, но с глушителями —
выстрел звучит не громче хлопка.
В середине 80-х гг. в СССР для бесшумно-беспламенной стрельбы были созданы снайперская
винтовка «Винторез» калибра 9 мм и автомат «Вал» калибра 9 мм. От них не защищает и самый
современный бронежилет. Для диверсионных операций предназначен также двуствольный
бесшумный неавтоматический пистолет МСП «Гроза» калибра 7,62 мм. Ещё более совершенен
самозарядный бесшумный пистолет ПСС калибра 7,62 мм с магазином на шесть специальных
патронов. Аналогов подобному оружию в мире пока нет.
В арсенале диверсантов есть пластиковая взрывчатка, которую можно втиснуть в узкую щель,
механические и химические взрыватели замедленного действия, радиовзрыватели. Существует
множество способов маскировки мин. Для диверсии на тепловой электростанции, например,
взрывное устройство делают в виде куска угля.
СТРЕЛЯЮЩИЙ ПОРТСИГАР
В середине 50-х гг. И.Я. Стечкин создал для сотрудников госбезопасности стреляющее
устройство в виде портсигара. Вместо сигарет в нём находились три коротких заряженных
ствола, а сбоку — спусковая система. Боеприпасы для «портсигара» разработали на основе
пистолетного патрона калибра
9 мм. Поскольку в укороченных стволах пули не набирали нужной скорости, заряд патрона был
усилен.
В раскрытом стреляющем портсигаре хорошо видны три ствола и справа от них спусковое
устройство.
622
РУЧНОЙ ГРАНАТОМЁТ «НЕПРЯДВА»
В 1981 г. конструктор Тульского центрального конструкторско-исследовательского бюро
спортивного и охотничьего оружия В.В. Ребриков разработал реактивный бомбомёт ДП-64
«Непрядва», предназначенный для борьбы с морскими диверсантами. Бомбомёт представляет
собой гладкоствольное оружие с двумя стволами. Они размешены один над другим и
соединены общим казёнником. Отдача при стрельбе гасится массой оружия и резиновым
затыльником, который подстраивается под плечо.
Из стволов «Непрядвы» не вырываются реактивные струи, поэтому можно вести огонь даже
через корабельный иллюминатор. В 1990 г. «Непрядва» успешно прошла испытания в
Черноморском флоте и была принята на вооружение.
Масса — 10 кг; дальность стрельбы — до 400 м; радиус поражения на глубине 40 м мини-
субмарин и других подобных средств, а также аквалангистов-диверсантов — 14 м.
А магнитные мины «приклеивают» к днищу корабля или в незаметном месте на транспортное
средство.
Современный боезаряд можно заложить до начала военных действий и в нужный момент
подорвать по кодовому радиосигналу со спутника. Диверсантам приходится действовать не
только на суше, но и под водой. Бельгийские группы вооружены шестиствольным
револьвером-амфибией, заряженным вместо пуль миниатюрными стрелами. Особое устройство
патрона не даёт вырваться пороховым газам наружу, поэтому выстрел на суше происходит
практически без шума, пламени и дыма. Российский четырёхствольный пистолет СПП-1
калибра 4,5 мм ведёт огонь стрелами длиной 115 мм на 17 м под водой и на 50 м в воздухе.
Непревзойдённый образец подводного оружия — отечественный автомат АПС калибра 5,66 мм
с магазином ёмкостью 26 патронов. Его пуля длиной 120 мм эффективно действует под водой
на расстоянии до 30 м.
До тех пор пока существуют государства, будет существовать и разведка. Лучшие
конструкторы всего мира трудятся над созданием военной техники. И лучшие из лучших — над
вооружением «рыцарей плаща и кинжала», разведчиков и диверсантов.
Техника для «тайной войны» первой вбирает достижения науки, новейшие высокие
технологии. И лишь позднее они приходят в повседневную жизнь, становятся достоянием
мировой технической культуры.
Бесшумный снайперский комплекс БСК (винтовка ВСС). СССР/Россия.
Патрон — 9-мм СП-5, СП-6; масса с оптическим прицелом — 2.61 кп длина —
894 мм; прииельная дальность стрельбы — 400 м; магазин — сменный на 10 патронов;
режимы огня — одиночнымнепрерывныи
Подводный автомат ДПС. СССР/Россия.
Патрон — 5,66-мм МПС масса — 3.4 кг;
длина — 614/823 мм; прииельная дальность
н зависимости от глубины - 11—30 м; магазин —
сменный на 26 патронов: патроны с удлиненной
пулей, которая пол полой стабилизируется за счет
образования нозлушнтио пузыря у ее головной части:
дальность стрельбы в воздухе — до 30 м. Предназначен
для борьбы с подводными диверсантами: серийных
зарубежных аналогов не имеет.
623
КАКАЯ ЕЩЁ БЫВАЕТ ТЕХНИКА
ВРЕМЯ, КОТОРОЕ ВСЕГДА С ТОБОЙ
Часы — прибор, отсчитывающий время в течение суток. Так определяют этот механизм
толковые словари. Часы настолько привычны, что даже самые современные модели мало нас
удивляют. Между тем у часов не только древнейшая, но и очень любопытная история.
Достоверно известно, что самые первые указатели времени появились в середине III
тысячелетия до н.э. Это были солнечные часы, представлявшие собой простой стержень (или
пластинку), тень от которого в солнечный день падала на горизонтальный циферблат; самая
короткая тень показывала полдень. Примечательно, что использовалось такое устройство и для
определения времени, и для нахождения географической широты места (в последнем случае
оно именовалось гно'мон). Солнечные часы дожили до наших дней. Сегодня их можно увидеть
на многих старых зданиях.
Солнечные часы имеют серьёзный недостаток — ночью и в пасмурный день они бесполезны.
Поэтому придумали (в III тысячелетии до н.э.) водяные часы: вода по капле поступала в сосуд
со шкалой, проградуированной в единицах времени. Часы назвали клепсидра (в переводе с
греческого «воровка воды»). Они сущест-
Солнечные часы английского мастера Джона Бредли. Начало XVIII в.
624
вовали очень долго — вплоть до середины XIX в. Затем появились часы песочные и «огневые»
— свечи и масляные лампы с делениями.
Подлинную революцию в истории приборов для определения времени совершили
механические часы. Первое упоминание о них относится к концу VI в. С той поры люди
утратили интерес ко всем другим подобным устройствам и занялись улучшением новинки.
Конструкция первых механических часов была простой. Гири на верёвке, намотанной на
горизонтальный вал, опускались и через систему зубчатых колёс двигали стрелки.
Сначала механические часы устанавливали лишь на самых высоких зданиях, потому-то такие
часы и получили название башенных. В России они впервые появились в Московском Кремле
(1404 г. ). Их механизм, работы монаха Лазаря Сербина, приводили в действие гири.
В 1510 г. немецкий механик П. Генлайн приспособил к часовому механизму пружину в виде
стальной спирали и сделал первые карманные часы. Но поскольку туго закрученная пружина
действует на механизм с большей силой, чем раскрутившаяся, возникла потребность в
устройстве, подающем энергию равномерно. И тогда изобрели колебательную систему —
маятник в стенных и напольных часах и балансир (крутильный маятник) в настольных и
карманных.
Маятник обладает важным свойством: период его колебаний (или вращений) не изменяется.
Если энергия пружины или гири будет постоянно поддерживать незатухающие колебания
маятника, а механизм — считать их, то часы должны показывать время весьма точно. Маятник
оснастили спусковым механизмом.
Самый старый спусковой механизм — шпиндельный. Появился он в XIV в. и существовал до
конца XIX в. Устройство, игравшее роль маятника, имело форму коромысла с подвижными
регулировочными грузами. Оно было насажено на вал (шпиндель) с двумя палетами
(пластинами) на концах. Палеты поочерёдно входили между зубцами спускового колеса,
которое раскручивала опускающаяся гиря. Вращаясь, колесо зубом надавливало на верхнюю
палету и поворачивало на пол-оборота шпиндель. В этот момент нижняя палета застревала
между двумя зубцами и притормаживала колесо. Затем цикл повторялся.
Шагом вперёд стал анкерный механизм, основная часть которого — анкер (от нем. Anker —
«якорь») — действительно напоминает корабельный якорь. Анкер служит связующим звеном
между маятником или балансиром и спусковым колесом.
В 1675 г. нидерландский учёный X. Гюйгенс предложил использовать в качестве регулятора
колебаний крутильный маятник — балансир со спиралью. Система Гюйгенса до сих пор
применяется в наручных и настольных механических часах. Балансиром служит массивное
колечко, к которому крепится тонкая спиральная пружинка (волосок). Поворачиваясь, балансир
качает анкер. Палеты анкера из синтетического рубина поочерёдно входят между зубьями
спускового
Башенные часы. Прага. XV в.
Часы показывают не только время, но и фазы Луны.
«Огненные» часы — масляная лампа и свеча с делениями.
Настольные часы. XVIII в.
625
Принцип действия анкерного спускового механизма.
Ходим ю колеси рас кручиааггсз» пружиной <на рисунке не показана).
Анкер (2А связанный с маятником (J), входит левой палетой i4) между
зубьями колеса. Маятник отклоняется я другую сторону, анкер гм впбожласт
колесо. Оно успевает повернуться только на один зуб. и в зацепление входит
правая палета <SL Потом повторяется в обратной последовательности.
колеса. За один период качания балансира колесо поворачивается на несколько градусов —
ширину одного зуба. При этом оно подталкивает скобу анкера, и тот, поворачиваясь,
подкручивает балансир.
Минутной и секундной стрелками часы оснастили лишь в середине XVII в. И тут стали
заметны значительные погрешности: часы то немного спешили, то отставали. Оказалось, что
причина тому — материал, из которого изготовлен маятник (спираль). Расширяясь или
сокращаясь при нагревании или охлаждении, маятник колебался с разной частотой, из-за чего
возникали ошибки в отсчёте времени. Пришлось изобретать особый материал, устойчивый к
температурным перепадам, — инвар. В итоге погрешность хода механических наручных часов
даже при резкой смене температуры не превышает за сутки и полсекунды.
Первые попытки применения электрических устройств в часах относятся к 30—40-м гг. XIX в.,
однако определять время с помощью электроэнергии начали лишь столетие спустя. Сначала
появились довольно большие электромеханические часы, в которых электрический ток через
контакты, управляемые маятником или балансиром, двигал стрелки. И только когда научились
делать компактные батарейки, стали выпускать электрические наручные часы. Они имели
балансир, их электрическую цепь замыкали механическими контактами. Затем перешли к
изготовлению часов на полупроводниковых и интегральных схемах.
Появились также электронно-механические часы с кварцевыми осцилляторами в качестве
колебательных систем. В них электрические импульсы спускового регулятора управляют
работой миниатюрного электродвигателя. Эти часы отличаются высокой точностью хода —
погрешность не превышает 2 с в сутки, в то время как у электрических с балансиром она
достигала 15 с.
Наконец, были созданы электронные часы — с электронной схемой и цифровым индикатором
на жидких кристаллах или светодиодах. В сущности, это миниатюрные специализированные
электронно-вычислительные устройства. Помимо генератора в них входят делители,
формирователи, умножители, усилители электрических колебаний и другие элементы
электронной техники. Для большей ста-
Шкатулка — письменный прибор с часами. Середина XVIII в. Англия.
*Инва'р (от лат invu/iabilis --неизменный») — сплав железа с никелем, обладающий малым
температурным коэффициентом линейного расширения. Из инвара изготовляют главным
образом детали измерительных приборов очень высокой точности.
626
Часы с несессером и музыкальным механизмом английского мастера Д. Кокса. 1772 г.
Астрономические часы Шорта. 20-е гг. XX в. Англия.
Астрономические часы Федченко (АЧФ-3). 1972 г. Россия.
бильности работы генератор оснащается кварцевым резонатором, что значительно повышает
точность хода. В таком случае генератор называют кварцевым, а часы — электронными
кварцевыми. Поразительна компактность их электронного механизма — он может уместиться
на пластинке размером 0,5x0,5 см и толщиной 0,1 мм.
Особую группу составляют астрономические часы, используемые при наблюдениях за
небесными светилами и для хранения времени; их суточная погрешность составляет 10'8 с.
Поскольку наручные часы большую часть суток соприкасаются с телом человека, их стали
использовать для контроля за состоянием здоровья «хозяина». У некоторых марок часов
имеется тонометр (от греч. «то'нос» — «напряжение» и «ме'трон» — «мера»), который в
любой момент может показать величину кровяного давления и частоту пульса, высветив
данные на мини-дисплее.
ТРАНСПОРТ ВНУТРИ ЗДАНИЙ
Люди и грузы перемещаются между этажами с помощью подъёмников — лифтов различной
конструкции и эскалаторов. Горизонтальным транспортом в зданиях очень большой площади
служат пассажирские транспортёры — движущиеся тротуары.
КАКИЕ БЫВАЮТ ЛИФТЫ
Легендарный Колизей в Древнем Риме был оборудован 12 лифтами (от англ, lift —
«поднимать»), на которых участники поединков поднимались на
627
арену с нескольких подземных этажей. Десятки рабов рычагами сложной конструкции
приводили в действие эти лифты. До наших дней сохранились лишь противовесы — массивные
каменные глыбы.
Римский император Нерон, правивший в 54—68 гг. н.э., поднимался в свои золотые покои (на
высоту около 40 м) на лифте — это была роскошная платформа из сандалового дерева,
подвешенная на канатах и скользившая по деревянным направляющим. Трон Константина VII,
царствовавшего в Византии в X в., при помощи системы надувных мехов (пневматического
привода)вместе с
628
императором возносился на внушительную высоту, приводя присутствующих в трепет.
Механизм лифта, более всего напоминающий современный, изобрёл Леонардо да Винчи.
Именно он первым предложил использовать в конструкции подъёмника канатные барабаны,
зубчатые передачи и стальные тросы.
В России пассажирские лифты появились в середине XVIII в. в Царском Селе и усадьбе
Кусково под Москвой. Чуть позднее И.П. Кулибин устроил для Екатерины II в Зимнем дворце
грандиозную затею — «подъёмно-спусковые кресла» с винтовым приводом. Сначала механизм
вращали люди, потом их заменила паровая машина.
Один из первых лифтов с паровым приводом установил в 1857 г. американский изобретатель
Илайша Грейвс Отис (1811 — 1865 ) в пятиэтажном универсальном магазине в Нью-Йорке.
Лифты, работавшие по схеме винтового домкрата, к 1870 г. были заменены на гидравлические.
Вода или масло подаётся в цилиндр, давит на поршень, а он, в свою очередь, поднимает
кабину. Известны «плавающие» лифты, кабины которых всплывают вместе с уровнем воды,
нагнетаемой насосом в герметично закрытую шахту, а также пневматические лифты — их
кабины поднимаются воздушным давлением, создаваемым в шахте.
До конца XIX в. строительство многоэтажных зданий сдерживалось отсутствием надёжных и
безопасных лифтов. Только изобретение автоматического устройства (парашюта), тормозящего
кабину при обрыве несущего троса, позволило строить небоскрёбы. В 1854 г. в США И.Г. Отис
впервые испытал автоматический тормоз — аварийный пружинный механизм. Теперь в случае
обрыва несущего троса автоматически срабатывало очень надёжное механическое
предохранительное устройство на крыше кабины. Зажимные приспособления входили в
соприкосновение с направляющими кабины и моментально тормозили её. Благодаря
изобретению Отиса человечество без
Электрический лифт.
Механический лифт состоит ил лебедки
' с блоком кабины (21 и противовеса 13).
В кабине лифта пассажир нажимает кнопку
и чгрет реле (41 вклятчает "электродвигатель (5)
в машинном отделении Лифт плавно
поднимается на нужным >таж
и останавливается. Скорей it> движения кабины
обычного лифта составляет от 0.5 до 4 м/с.
а скоростного 1в высотных зданиях) —
*Домкрат (голл. dommekracht) — механизм для подъёма опирающегося на него груза.
Грузоподъёмность — до 500 тс, высота подъёма — 0,5—2,2 м.
629
Лифты в торговом центре «Охотный ряд» (слева) и в здании коммерческого банка. Конец
XX в. Москва. Крупные торговые и выставочные комплексы, гостиницы и банки оборудуются
панорамными лифтами со стеклянными кабинами, обеспечивающими отличный обзор.
страха шагнуло в эпоху строительства высотных зданий.
Электрические лифты появились в 80-х гг. XIX в. в Германии. В Москве первый такой лифт
был установлен в 1901 г. в жилом доме.
Существует и многокабинный подъёмник непрерывного действия — патерностер (или нория).
Его шахта постоянно открыта со стороны входа, а кабины не имеют дверей. Множество кабин
соединено в замкнутую цепь. Одна половина цепи медленно опускается, другая —
поднимается. Производительность такого лифта высока: пассажиры входят в кабины и выходят
из них прямо на ходу.
Современный лифт преодолевает в месяц в среднем 3000 км, им пользуются до 12 тыс. раз.
Несмотря на такой суровый режим эксплуатации, лифт остаётся наиболее надёжным и
безопасным средством передвижения.
По назначению лифты бывают пассажирские, грузопассажирские, грузовые, больничные,
тротуарные
(используются для подачи грузов с уровня тротуара в подвал магазина; при этом шахта лифта
закрывается крышкой люка, расположенной в плоскости тротуара), магазинные,
автомобильные, грузовые и строительные подъёмники. Грузовые лифты могут поднимать до 10
т груза со скоростью до 1,5 м/с, а пассажирские — до 30 человек со скоростью 7 м/с на высоту
до 150 м.
ЭСКАЛАТОРЫ
Эти наклонные цепные конвейеры (от англ, convey — «перевозить») в виде лестницы с
движущимися ступенями хорошо знакомы жителям многих крупных городов. При ширине
лестничного полотна 1 м по эскалатору (от лат. scala — «лестница») в минуту может
перемещаться до 300 человек (18 тыс. человек в час!) со скоростью 0,5—1 м/с. Изобрели
эскалатор американские инженеры Джордж Уиллер и Джесс Рено. Первый в мире эскалатор
*Патерностер (от лат. Pater noster — «Отец наш», слова католической молитвы). Кабина
движущегося лифта чем-то напоминает кланяющегося монаха.
630
появился в 1894 г. в парке Кони-Айленд (Нью-Йорк) как аттракцион для туристов.
Эскалаторы бывают совсем небольшими (например, магазинные, перемещающие небольшое
количество людей всего на один этаж) и огромными (как в метро, где они поднимают сотни
пассажиров на высоту в десятки метров). Выпускаются установки с высотой подъёма от 4,5 до
65 м.
Помимо движущегося полотна эскалаторы имеют машинное отделение с электроприводом,
приводящим в движение две наклонные замкнутые цепи, надетые на две звёздочки.
Ступени эскалатора представляют собой тележки и размещены на четырёх колёсах (бегунках),
каждое из которых катится по своей направляющей — рельсу коробчатой формы. Два бегунка
соединены с замкнутой роликовой цепью.
Верхняя пара колёс каждой ступени перемещается по внешнему, а нижняя — по внутреннему
рельсу, проложенным так, что ступеньки остаются горизонтальными на всём рабочем участке.
На наклонной части лестницы внутренние и внешние рельсы параллельны. Вверху и внизу они
разделяются, и ступени образуют плоские площадки для входа и выхода пассажиров.
Неподвижный эскалатор превращается в обычную лестницу.
ДВИЖУЩИЕСЯ ТРОТУАРЫ
На ленточном транспортёре (траволаторе) пассажиры стоят на стальной ленте, покрытой
резиной, или на цепочке пластин. Движущиеся тротуары перемещают людей на небольшие
расстояния — от 300 до 500 м. Для удобства пассажиров скорость движения таких тротуаров не
выше 1 м/с. Чтобы на траволаторе можно было двигаться быстрее, применяют несколько
параллельных полотен. Скорость каждого из них отличается от скорости соседнего на 0,5 м/с.
Пассажир, последовательно переходя с одного полотна на другое, более быстрое, в конце
концов, мчится почти со скоростью автомобиля.
Лестничная платформа для инвалидной коляски.
Направляющие монтируются непосредственно на стене лестничной клетки. В нерабочем
положении платформа складывается. Другое решение — лестничный стул, предназначенный
только для одного человека.
Бегущая дорожка — траволатор — на пешеходном мосту через Москву-реку. 1999 г.
* Звёздочка — зубчатое колесо в цепной передаче.
Слово «траволатор» произошло от английского travel — «путешествовать».
631
Современный дом оснащён всевозможными электрическими устройствами.
1 — электрические водонагреватели; 2 — освещение: 3 — предохранители и счётчик; 4 —
стиральная машина; 5 — штепсельные розетки; 6 — холодильник; 7 — нагреватель с
вентилятором; 8 — наружное освещение; 9 — телевизор и радиоаппаратура; 10—
посудомоечная машина; 11 — микроволновая печь; 12 — электрическая «лита.
Электрический счётчик.
На изолирующем основании (1) смонтированы подводящие ток контакты (2) и стойка (3) с
электрической и механической частью — своего рода электродвигатель. Его якорем служит
алюминиевый диск (4), который посредством червячной передачи (5) и системы шестерёнок
поворачивает барабаны с цифрами (6). Статор имеет две обмотки; одна (катушка
напряжения) включена в сеть параллельно (7), вторая (токовая катушка) — последовательно
(8). Чем выше напряжение сети и больше сила тока, тем быстрее вращается диск.
Постоянные магниты (9) тормозят диск, не давая ему вращаться вхолостую. Механизм
закрыт приборным щитком (10) и кожухом (11).
ОТ ПЕЧИ ЕМЕЛИНОЙ К МИКРОВОЛНОВОЙ
На заре цивилизации еду готовили на обыкновенном кост-
ре, затем его сменила печь. Существовали печи разных кон-
струкций; в России была распространена так называемая
русская печь. В ней жарили, варили, пекли хлеб, даже
мылись. На печи спали. Она же обогревала дом.
Самая «передовая» на сегодняшний день печь — мик-
роволновая. Лей<твует она просто. Генератор вырабатыва-
ет электромагнитное излучение высокой частоты, продук-
ты поглощают энергию и нагреваются. V такой печи много
достоинств. Во-первых, блюда готовятся в 5—10 раз быст-
рее. чем на газовых или электрических плитах, и не успе-
вают пригореть или пере томиться Во-вторых, в продуктах
сохраняется больше витаминов.
Этой печке можно поручить приготовление еды. Вы долж-
ны только заложить в неё, предположим. замороженную ку-
рицу и задать очередное гь работы: разморозка, варка, под-
жаривание до образования корочки; указать вид и массу
продукта Вс ё остальное микроволновка сделает гама
САМОВАР И ЭЛЕКТРОЧАЙНИК
ва-хами на Рус и ПММ1 чая из самовара, которые топили лррщч.«м
углами, деревянными чурками либо сосновыми шишками. В совре-
меин!>м алектраччеаком чайнике имач-к м авгомагм-нч кий ныклю
чатсль индикатор ура мня шкхы. блокировка включения пустого чай-
ника. а нередко также фильтр для очистки воды и позолоченные
нагревательные элекзеааты. препятствующие образованию накипи
КУХОННЫЙ КОМБАЙН
У кухонного комбайна один мотор и единое ос-
нование для насадок разного назначения. Комбайн
способен работать как мясорубка, замешивать те-
сто. нарезать и натирать овощи, фрукты, сыр. мо-
лоть кофе; дробить орехи. V некоторых моделей
есть насадка .максипресс, для приготовления пю-
ре, пасты В комплект обычно входят соковыжи-
малки, микс ер-взбивалка Комбайн легко собирать
и разбирать, его удобно мыть.
ПРАЧЕЧНАЯ НА ДОМУ
Издревле стирка считалась занятием хлопотным, трудоёмким и требующим определённого
умения — недаром существовала даже профессия прачки. Приспособлений же, облегчающих
тяжёлую работу, длительное время было на удивление мало: гофрированная доска, о которую
тёрли грязное бельё, да валёк — им колотили уже отстиранные вещи, когда полоскали у
водоёма. Техника долго обходила стороной этот неблагодарный труд, и только во второй
половине XX в. стиральная машина-автомат полностью освободила человека от ручного труда.
Достаточно загрузить в неё бельё, засыпать порошок и выбрать режим стирки — остальное
сделает сама машина. В её память заложено около двух десятков программ, которые учитывают
особенности стирки: тип ткани (хлопок, шерсть, синтетика), степень загрязнения,
температурный режим. Например, трикотажные изделия автомат отжимает по особой
программе (оставляет много влаги), поэтому при сушке они не деформируются. Машина греет
воду до заданной температуры — от 30 до 90 °C. Предусмотрено четыре цикла полоскания.
Если нажать клавишу «высокий уровень воды», то полоскание белья будет происходить в
большом количестве воды.
По желанию человека машина может смягчить воду, вывести пятна с одежды, подсинить или
накрахмалить бельё, пропитать его ароматическими веществами — нужно только заполнить
специальный контейнер соответствующими препаратами.
Многие автоматы способны высушить отстиранные вещи. Мощный поток разогретого воздуха
обволакивает изделия и испаряет влагу, которая удаляется через систему слива. Перегрев
вещей, а тем более их воспламенение исключены: при какой-либо неполадке устройство
автоматически выключается.
Для малогабаритных квартир с тесной ванной разработаны стиральные машины, занимающие
очень мало места, типа популярной «Малютки». Создана даже машина, умещающаяся на
ладони. Как же она стирает? Когда «таблетку», предварительно опустив в таз с водой и бельём,
включают в сеть, она излучает ультразвук. В воде
Современная стиральная машина-автомат «Вятка-16». Россия.
634
образуются миллионы пузырьков, и возникает так называемый эффект «холодного кипения».
Проникая между волокнами ткани, пузырьки лопаются, порождая волны, которые и выбивают
из материи частицы грязи.
На том же принципе основана работа некоторых типов машин-автоматов. Правда, воздушные
пузырьки в них образуются иным способом — с помощью компрессора. Такие автоматы
стирают бельё в холодной воде, а, следовательно, очень экономичны, поскольку сокращаются
затраты электроэнергии. Кроме того, при этой технологии обработки белья уменьшается трение
вещей друг о друга и о стенки бака, поэтому ткань при стирке не повреждается.
Уникальная стиральная машина «Пчёлка» — разработка Научно-конструкторского
технологического бюро «Пьезоприбор». Ростов-на-Дону.
Эта «малютка» стирает в любой ёмкости объёмом от 1 до 20 л.
ТЕХНИКА ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Ткани, трикотаж, вату и многие другие необходимые современному человеку вещи не случайно
называют одним словом — текстиль. Произошло оно от греческого глагола «тексо» —
«ткать», и большинство этих изделий именно соткано.
Искусство изготовления ткани возникло тысячи лет назад. На раскопках в Турции, у посёлка
Чатал-Хюиюк, найден кусок льняной материи, которому почти 8500 лет. Развилось ткачество
из плетения.
Из тростника, травы, побегов кустарников и деревьев первобытные люди плели обувь,
подстилки, сети и корзины. Со временем (как считают учёные, более 20 тыс. лет назад) они
научились прясть — вырабатывать из волокон растений и шерсти животных нити. Позже
появился ткацкий станок
Об уровне развития ткачества в древности рассказывают многочисленные находки в гробницах
Египта. Благодаря сухому климату в них до наших дней сохранились тонкие льняные полотна,
цветная гобеленовая ткань, даже ковры. Первые ткани, как правило, очень просты по
структуре, их плотность (т. е. число нитей, приходящееся на единицу ширины полотна)
невелика. Однако древние египтяне умели изготовлять материю, плотность которой превышала
200 нитей на 1 см. Для сравнения стоит отметить, что самое современное оборудование
позволяет производить ткани с плотностью не более 150 нитей на 1 см.
СЫРЬЕ ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Чтобы изготовить ткань, необходимо сырьё. Таким сырьём служат натуральные и химические
волокна. К натуральным относят волокна животного (шерсть) и растительного происхождения.
Изо льна, конопли и некоторых тропических растений (джута, абаки, агавы и др.)
вырабатывают так называемые лубяные волокна.
ШЕРСТЬ. Основную массу шерсти дают человеку овцы. Люди научились
635
разводить их около 11 тыс. лет назад, предположительно на территории Передней Азии. Позже
стали использовать шерсть других животных: в Азии — верблюдов и коз, в Америке —
опоссумов, бизонов, лам и кроликов. Например, знаменитые кашмирские шали делают из пуха
коз особой породы, а из тонкого волоса верблюда — мягкие, красивые и прочные ткани.
Стригут овец два раза в год. Весной шерсть снимают целым пластом (его называют руном),
осенью — отдельными клочками.
На фабриках шерсть разрыхляют, треплют, отмывают от грязи, очищают от репьёв. Затем
сортируют, прессуют и пакуют в кипы.
На прядильных фабриках вырабатывают пряжу для будущих пальто, костюмов, платьев, чулок,
носков, ковров, одеял. А вот для валенок и фетровых шляп пряжа не нужна: их изготовляют
особым способом — валянием. На поверхности шерстяных волокон есть чешуйки, которые при
механическом воздействии и обработке горячей водой или паром скрепляются друг с другом —
и ткань готова. Не пропадает и грубый волос: он идёт на изготовление щёток, кистей, фитилей
и других изделий.
ЛЁН. Его выращивали в Месопотамии и Египте ещё в IV—V тысячелетиях до н.э. Умели
возделывать эту культуру и древние славяне. Из ровной льняной нити ткали прочные холсты,
которые шли на женские платья и мужские рубахи. В X в., как свидетельствуют исторические
документы, Киевская Русь уже торговала льном и пенькой (волокном конопли).
В течение веков лён обрабатывали вручную; сегодня многие операции выполняют машины.
Стебли (их высота от 60 до 100 см) выдёргивают из земли с корнями (теребят). Есть
специальные комбайны, которые одновременно теребят лён, очёсывают (отделяют) коробочки
с семенами и вяжут солому в снопы. Затем льносолому мочат в искусственных водоёмах и
просушивают. Получается треста. Её мнут и треплют на мяльно-трепальном агрегате. На
прядильной фабрике трёпаный лён машина прочёсывает гребнями, отделяя длинное волокно от
короткого — очёсов.
Что же изготовляют из льняной пряжи? Бельевые и костюмные ткани, скатерти и полотенца; из
очёсов — мешковину, грубые холсты. По способности впитывать влагу, отводить тепло и
другим гигиеническим свойствам льняные ткани превосходят все известные материалы из
натуральных волокон. Не случайно именно изо льна шьют бельё для космонавтов. Однако
производство такого волокна — трудоёмкий процесс. И в начале XIX в. основным сырьём для
российской текстильной промышленности стал хлопок.
ХЛОПОК. Когда армия Александра Македонского достигла Индии, военачальник Неарх
докладывал: «В Индии есть деревья, на которых растёт шерсть...». Это был хлопчатник.
Его умели выращивать в Индии и Китае ещё за 3 тыс. лет до н.э. Отсю-
Ручная обработка овечьей шерсти.
636
да хлопководство распространилось в соседние страны. Раньше всех (IV— V вв. до н.э.) с ним
познакомились в Средней Азии, через которую в древности проходили великие караванные
пути. В начале XVIII в. хлопчатобумажные ткани стали производить и в России, а первым
занялся этим обрусевший голландец Иван Тамес.
Хлопковое волокно — волоски длиной 25—45 мм, покрывающие семена растения. Собирают
коробочки с семенами вручную или машинами. На предприятиях первичной обработки хлопок-
сырец очищают от примесей (частиц коробочек, листьев и т. п. ), а затем отделяют волокна от
семян на специальных машинах — волокноотделителях. Из хлопка-сырца выходит 30—40 %
хлопкового волокна, 5 % волокнистых отходов (пуха) и 55—65 % семян.
Хлопок — это самые разные ткани, (от воздушного батиста до трикотажа), тесьма, ленты и др.
Из пуха делают вату для медицинских и технических целей (изоляции, прокладок, фильтров).
Из семян отжимают богатое жирами хлопковое масло.
ШЁЛК. Этой удивительной по красоте тканью человек обязан скромной гусенице тутового
шелкопряда. Перед тем как превратиться в куколку, гусеница выпускает тонкую нить, из
которой свивает вокруг себя кокон. Из таких нитей и вырабатывают шёлк Существует ещё
несколько видов шелкопряда: китайский и индийский дубовый, японский дубовый и
айлантовый. Секрет изготовления шёлка был известен в Древнем Китае ещё в III тысячелетии
до н.э. Сохранилась легенда о том, как люди открыли тайну шелковичного червя. Однажды
императрица Си Линьчи случайно уронила кокон гусеницы в воду и увидела, как с него
сматывается нить. Сотни лет китайцы хранили свой секрет, и только во II в. до н.э. природа
необычной ткани стала известна другим народам. Тогда же шелководство распространилось в
странах Азии, а затем и Европы. В России тутовый шелкопряд начали разводить во второй
половине XVII в. в Астрахани.
В современном производстве коконы сначала обрабатывают горячим воздухом, чтобы погибли
куколки (превращаясь в бабочку, куколка прогрызает кокон и рвёт нить). После этого
разматывают коконы, соединяют нити (каждая достигает в длину 400— 1200 м) нескольких
коконов (до 10) и прочно склеивают серицином (белковым клеящим веществом).
Получившаяся «пряжа» называется шёлком-сырцом.
Красивые тонкие ткани из натурального шёлка всегда ценили на вес золота, причём порой в
буквальном смысле: за один фунт шёлка платили один фунт золота. Римский император
Аврелиан в 273 г. отказался купить жене шёлковое платье, посчитав, что ходить в платье,
купленном на вес золота, неприлично. В наши дни изделия из натурального шёлка тоже стоят
очень дорого. Поэтому выпускают их немного (около 5 % всех шёлковых тканей), а основным
сырьём для производства шёлка служат химические нити.
ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА делят на искусственные и синтетические. Искусственные
изготовляют, преобразуя природный материал — целлюлозу, из которой состоит древесина.
Древесные опилки, хлопковые коробочки
Ручная льномялка.
637
обрабатывают раствором щёлочи — получают вискозу (от лат. viscosus — «вязкий») и
ацетатное волокно, по виду напоминающие шёлк. Синтетические волокна (капрон, нейлон и
др.) производят из природного газа и продуктов переработки нефти. Техника изготовления и
искусственных, и синтетических волокон одинакова. Исходное сырьё растворяют или
расплавляют; получается жидкая и вязкая масса. Эту массу продавливают через фильеры (фр.
filiere, от fil — «волокно», «нить») — металлические колпачки с отверстиями диаметром 0,06—
0,8 мм. Струйки жидкого полимера затвердевают и превращаются в тонкие твёрдые и
блестящие нити. Скорость формования волокна — от 500 до 1200 м в минуту, в то время как
гусеница тутового шелкопряда «прядёт» нить такой длины несколько дней.
Химические волокна во многом выгоднее натуральных. Во-первых, они дешевле; во-вторых,
можно получить волокна с заранее заданными свойствами (цвет, прочность и толщина). Из них
делают самые разнообразные изделия: тончайшие, напоминающие натуральный шёлк ткани и
толстые, тёплые трикотажные вещи (свитера, чулки, носки, перчатки).
ВЫРАБОТКА ПРЯЖИ
Полученные волокна скручивают в длинные прочные нити. Этот процесс называется
прядением, а сами нити — пряжей. В течение тысячелетий пряли вручную. Помощником было
только веретено — деревянный или каменный стержень, на который наматывали нити.
Появление прялки, а затем и самопрялки облегчило рабо-
КОВРОТКАЧЕСТВО
Считают, что ковроткачество возникло в IV тысячелетии до н.э. Самые древние войлочные
ковры были найдены советскими археологами в курганах Горного Алтая. Там же были
обнаружены шерстяные узелковые ковры второй половины V в. до н.э.
Ворсовые ковры бывают узелковыми и махровыми (петельными). Ворс можно получить также
и разрезанием петель махровых тканей. Наиболее известны персидские ворсовые ковры. Ковёр
размером 11,5^5,3 м имеет около 33 млн. узлов. В узелковых коврах узор получается благодаря
сочетанию нитей различного цвета. Существует несколько типов ворсовых узлов.
Широко известны настенные безворсовые ковры — шпалеры. Это свое-
образные тканые картины. Их начали делать в 1440 г. на парижской мануфактуре братьев
Гобелен. Впоследствии все шпалеры стали называть гобеленами, а технику — гобеленовой. Во
второй половине XVIII в. много ковров было выполнено по картинам художника Ф. Буше; при
Наполеоне вырабатывались шпалеры, воспевающие военные успехи императора. Помимо
шпалер ткали тонкие ковры, служившие скатертями, портьеры, ширмы, мебельные и обойные
ткани.
В России шпалерная мануфактура возникла в 1716 г., при Петре I. Первые шпалеры были
посвящены Полтавской битве. При императрице Елизавете Петровне, дочери Петра I,
шпалерная мануфактура пережила подъём. Шпалеры этого времени отличались совершенством
исполнения.
Участок узора, выполненного в гобеленовой технике.
Они копировали картины известных художников и шли на украшение стен Зимнего дворца.
638
ту человека. Первую механическую прялку изобрёл в 1765 г. английский ткач Джеймс
Харгривс. Она и нити скручивала, и наматывала их на веретено. Однако у этой машины
двигателя ещё не было: её приводил в движение сам работник, вращая рукоятку.
Современное прядильное производство во многом механизировано и автоматизировано.
Рассмотрим, как получают пряжу из хлопкового волокна.
Хлопок на фабрику поступает в спрессованных кипах, поэтому вначале его разрыхляют и
очищают от примесей. Полученную однородную массу отправляют в чесальные машины,
которые разделяют клочки хлопка на отдельные волокна, а затем из тонкого слоя волокон
(ватки, или прочёса) формируют толстый рыхлый жгут. Несколько таких жгутов (от 8 до 20)
складывают вместе и вытягивают в ленту определённой толщины уже на других машинах —
ленточных. На ровничных машинах делают ровницу — нить более тонкую, чем лента. Для
этого ленту вытягивают и чуть подкручивают. И, наконец, на прядильных машинах
вырабатывают пряжу: ровницу сильно вытягивают и скручивают.
Чтобы получить пряжу более ровную и прочную, несколько нитей скручивают вместе на
крутильной машине. Прядильно-крутильные машины сначала вытягивают ровницу до нужной
толщины, после чего скручивают её с уже готовой ниткой. На современных фабриках
применяют пневмомеханические машины, которые производят пряжу прямо из ленты, а не из
ровницы.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТКАНИ
Принцип образования ткани прост: выработанную из волокон пряжу нужно переплести. Нити,
идущие вдоль куска ткани, называют основой, а поперёк — утко 'м. Нити основы поступают на
ткацкий станок с навоя — большого валика, расположенного позади станка. Они лежат
горизонтально и расположены очень плотно.
Каждая нить продета между зубьями металлического гребня (бердо) и через петельку (глазок),
привязанную к планкам рамки —ремизки.
Вот как работает станок с двумя ремизками. Когда одна ремизка вместе с привязанными к ней
нитями
Так прядут шерсть вручную.
Пряха понемногу вытягивает из пучка шерсть, пальцами скручивает нитку и наматывает её
на веретено.
639
поднимается, другая опускается. Между нитями основы образуется пространство — зев. В него
и проходит уточная нить. Её прокладывают с помощью челнока — коробочки с заострёнными
концами, внутри которой находится шпуля с намотанной нитью. В современных ткацких
станках пустые шпули полными заменяет на ходу особый механизм. Когда ремизки
возвращаются в первоначальное положение, нити основы совмещаются, а бердо прибивает
нить утка к нитям, проложенным ранее.
На современных фабриках применяют и бесчелночные станки. Наиболее известны в России
машины марки СТБ. На них уток вносится в зев малогабаритным прокладчиком — стальной
пластинкой с пружинным захватом. Движение через зев прокладчик совершает только в одном
направлении — слева направо. Обратно его доставляет специальный транспортёр. На
пневматических станках уточную нить пробрасывает струя сжатого воздуха. Пневморапирный
станок прокладывает её с помощью двух рапир — тонких металлических трубок,
расположенных напротив друг друга. В канал одной рапиры подаётся сжатый воздух, который
проталкивает нить. Из другой воздух, наоборот, отсасывается; при этом он увлекает за собой
кончик нити, «переданный» первой рапирой. Есть даже станки, в которых уток прокладывают
при помощи капли воды, которую выталкивают струёй сжатого воздуха.
Производительность современных бесчелночных ткацких машин в среднем в полтора раза
выше, чем у челночных, а уровень шума и вибрации значительно ниже.
Ручной ткацкий станок.
Ремизки ткач поднимает, нажимая на педали.
Челнок ручного ткацкого станка.
640
В цехе текстильной фабрики «Трёхгорная мануфактура». Москва.
ВИДЫ ПЕРЕПЛЕТЕНИЙ
Если внимательно рассмотреть поверхность ткани, можно увидеть, что нити основы и утка,
расположенные перпендикулярно друг к другу, переплетены в определённом порядке. Места
пересечений называют перекрытиями. Если сверху лежит нить основы, то переплетение
считают основным, если же нить утка' — уто'чным. Каждый тип переплетения создаёт свой
рисунок и придаёт ткани особые свойства.
На станках с двумя ремизками вырабатывают ткани только с полотняным переплетением: бязь,
миткаль, батист, маркизет, поплин, тафту, шифон, зефир, парусину, материю для
разнообразных фильтров и др. Это переплетение считается самым прочным; ткань одинакова с
лица и изнанки. Более сложные переплетения можно получить на станках с большим
количеством ремизок.
На ткани саржевого переплетения хорошо различимы косые полосы-диагонали на лицевой и
изнаночной сторонах. Обычно диагонали идут снизу вверх (слева направо). Этот тип
переплетения характерен для хлопчатобумажных (кашемир, фланель, бумазея, тик), шерстяных
(сукно, шевиот, трико, бостон) и шёлковых подкладочных тканей.
Сатиновое переплетение образует на лицевой поверхности длинные уточные перекрытия;
атласное — длинные основные перекрытия. Лицевая поверхность таких тканей гладкая и
блестящая, а изнаночная сторона — матовая.
Есть станки без ремизок. Они называются жаккардовыми по имени изобретателя Ж.М.
Жаккара. На них нити основы поднимают крючки, каждый из которых управляет «своей»
нитью. На таких станках создают сложные крупноузорчатые ткани: галстучные, подкладочные,
мебельные, портьерные, одеяла, скатерти, покрывала, гобелены, ковры и т. п.
На фабриках выпускают и нетканые материалы. Основой для них служит волокнистый холст,
который
делают на кардочесальной машине из волокон, нитей или отходов прядильного и других
ткацких производств. Часто нетканые полотна изготовляют из нескольких холстов: их
накладывают друг на друга, а затем склеивают или сшивают. Покрывала, одеяла, мебельные
ткани, искусственный мех, ковры, полученные этим способом, ничуть не уступают по красоте и
прочности традиционным тканым и трикотажным изделиям. Так получают материал для
утепляющих прокладок (ватин, синтепон), флизелин, одноразовые изделия (медицинские
халаты, салфетки и др.).
Смелы текстильных переплетении.
F. Г I* • мп нянем*. 2. Саржевое. 3. С атмнеимм*. */. Атласное < ыкп«шм*нная клетка
основами* перекрытие; незакрашенная vneiiMiel.
ОТДЕЛКА ТКАНЕЙ
Ткань, сошедшую со станка, называют суровой. Если её отбелить, получится белёная ткань,
покрасить в
641
Машины для многокрасочной печати рисунка на ткани.
Готовую ткань укладывают на тележку.
один цвет — гладкокрашеная, нанести рисунок — набивная.
Процесс беления состоит из ряда технологических операций. Сначала суровые ткани
опаливают, чтобы удалить с поверхности выступающие волоконца. С ткани снимают клеевое
покрытие, которое наносят ещё на пряжу, чтобы нити не рвались. Заключительный этап —
обработка окислителями (например, перекисью водорода), придающими необходимую белизну.
Красить материю люди умели ещё в глубокой древности (это искусство развилось, видимо, в
Индии и Китае). Например, кромки ткани, в которую завёрнуты египетские мумии, голубого и
жёлтого цвета, а ложе Тутанхамона было покрыто тёмно-коричневой тканью.
В современном производстве изделия из текстиля красят на одной из пяти стадий — волокна,
чёсаной ленты, пряжи, ткани, готовой трикотажной одежды.
Рисунок на ткань наносят с помощью машин. Если он одноцветный, то используют машину с
одним валом, а для многокрасочной печати нужны 2, 4, 6, 8, 10, 12 или 16 валов. Ткань
поступает в машину и проходит между печатными валами и вращающимся металлическим
цилиндром. На валу выгравирован углублённый или, наоборот, рельефный рисунок; на этот
участок наносится краска. Когда вал прижимает ткань к цилиндру, на ней отпечатывается
рисунок.
Чтобы нанести узор на шёлк, используют сетчатые шаблоны — прямоугольные рамы, на
которые натянута капроновая или медная сетка. На сетке — узор, сделанный из тонкой,
непроницаемой для краски плёнки. Ткань расстилают на столах и плотно прижимают к ней
шаблон. В рамку наливают краску и растирают её с помощью резиновой тёрки — ракли. Краска
протекает на ткань в тех местах, где сетка не закрыта плёнкой.
Кроме отбеливания и окраски ткани ещё крахмалят, гладят; иногда пропитывают веществами,
которые придают материалу водоотталкивающие или огнеупорные свойства.
*Юфть — толстая, водоотталкивающая кожа; выделывается из шкур крупного рогатого скота,
свиней, лошадей.
**Шевро (фр. chevreau) — кожа, выделываемая из шкур коз.
***Сафьян (перс, «сахтийан») — тонкая, мягкая кожа (обычно ярко окрашенная); выделывается
из шкур коз и овец.
****Шагрень — кожа с шероховатой поверхностью; выделывается из шкур коз и овец.
*****Лайка — кожа, обладающая большой тягучестью и мягкостью; выделывается из шкур
овец и коз.
642
САПОГ НА КОНВЕЙЕРЕ
Самая примитивная обувь — кусок обычной коры, привязанный к стопе, или грубо сшитый из
шкуры «чехол» — появилась ещё в эпоху палеолита. Со временем люди научились изготовлять
«настоящую» обувь. Сапоги, как считают учёные, придумали жители гор, сандалии — древние
египтяне. В Античности особое внимание стали уделять конструкции сандалий, их форме,
размеру. Очень важна была удобная обувь, прежде всего для солдат. Если натёрло ногу, долго
не пройдёшь, а воинам приходилось шагать тысячи километров. Неудивительно, что именно
полководцы — не только Древней Греции и Рима, но и более поздних эпох — способствовали
развитию обувного дела. Так, вполне вероятно, что первая в мире гильдия (объединение)
сапожников возникла в XIII в. в немецком городе Гёттингене благодаря одному из крупнейших
германских полководцев — герцогу Саксонскому. Мастера совместно закупали сырьё и
сбывали продукцию, но производили они её ещё поврозь. Сапожные изделия в те времена были
относительно просты: например, правый башмак от левого ничем не отличался.
Собственные руки да нехитрые инструменты (молоток, шило, нож) — единственные
«технические» средства сапожника вплоть до начала XIX в. Машины, отчасти
механизировавшие труд, появились в США; чуть позже здесь же выросли первые обувные
фабрики. Истинную революцию в производстве туфель и сапог совершила изобретённая в 1845
г. швейная машина; её применение позволило многократно увеличить выпуск продукции.
Однако в России ещё в начале XX в. за обувью шли чаще к сапожнику, чем в магазин. Заказчик
выбирал материал — юфть, шевро, сафьян, шагрень, лайку, мастер снимал мерку с ноги и
начинал работу. Обычно она шла неспешно: требовалась не одна примерка, чтобы клиент
остался доволен. Крестьяне и большинство горожан туфли и сапоги заказывали раз в несколько
лет и очень берегли их. В деревнях ходили в основном в самодельной обуви: летом в лаптях, а
зимой в валенках. Впрочем, валенками не пренебрегали и жители городов. За прошедшее
столетие многое коренным образом изменилось. Большинство операций на фабриках теперь
автоматизировано. Дамские «лодочки» и мужские сапоги, кроссовки и тапочки шьют машины
— сложнейшие агрегаты, которыми управляют компьютеры. За день в мире выпускают десятки
миллионов пар обуви; например, Московская обувная фабрика имени В.Г. Муханова
производит до 7 тыс. пар обуви в год.
КТО ДЕЛАЕТ ОБУВЬ
Изготовление обуви — это не только производство, но и наука, а в чём-то даже искусство, и
участвуют в этом процессе люди самых разных профессий.
Начинается всё с художника-дизайнера. Следуя современной моде, он предлагает новые
модели. Специалист по конъюнктуре рынка анализирует их с точки зрения будущего спроса, а
затем предложенные образцы утверждаются на художественном совете. После этого рисунок-
проект поступает к модельерам. Именно они делают чертежи деталей будущих туфель. Обычно
модель разрабатывают на «среднюю колодку» (24-й размер для женской обуви и 27-й — для
мужской).
В своей работе инженеры обуви учитывают гигиенические требования. Нарушение
естественного положения стопы может привести к искривлению костей, плоскостопию. В
подъёме ноги много сосудов, нервных окончаний, и тесная обувь способна вызвать болезни не
только ног, но и организма в целом. Поэтому за выполнением гигиенических норм следят
работники специальной службы. Они же определяют исходный материал: он должен, с одной
стороны, защищать ногу от воздействия
Женские сапоги.
1. Праздничные «гармошкой». Конец XIX— начало XXв. Тульская губерния.
2. Высокие праздничные. Конец XIX— начало XX в. Тульская губерния.
3. Городские (из атласа). 20-е гг. XX в.
643
внешней среды, с другой — позволять ей «дышать».
Следующий этап производства обуви осуществляется в инструментальном цехе. Здесь для
опытной модели изготовляют резаки — фигурные ножи-штампы, которые из куска кожи
вырезают детали. Стальные лезвия резаков делаются в виде замкнутого по форме детали
контура. Опытный образец выкраивают и собирают вручную. Далее выпускается опытная
партия — для проверки технологии. Вслед за тем уже разрабатывают остальные размеры: с 21-
го по 26-й — для женской обуви и с 27-го по 31-й — для мужской. Наконец подготовительные
работы закончены, и можно переходить к массовому производству.
В ЦЕХАХ ОБУВНОЙ ФАБРИКИ
Каждая модель выполняется по особой технологии. В зависимости от исходного материала
детали верха обуви (так называемой заготовки) можно сшивать, склеивать и даже сваривать, а
низ (подошву) — вырубать, прессовать или отливать. К заготовке подошва крепится по-
разному.
Рассказывать о производственном процессе удобнее на конкретном примере. Пусть это будет
женский кожаный сапог с кожаной подошвой и на каблучке. Производят его, как и прочую
обувь, в двух разных цехах: в одном изготовляют верхнюю часть, в другом — нижнюю. В
каждый из них со склада поступает кожа, разумеется, разная: толстая и грубая — на подошву,
мягкая и эластичная — для заготовки. Поэтому перед раскроем куски кожи, разные по толщине
и фактуре, долго и тщательно подбирают, чтобы модель получилась как можно более
качественной.
Детали выкраивают на специальных прессах с помощью резаков. Материал располагают на
опорной плите, устанавливают на нём резак и опускают ударную плиту. Затем детали
выравнивают по толщине. Делает это машина с непрерывно движу-
Цех детской обуви московской фабрики «Парижская коммуна»
644
Пошивочный цех обувной фабрики. Челябинск.
На поточной линии из отдельных заготовок сшивают подкладку для сапожек.
Современная машина для обувного производства.
щимся ленточным ножом — упругой стальной полосой с острым краем, спаянной в кольцо,
которая обегает два шкива. Эта же машина «утончает» края, чтобы швы на обуви не были
грубыми.
Подготовленные к сборке детали верха дублируют подкладкой и сшивают на швейной машине.
Подкладка не только утепляет обувь, но и придаёт её форме большую устойчивость. Этой же
цели служит и «межподкладка» — материал, который приклеивают между подкладкой и кожей
в носочной и пяточной частях.
Итак, заготовка верха сапога готова, теперь её нужно отформовать. Это самая трудная
операция. Специальным прессом формуют основную стельку и набивают её на колодку —
деревянную или пластмассовую болванку, имеющую форму стопы. На получившуюся
конструкцию надевают заготовку верха, кожу заготовки тщательно натягивают на болванку и
затягивают вниз, закрепляя на основной стельке. Кожу необходимо натянуть так, чтобы она
была идеально гладкой, форма носка и пятки должна в точности соответствовать фасону.
Операция выполняется в два этапа обтяжно-затяжечными машинами — пяточной и носочной.
Каждый этап занимает не более нескольких секунд.
Заготовка верха передаётся в цех низа обуви, где для неё уже приготовлена вырубленная из
грубой кожи подошва. Края основной стельки с натянутой на неё кромкой кожи промазывают
клеем, накладывают подошву
и устанавливают под пресс. После этого колодку из заготовки извлекают, остаётся лишь
прикрепить каблук. Чаще всего его отливают в пресс-форме из пластика. Готовый каблук
смазывают клеем, а затем прибивают гвоздями на специальной машине. Потом ставят набойку,
и сапог готов.
Впрочем, нет — ещё не готов. Его чистят щётками и «утюжат» горячим воздухом, вклеивают
подпяточники и вкладные стельки, маркируют на подошве размер. Наконец, на сапоге
застёгивают пряжки либо шнуруют его. Теперь всё.
Контролёры проверяют качество — по внешнему виду, маркировке и упаковке. Отдельные
экземпляры проходят и полную проверку — по всем требованиям ГОСТа (государственного
общероссийского стандарта).
«Карусель» для отливки подошвы из пластика.
645
РЕНТГЕНОВСКАЯ ДИАГНОСТИКА
Чтобы вылечить человека, нужно сначала определить, чем он болен, т. е. поставить диагноз (от
греч. «диа'гносис» — «распознавание»), В этом врачам помогает специальная диагностическая
аппаратура. В 1895 г. немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл некое излучение. Как
позже выяснилось, оно почти свободно проходит сквозь кожу и мышцы тела, поэтому на
экране или снимке видны внутренние органы. Открытие быстро оценили медики, и до сих пор
без рентгеновского аппарата не может обойтись ни одна клиника. Однако рентгеновское
излучение вредно, и часто пользоваться им нельзя. К тому же снимок даёт только плоское
изображение, «тень» органа, и видно на снимке далеко не всё.
Компьютеры позволили усовершенствовать метод рентгеновского просвечивания. На их основе
создан новый прибор — томограф (от греч. «то'мос» — «слой» и «гра'фо» — «пишу»).
Пациента просвечивают поочерёдно в нескольких положениях; полученные данные вводят в
компьютер, который строит объёмное изображение тела или отдельного органа человека.
Вычислительная техника хранит в своей памяти томограммы, полученные в разное время, и
сравнивает их между собой. При этом компьютер может выделить только то, что изменилось за
прошедшее время, — например, выросшую опухоль.
Современные методы позволяют в сотни раз снизить интенсивность просвечивания. Но всё же
неблагоприятное воздействие на организм рентгеновского излучения сохраняется. Поэтому
сегодня всё шире применяется ультразвуковая томография.
Современный рентгеновский томограф.
Пульт управления томографом.
Трёхмерная реконструкция сердца и коронарных сосудов.
646
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА
Исследование органов и тканей при помощи ультразвука безопасно и очень информативно. С
середины XX в. этот метод широко применяется во всём мире. Существует огромное
количество аппаратов для проведения ультразвуковых исследований (УЗИ). Самые
совершенные из них — стационарные. Эти большие аппараты с множеством дополнительных
устройств — видеокамерами, принтерами и т. д., как правило, работают в крупных клиниках и
диагностических центрах. Портативные, лёгкие переносные аппараты используются в
удалённых районах.
Ультразвук — механические колебания высокой частоты (более 20 000 Гц) — человеческий
слух не воспринимает. В ультразвуковой диагностике обычно применяются частоты от 2 до 20
МГц (для исследования поверхностных или мелких структур — от 7,5 до 20 МГц). Датчик
состоит из одного или нескольких пьезоэлектрических элементов, которые превращают
акустические и механические колебания в электрические и обратно. Его прикладывают к
поверхности кожи, на которую нанесён слой геля, обеспечивающего хороший акустический
контакт. Электрический сигнал, подаваемый на датчик, преобразуется им в механические
колебания, они и распространяются вглубь тканей. На границах между тканями волны
преломляются и отражаются, создавая эхосигнал, возвращающийся к датчику. Там он вновь
превращается в электрический и после обработки формирует изображение внутренних органов
пациента на экране монитора.
Ультразвуковой аппарат, соединённый с компьютером, — это уже ультразвуковой томограф.
Во многих случаях он может успешно заменить
рентгеновский томограф и в отличие от последнего не оказывает вредного воздействия на
организм.
«Сигма-Ирис-210» — ультразвуковой сканирующий диагностический прибор нового
поколения. Россия.
Аппарат для ультразвуковых исследований «Акусон».
США.
ОПЕРАЦИИ БЕЗ СКАЛЬПЕЛЯ
Малоинвазивные (от лат. invasia — «прикосновение», «нападение»), щадящие операции — без
больших разрезов, осуществимы только при использовании эндоскопической (от греч. «э'ндон»
— «внутри» и «скопе'о» — «смотрю») техники.
Эндоскоп — это, прежде всего оптическая система, при помощи которой врач осматривает
внутренние полые органы (например, желудок, пищевод, кишечник) и полости (брюшную,
таза). Эндоскоп представляет собой волоконно-оптический световод, подсоединённый к
телевизионной
камере или окуляру. Часть волокон проводит свет внутрь органа или полости пациента,
остальные — передают изображение на телекамеру или окуляр. Эндоскоп, как правило,
снабжён манипуляторами. Глядя на экран монитора или в окуляр, врач при необходимости не
только диагностирует болезнь, но и лечит её с помощью медикаментов или проводит
несложную операцию. Например, во время гастроскопии (от греч. «гасте'р» — «желудок» и
«скопе1») при язвенной болезни желудка манипулятором можно взять кусочек ткани для
исследования, остановить кровотечение из повреждённого сосуда и т. д.
Гибкие и жёсткие эндоскопы.
647
ЕСЛИ ОРГАНИЗМ НЕ СПРАВЛЯЕТСЯ
Особую группу медицинской техники составляют искусственные органы. «Искусственные
лёгкие» представляют собой пульсирующий насос, который подаёт 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. В «искусственных лёгких» и других
подобных устройствах используют мехи из гофрированного металла или пластика —
сильфоны. Очищенный и доведённый до требуемой температуры воздух подаётся
непосредственно в бронхи.
Аппарат искусственного кровообращения устроен аналогично; его шланги подключаются к
кровеносным сосудам хирургическим путём.
«Искусственная понка» очищает кровь от отходов жизнедеятельности и обеззараживает её. В
этом аппарате применяют перистальтический (от греч. «перистальтико'с» — «обхватывающий
и сжимающий») насос (жидкость проталкивается волной, бегущей по гибкому шлангу). Чтобы
не повредить эритроциты (красные кровяные тельца), в кровь сначала добавляют состав,
который связывает подлежащие удалению вещества в микроскопические комки. По размеру
они больше эритроцитов и легко задерживаются фильтрами.
Искусственное сердце. Научно-исследовательский институт трансплантологии и
искусственных органов. Россия.
Аппарат искусственного кровообращения.
Аппарат «Ренарт-1000» («искусственная почка»). Завод «Авангард». Саров (Арзамас-16).
«СУБМАРИНА» В АРТЕРИИ
Немецкая фирма «Микротек» создала прототип медицинского инструмента нового типа —
миниатюрную «подводную лодку» для плавания по кровеносным сосудам. Под управлением
врача она способна выполнять некоторые операции.
Длина этого автономного зонда — 4 мм, а диаметр — 0,65 мм. Двигателя у него нет, винт
приводится во вращение с помощью внешнего переменного магнитного поля, которое
позволяет развивать скорость до 1 м/ч. В дальнейшем микрозонд оснастят фрезой для снятия
холестериновых бляшек со стенок сосудов. Он сможет переносить капсулы с лекарством в
нужное место. Предлагается и ещё один вариант — размешать на таких микроаппаратах
генераторы ультразвука. Просвечивая органы пациента изнутри, врачи получат информацию,
остающуюся недоступной при обычной диагностике.
Дальнейшее развитие этой идеи, по мнению некоторых экспертов, приведёт к тому, что
подобные «субмарины» (только размерами в доли микрона) смогут исправлять ошибки,
накапливающиеся с возрастом в молекулах ДНК, и тем самым сделают человека практически
бессмертным. Другие аппараты-карлики, проникнув во все уголки организма, разыщут и
уничтожат болезнетворные микробы и зарождающиеся раковые клетки. Или будут чистить
ваши зубы после еды...
Автономный зонд. Фирма «Микротек». Германия.
648
ПОЛИЦЕЙСКАЯ ТЕХНИКА
У полиции (или милиции) во всех странах мира заботы одинаковые: поддерживать
общественный порядок, бороться с преступниками и террористами, освобождать заложников.
Особые подразделения охраняют объекты транспорта, связи и энергетики, обеспечивают
безопасность первых лиц государства. Без специальной техники выполнить эти задачи очень
трудно, а порой и невозможно.
ЗАЩИЩАЯ ПОРЯДОК
Ещё в 60-х гг. XX в. английские полицейские выходили на дежурство безоружными: считалось,
что один лишь грозный вид блюстителя порядка должен испугать правонарушителя. Сегодня
полицейский располагает целым набором средств для защиты граждан и для самообороны.
Современного полисмена трудно представить без свистка, дубинки, газового баллончика,
наручников, личного оружия. Дубинка необходима, когда с нарушителем сталкиваются лицом
к лицу. Радиус действия газового баллончика или газового пистолета — от 1 до 5 м, а
револьвера, стреляющего резиновыми пулями, — до 10 м. Помповые гладкоствольные ружья,
заряженные резиновыми пулями, поражают на расстоянии до 25 м. Этого арсенала вполне
достаточно, чтобы справиться с любым хулиганом.
Полиция применяет баллончики, пистолеты и гранаты с отравляющими веществами
«несмертельного» действия. Например, от газа под названием «Сирень» у человека начинаются
кашель, чихание, жжение в глазах. Хлорацетофенон, он же «Черёмуха», вызывает резь в глазах
и слезотечение, а хлорпикрин, кроме того, обладает удушающим действием. От капсаицина
(вытяжки красного кайеннского перца) происходит спазм дыхания. Российский пистолет
«Жасмин» стреляет струёй жидкости раздражающего действия на расстояние до 6 м, а пистолет
«Струя» — до 10 м.
Огнестрельным оружием в российской милиции долгое время надёжно служил наган калибра
7,62 мм образца 1895 г. Ему на смену пришли пистолеты конструкций Ф. В. Токарева (ТТ),
Н.Ф. Макарова (ПМ), И.Я. Стечкина (АПС).
За рубежом полиция тоже в основном вооружена пистолетами. Но в 90-х гг. XX в. опять
вспомнили о револьверах, появились новые модели. Всё чаще можно встретить патрули с
короткоствольными автоматами.
Иногда, чтобы задержать нарушителя правил дорожного движения, строгого свистка
недостаточно; приходится применять плоскую металлическую цепь, утыканную острыми
шипами. По дороге, где уложен такой «ёжик», не пройдёт никакой колёсный транспорт.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОМАТ ГСМ-710
Конструкторы московского промышленного концерна «Айсберг» разработали для сотрудников
Министерства внутренних дел многозарядный электромеханический распылитель
отравляющих веществ (ОВ) раздражающего действия. Внешне он напоминает небольшой
автомат, однако в пистолетной рукоятке находится не обойма, а батарейка «Крона». Магазин
же перенесён в казённую часть ствола, на место патронника. В нём в три ряда, донцами вниз,
установлены две дюжины зарядов с порошковым ОВ. При выстреле на капсюли зарядов
поочерёдно подаются электрические импульсы от «Кроны», порошок мгновенно превращается
в газ, и тот под большим давлением устремляется в ствол.
Автомат оснащён электронным блоком управления с указателем расхода боеприпасов,
переключателем режима стрельбы «одиночный-автоматический» и её темпа.
Тактико-технические характеристики автомата ГМС-710: количество зарядов — 24; темп
стрельбы — до 800 выстрелов в минуту; газовые патроны.
*Наган — револьвер системы бельгийского оружейника Л. Нагана. С конца XIX в. состоял на
вооружении русской и ряда иностранных армий.
649
ШЕСТИЗАРЯДНЫЙ «НОСОРОГ»
У иностранных полицейских револьверы популярны давно. А теперь и у российских
милиционеров появился револьвер с лазерным целеуказателем. Разработали его на Ковровском
механическом заводе. У АЕК-906, прозванного за необычный вид «Носорогом», ствол
расположен напротив нижней каморы барабана (а не верхней, как обычно). Центр тяжести
револьвера совпал с осью канала ствола, поэтому при выстреле оружие почти не подбрасывает,
а на дистанции до 25 м луч лазера совпадает с траекторией пули — отсюда высокая точность
стрельбы.
Тактико-технические характеристики револьвера АЕК-906: калибр — 9 мм; масса — 800 г;
ёмкость барабана — 6 патронов; прицельная дальность стрельбы — до 50 м; обойма с
патронами.
НА ЗАВИСТЬ ШЕРЛОКУ ХОЛМСУ
Для слежки за преступниками полиция использует обширный арсенал технических средств:
электронные «жучки», скрытые фотоаппараты, крошечные видеокамеры. Ещё в 1886 г. была
разработана модель «жилетного» фотоаппарата, который стали широко применять сыщики в
разных странах, в том числе и в России. Он представлял собой плоский металлический диск
диаметром 146 мм; объектив маскировали под стеклянную пуговицу. Фотоаппарат размещали
на животе под жилетом; затвор действовал при помощи шнурка, конец которого находился в
кармане брюк. Устройство позволяло сделать шесть снимков.
В 1891 г. сконструировали фотоприбор в виде булавки для галстука. Головка «булавки»
служила объективом. Когда человек, за которым следили, приближался к агенту, тот нажимал
на резиновую грушу в кармане жилета и делал снимок. В инструкции по эксплуатации этого
устройства содержалась такая рекомендация: «Перед съёмкой приосаньтесь и втяните живот,
иначе в кадр попадёт только небо». Сегодня, чтобы получить нужные сведения, полицейские
используют тот же арсенал технических средств, что и агенты службы разведки (см. статью
«Техника тайной войны»),
ТЕХНИКА ДЛЯ ШТУРМОВЫХ ОПЕРАЦИЙ
Современные стражи порядка используют бронежилеты различных типов — от лёгких, для
повседневной постовой службы, до тяжёлых, незаменимых во время штурмовых операций. В
последнем случае применяют и пуленепробиваемые бронещиты. Некоторые из них, например
отечественный «Модуль», держат в руке, а тяжёлые штурмовые модели типа «Вант» катят
перед собой на колёсах.
Тяжёлый щит «Вант» для штурмовых операций.
Смотровое окно закрыто
пуленепробиваемым стеклом, а амбразура в средней части щита позволяет вести огонь из
личного оружия.
650
Специально для полиции создают оружие, которое должно только напугать, вызвать
замешательство. Так, взрыв гранаты «Заря» (размером с небольшой апельсин) сопровождается
ослепительной вспышкой и оглушающим звуковым ударом, сравнимым с выстрелом из пушки.
«Зарю» применяют для борьбы с террористами, захватившими заложников, против толпы
разбушевавшихся демонстрантов и т. д.
Новейшее ружьё МП-35 «Панч» («Нокаутирующий удар») французской фирмы «Манурин»
заряжается пятью пулями калибра 35 мм, похожими на мячик из твёрдой резины. Такая пуля с
расстояния до 10 м сбивает человека с ног и ошеломляет на несколько секунд. Правда,
попадание в лицо или шею опасно для жизни.
В России для прицельной стрельбы газовыми гранатами разработан карабин КС-23. Из него
можно попасть даже в оконную форточку с расстояния до 100 м.
Иногда, чтобы остановить автомобиль с преступником, приходится стрелять по шинам.
Специально для такого случая предназначен патрон с оригинальной трубчатой пулей
диаметром около 20 мм, которая разрывает покрышку на куски. Пуля быстро теряет скорость и
не даёт рикошетов, а поэтому почти не опасна для окружающих.
В России разработана снайперская винтовка калибра 12,7 мм, способная пробивать на
значительном расстоянии лёгкую броню. Это оружие незаменимо, когда предстоит остановить
захваченный автомобиль или инкассаторский фургон. Опытный стрелок с расстояния 2 км
попадает в спичечный коробок.
Полиция держит в своём арсенале и универсальные дробовики. Применяются также патроны с
оперёнными пулями и боеприпасами травматического действия, начинёнными пластиковой
дробью или резиновой картечью. В них могут быть и заряды химических веществ
раздражающего действия («Черёмуха» или «Сирень»), а в «шокирующем» патроне «Блэк
Джек» находится от одной до шести круглых резиновых пуль.
Быстро задержать преступников позволяет устройство «Невод». Оно выстреливает на
расстояние 10 м сеть, накрывающую площадь в 4 м2; выпутаться из такой сети весьма
затруднительно. Подобные устройства хороши тем, что обезвреживают преступников, не
нанося им травм и ран.
«ДУШ» ДЛЯ СМУТЬЯНОВ
Несанкционированные (т. е. не разрешённые властями) митинги, демонстрации и
манифестации, а также бесчинствующие толпы на улице (подобное тоже бывает) полиция
обязана усмирить и рассеять. Перед операцией полицейские облачаются в защитное
снаряжение: шлем с забралом из
Французское пятизарядное ружьё МП-35 «Панч», стреляющее шариками из твёрдой
резины.
Милицейский карабин КС-23 с дульным гранатомётом.
*Рикошет (фр. recochet) — отскакивание снаряда, пули после удара о поверхность; отражённый
651
ДУБИНА — ОРУЖИЕ ПРАВОПОРЯДКА
Самым древним ударным оружием считается дубина. Появилась она сотни тысяч лет назад и с
тех пор мало изменилась. Современная резиновая дубинка полицейского и примитивная дубина
неандертальца очень схожи по форме, а отличаются размерами и материалом, из которого
сделаны. Когда же дубина стала оружием правопорядка?
Деревянные дубинки служили стражам порядка ещё в Древнем Египте и Шумере. В
средневековой Японии полицейские применяли короткие (около 30 см) металлические жезлы
«дзютте» с крючком возле рукоятки. Такая конструкция позволяла блокировать клинок
противника и, резко повернув, либо сломать его, либо выбить из рук.
Резиновая дубинка появилась в начале XX в., и сегодня это часть стандартного вооружения
полисмена. Она эффективна и, главное, несмертоносна. В 1933 г. американец Роберт Хатчисон
усовершенствовал дубинку: встроил в неё трёхзарядное стреляющее устройство под
стандартный револьверный патрон. Действовало оружие просто: одной рукой нужно направить
его на цель, а другой повернуть рифлёное кольцо на затыльнике. При полном повороте
последуют три выстрела. Своё изобретение Хатчисон назвал «ручное оружие».
В 40-х гг. инструктор японской борьбы дзю-дзюцу (у нас известная как джиу-джитсу) Мацуями
разработал для полиции оригинальный вариант древнего оружия «конго». Некогда оно было
атрибутом ритуальной буддийской службы, затем его заимствовали школы дзю-дзюцу. Тактика
применения этой простой деревянной палочки была настолько жестока, что о ней говорили как
о «семи дюймах нежданной смерти».
В 30—40-х гг. Управление стратегических служб США разработало раздвижную дубинку —
так называемую прыгающую палочку. В сложенном состоянии её легко спрятать в руке, а в
боевом положении из ручки выступает витая пружина с медной головкой на металлическом
штыре — для этого достаточно лёгкого движения кисти. Во время Второй мировой войны
«прыгающую палочку» применяли диверсионные группы, заброшенные на территорию
фашистской Германии. Английские диверсанты широко использовали также комбинированную
дубинку Пескетта. В ней совмещено три вида оружия: короткая ручка заканчивается стальным
шаром-набалдашником, на торце ручки расположена кнопка: нажмёшь — выскочит лезвие
стилета; из отверстия непосредственно под набалдашником, взявшись за шарик, можно извлечь
удавку. В наше время раздвижными дубинками пользуется полиция Японии. В сложенном
состоянии такое оружие имеет длину не более 1 7 см, а в боевом — около 50 см. В конце XX
столетия дубинки комбинируют с газовым и огнестрельным оружием. Самый простой вариант
— встроенный в ручку баллончик со слезоточивым газом или перцовой вытяжкой. Более
сложный — вмонтированный в корпус мощный электрошокер. Для «отключения» противника
не требуется даже удара — достаточно лишь слегка коснуться его тела концом дубинки.
Высоковольтный разряд пробивает несколько слоёв одежды. Однако в дождливую погоду
оружие становится обоюдоопасным, равно поражая как полицейского, так и преступника.
Английская полиция применяет револьвер-дубинку L67, стреляющую пластиковыми пулями.
652
многослойного небьющегося стекла «триплекс» (от лат. triplex — «тройной») и специальный
противоударный костюм. Прикрытием служат пластиковые и алюминиевые щиты.
В ход идут мощные водомёты, струёй воды сбивающие демонстрантов с ног. Тяжёлые
автомобили с широкими (до 6 м) загородками из стальной сетки, укреплёнными на радиаторе,
могут быстро перекрыть улицу и оттеснить толпу.
Американская государственная программа «Война без гибели» предусматривает
несмертельные и мало-травмирующие способы «усмирения». Предлагается, в частности,
распылять с автомобиля или вертолёта вещества, которые липкой пеной в буквальном смысле
приклеивают человека к месту. Опытный образец «клеемёта» уже изготовлен в Лос-
Аламосской научной лаборатории (США). Он стреляет полимером, по виду напоминающим
пену для бритья. На воздухе масса превращается в резину. Прилипает она одинаково хорошо к
одежде и коже, металлу и почве и в итоге прочно опутывает противника, словно паутина муху.
Ещё одно оригинальное решение — сверхскользкие пены для создания искусственного
гололёда. Получают его просто: порошок рассыпают на улице, и менее чем за минуту он
превращается в одно из самых скользких веществ — тефлон. В результате техника буксует,
люди передвигаются с огромным трудом, и только полицейские в специальной обуви могут
ходить свободно. Однако в лесу или в поле эффективность использования этого материала
резко снижается.
Для прекращения массовых беспорядков разрабатывают и акустическое
оружие — инфразвуковые излучатели. Естественная частота колебаний внутренних органов
человека, в частности сердца и пищеварительного тракта, составляет несколько герц.
При воздействии звуком такой же частоты они начинают резонировать — колебаться со всё
возрастающей амплитудой, вызывая тошноту, головокружение, чувство страха. Сложность
заключается, однако, в том, что инфразвук распространяется равномерно во всех направлениях,
не разбирая, кто злоумышленник, а кто страж порядка.
В 40-х гг. «акустическое оружие» разрабатывали в Германии, но дальше первых экспериментов
и испытаний на полигоне продвинуться не удалось. В Пентагоне над генератором
инфразвуковых колебаний работали в 60—70-х гг. XX в.
От того, насколько эффективно выполняют свои обязанности службы правопорядка, зависит
спокойствие и безопасность в государстве. Вот почему по технической оснащённости полиция
не должна уступать вооружённым силам, которые отвечают за внешнюю безопасность страны.
*Инфразвук (от лат. infra — «ниже» и «звук») — упругие колебания с частотой ниже 16
колебаний в секунду, не воспринимаемые человеческим ухом.
653
ЧЕЛОВЕК, ТЕХНИКА, ПРИРОДА
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИКИ
СОЦИАЛЬНОЕ ЭХО ТЕХНИЧЕСКИХ КАТАСТРОФ
Технической катастрофой века называют взрыв на Чернобыльской атомной электростанции
(АЭС) и вызванное им радиоактивное заражение обширных районов Украины, Белоруссии и
России. Произошло же следующее.
25 апреля 1986 г. оператор четвёртого энергоблока Чернобыльской АЭС начал снижать
мощность реактора, чтобы поставить его на плановый осмотр и ремонт. Одновременно по
указанию главного инженера он должен был провести эксперимент: проверить, сколько
времени после прекращения подачи пара из реактора турбина будет вращать электрический
генератор и вырабатывать ток. Такие испытания проводились здесь и раньше. Главный
инженер был обязан согласовать их программу со специалистами, прежде всего с физиком
АЭС. Но он этого не сделал. Так произошло первое, как будто незначительное нарушение
правил.
Начав эксперимент, оператор допустил ещё ряд мелких ошибок и, кроме того, отключил
систему аварийной защиты и автоматическое управление. С этого момента судьба станции
стала полностью зависеть от опыта и быстроты реакции оператора.
26 апреля в 1 час 23 минуты 04 секунды персонал АЭС, выполняя программу эксперимента,
прекратил подачу пара на турбину. И в этот момент в результате ранее сделанных ошибок
мощность реактора за одну только секунду внезапно увеличилась в 13 раз. Последовавшая в 1
час 23 минуты 40 секунд команда начальника смены ввести стержни аварийной защиты
опоздала: пар разорвал трубопроводы, прогремели два взрыва. Верхняя часть реактора
оказалась разрушенной, и часть ядерного горю-
654
чего была выброшена наружу. Загорелась крыша реакторного зала.
Причин аварии несколько, но главная всё же заключается в том, что руководители АЭС плохо
контролировали работу персонала станции, а он оказался недостаточно подготовленным и
проявил недопустимую беспечность, грубо нарушив служебные инструкции.
Ещё одна техническая катастрофа произошла 28 января 1986 г. на космодроме имени Джона
Кеннеди в США при запуске космического челнока «Челленджер». Операторы телевизионных
компаний разных стран вели передачу прямо с места события. Наблюдательную площадку
космодрома заполнили родственники астронавтов, представители правительства, журналисты.
При всеобщем ликовании ракета устремилась вверх, стала набирать высоту и... на глазах у
потрясённых людей внезапно превратилась в огромный огненный шар. Невольными
свидетелями гибели астронавтов стали миллионы телезрителей во всём мире.
Причины столь разных технических катастроф, по сути, одинаковы: они заключаются не
столько в несовершенных механизмах и приборах (которые никогда не бывают абсолютно
надёжными), сколько в плохой организации их использования. Именно поэтому вписать такие
катастрофы в историю техники без рассказа о действиях людей просто невозможно.
СОЦИАЛЬНАЯ ИСТОРИЯ ТЕХНИКИ
Лучше всего с историей техники знакомиться в музее — таком, скажем, как Политехнический
музей в Москве. Он располагает старейшим не только в России, но и в Европе собранием
технических приспособлений, инструментов и устройств прошлого. Здесь представлены
различные виды механизмов. Например, модели пишущих машинок располагаются строго в
исторической последовательности — от самых первых до современных.
Но есть, оказывается, и другая история техники, для которой главное не материальные
памятники ушедших эпох, а сведения о том, кто и зачем придумывал разнообразные
механизмы и инструменты, как воплощал свои замыслы, как это повлияло на жизнь людей. Что
изменилось после появления, например, электрического двигателя, автомобиля, самолёта?
Почему крупная машинная промышленность стала быстро развиваться сначала в Европе и
США и только затем — в странах Востока? Влияет ли политический строй на работу
инженеров? Таким образом, наряду с историей развития технических устройств существует
история идей и деятельности людей, создающих и использующих технику, и поэтому её
именуют социальной историей техники.
ТЕХНОКРАТЫ С ОСТРОВА БЕНСАЛЕМ
В XV столетии, в эпоху буржуазных революций и религиозных войн, в Лондоне жил барон
Веруламский
Здание Политехнического музея. Москва.
655
виконт Сент-Олбанский лорд-канцлер Англии великий философ Фрэнсис Бэкон (1561 — 1626).
Он писал: «Я всего лишь трубач и не участвую в битве... И наша труба зовёт людей не к
взаимным распрям или сражениям и битвам, а, наоборот, к тому, чтобы они, заключив мир
между собой, объединёнными силами встали на борьбу с природой, захватили штурмом её
неприступные укрепления и раздвинули границы человеческого могущества». Почти четыре
века эти слова вдохновляли учёных и инженеров всего мира на борьбу с природой за власть над
миром.
У лорда Бэкона была ещё одна мечта. В своей последней, оставшейся недописанной книге
«Новая Атлантида» (опубликована после смерти автора, в 1627 г.) он рассказал о
фантастическом острове-государстве Бенсалем. Его «мозговым центром» был Дом Соломона
— обиталище мудрецов, которые планировали научные исследования и технические
изобретения, внедряли их в хозяйство и быт, распоряжались производством и всеми
природными ресурсами острова. По мысли философа, именно это стало причиной небывалого
процветания и Бенсалема, и всех его граждан.
К идеям Фрэнсиса Бэкона о государственной организации науки и техники, о передаче
политической власти учёным и инженерам впоследствии обращались многие мыслители. Дом
Соломона стал прообразом организации первых научных обществ и академий наук.
Сторонников
ЦИКЛ РЕВНИВЦЕВА, ИЛИ КУДА ДЕНЕТСЯ МУСОР?
Куда попадает выброшенный из дома мусор — кухонные отходы, сломанные игрушки,
прочитанные газеты, отслужившие своё телевизоры, новогодние ёлки?.. Сельские жители всё
это «богатство» сжигают, закапывают в землю, и чем дальше от дома, тем лучше. Из города
мусор вывозят на мусоросжигательные станции и загородные свалки, площадь которых
увеличивается с каждым годом. В 1990 г. в России было 7 таких заводов, которые
перерабатывали лишь 3 % мусора. Оставшиеся 97% просто свозили более чем на 1000 свалок,
общая площадь которых составляла около 30 тыс. км2. Это равно территории целого
государства, Бельгии например.
С каждым годом уничтожать бытовой мусор становится всё труднее — хотя бы потому, что его
количество стремительно растёт. Например, житель Москвы или Парижа ежегодно
выбрасывает 350—400 кг мусора, а средний американец — более 700 кг. Даже уничтожая его в
специальных печах, мы не избавляемся от проблемы, а лишь оттягиваем её решение.
Сжигаемое превращается в газы, подчас ещё более вредные, чем исходные вещества. Не
лучший способ и закапывать мусор на свалках: с каждым годом на Земле прибавляется столько
отходов, что природа с ними справиться никак не может. Примерно 15—20% мусора на свалках
просто складируется без всякой надежды на его естественную «переработку»; это изделия из
металла, стекла, пластика и многое другое.
Но и это не всё. Мусор составляет сравнительно небольшую часть отходов в целом. Например,
в СССР в 80-х гг. суммарное количество твёрдых отходов промышленности, строительства,
сельского хозяйства достигло 3,6 млрд, тонн, а мусора — 40 млн. тонн, т. е. почти в 100 раз
меньше. А есть ведь ещё жидкие и газообразные отходы. На стадии добычи и переработки
природного сырья (полезных ископаемых, сельскохозяйственных продуктов, древесины и т. д.)
в отходы попадает, по разным данным, до 90—98% добываемых ресурсов, и лишь от 2 до 10%
превращается в машины, мебель, пищевые продукты, одежду, здания.
Уже сегодня экологи бьют тревогу: производство техники всё растёт, и только малая часть
материалов, из которых она сделана, попадает снова в промышленную переработку. Что же
делать для того, чтобы в XXI столетии свалки не уничтожили природу и не поглотили
жизненное пространство?
В 80-х гг. советский учёный и инженер Владимир Иванович Ревнивцев (1931—1989) с
помощью расчётов доказал, что если все уже добытые к этому времени и превращённые в
материалы и вещи природные вещества после их использования почти полностью снова
направлять в производство, то в значительной мере отпадёт надобность в добыче сырья. При
такой организации дела исчезнет само слово «мусор», и его заменит понятие «вторичное
сырьё».
Нового в этом предложении как будто немного: ведь и в конце XX в. часть бытовых и
технических отходов попадает в утиль, из которого затем делают новую промышленную
продукцию. Есть даже предприятия, работающие по замкнутому циклу, где, например, почти
вся использованная в технологическом процессе вода отстаивается, очищается и вновь
пускается в дело. Обрезки металлического листа, бракованные детали и даже металлическая
пыль, собран-
656
политической власти инженеров стали называть технократами (от греч. «те'хне» —
«искусство», «ремесло», «мастерство» и «кра'тос» — «власть», «господство», «сила»). Одним
из приверженцев технократических идей был великий русский учёный Владимир Иванович
Вернадский, считавший, что люди науки и инженеры лучше профессиональных политиков
способны разобраться и в нуждах людей, и в том, как сделать их счастливыми. Сегодня
приверженцев технократических убеждений можно встретить во всех странах мира.
Но инженер, сведущий в технических вопросах, вовсе не обязательно так же хорошо
разбирается в социальных проблемах, в сложных и противоречивых процессах, происходящих
в обществе. Далеко не каждый, даже очень хороший инженер-конструктор или технолог может
успешно руководить большим коллективом. Поэтому утверждение технократов, что учёные и
инженеры способны управлять государством лучше профессиональных политиков, вряд ли
справедливо.
ЗА ЧТО ОТВЕЧАЕТ ИНЖЕНЕР?
Инженеру и так приходится решать множество задач. Сегодня последствия ошибок и
недобросовестности одного инженера могут оказаться трагическими для всего человечества.
Чувством профессионального долга,
Горящая свалка на берегу Ладожского озера. Россия.
Мусороперерабатывающий завод в центре Вены. Австрия.
ная электромагнитными фильтрами, установленными на трубах мартеновских цехов,
отправляются на переплавку. Макулатура используется для производства картонной тары и
тем самым спасает от вырубки многие гектары леса.
Однако до такой организации производства, когда отходы будут своевременно
перерабатываться,
ещё очень далеко. Но с идеями Ревнивцева согласны уже многие учёные и инженеры. И можно
не сомневаться: замкнутый цикл Ревнивцева будет организован.
657
Угличское водохранилище у города Калязин. Тверская область.
Видна часть затопленной колокольни.
ответственности за уровень собственной квалификации и за результаты своей деятельности
должен обладать каждый специалист. Как и в любой профессии, в инженерном деле есть свои
правила и нормы — гласные (законы, служебные инструкции, приказы руководства) и
негласные (морально-этические). Ещё в царские времена в России никакими законами и
приказами не предписывалось, чтобы инженер, проектировавший железнодорожный мост,
вставал под ним при первом проходе поезда. И всё же русские инженеры поступали именно
так. Они показывали, что собственной жизнью готовы ответить за качество проектирования.
О том, насколько важно нравственное отношение к своему делу, говорит история инженерных
проектов, которые принесли людям больше вреда, чем пользы. Трагичны последствия
сооружения каналов и гидроэлектростанций на равнинных реках России. Чтобы обеспечить
напор воды, достаточный для работы гидротурбин, пришлось создать гигантские
водохранилища, гордо названные рукотворными морями. В результате для хозяйства были
потеряны огромные территории плодородных земель, затоплены леса и многие населённые
пункты. С карты России исчез древний город Корчев, под воду ушла половина соседнего с ним
города Калягина. Десяткам тысяч людей пришлось покинуть родные места. Всё это
оправдывали тем, что стране необходима электроэнергия. Нужда действительно была велика,
но цена решения проблемы оказалась слишком высокой. Инженеры, проектировавшие
равнинные гидроэлектростанции, не подумали о том, какой ущерб будет нанесён природе, да и
самим людям.
ЧЕЛОВЕК ИЗМЕНЯЕТ ТЕХНИКУ — ТЕХНИКА ИЗМЕНЯЕТ МИР
Изучение социальной истории техники помогает понять, как тесно связаны человек и техника,
развитие техники и развитие общества. В истории цивилизации были эпохи, когда изменения в
технике и в жизни общества почти не ощущались. В Древнем Египте, проспав лет этак пятьсот,
можно было и не догадаться о пятивековом сне: вокруг стояли бы всё те же жилища, люди
пользовались бы теми же предметами быта.
С появлением бронзы и железа преобразования в жизни общества пошли быстрее. Уже в IV—
III вв. до н.э. в Древней Греции развивались математика, механика, архитектура,
кораблестроение. Увеличивалось производство товаров, расширялась торговля. Возникло
сословие мастеров-ремесленников. Совершенствуя технику, двигая вперёд промышленность и
торговлю, люди изменяли условия собственной жизни. Теперь они уже не могли жить, как
раньше. В результате организация общества тоже становилась другой.
Особенно глубокие и быстрые изменения в технике произошли в конце XVIII — начале XIX в.
Ткацкий механический челнок Джона Кея, паровой двигатель Джеймса Уатта и другие великие
изобретения положили начало индустриализации. В возникшем промышленном обществе
начались глубокие социальные сдвиги, появились иные потребности и запросы. Чтобы
удовлетворить их, создают новые технические средства.
658
Получается так: человек развивает технику, техника, в свою очередь, изменяет мир человека и
самого человека, человек и техника вместе преобразуют природу.
ПОБЕДИТЕЛИ ПРИРОДЫ НА ПИРУ ВАЛТАСАРА
К середине XX в. мечта Фрэнсиса Бэкона как будто сбылась: промышленная революция и
индустриализация дали вооружённому наукой и техникой человечеству ощущение власти над
миром. Но тут стало очевидным то, чего не понимали мудрецы прошлого. Земля оказалась
слишком мала, чтобы вместить всю созданную человеком продукцию и отходы
промышленности без ущерба для природы.
Что делать: остановиться и затормозить развитие промышленности? Но тогда при росте
населения уровень потребления начнёт резко снижаться. Продолжать наращивать техническое
вооружение и одновременно усилить охрану природы, создать сберегающие её технологии?
Однако до сих пор успехи в этой области более чем скромные: промышленность развивается,
экологический кризис углубляется, а охрана природы пробивает себе дорогу с большим
трудом.
Техническая цивилизация создала общество изобилия. Сегодня оно напоминает пир у
последнего вавилонского царя Валтасара. Пирующие увидели на стене пиршественного зала
огненную надпись: «МЕНЕ, МЕНЕ, ТЕКЕЛ, УПАРСИН». Призванный царём иудейский
мудрец расшифровал таинственные письмена как предсказание скорой гибели Вавилона.
Техника играет в жизни людей очень важную роль. Она чудесным образом решает множество
проблем. Но не техника определяет смысл и цель существования человека. И не от машин и
механизмов зависят его счастье или несчастье. Разве человек в окружении самого современного
электронного оборудования обязательно счастлив? Разве техника способна помочь в
несчастной любви, найти в жизни верных и близких друзей, освободиться от зависти и
ревности? Безусловно, нет. Но может быть, кто-то думает иначе?
КОСМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
За миллиарды лет своего полёта в бесконечном пространстве Земля не раз принимала
случайные удары соседей по Вселенной. В подавляющем большинстве случаев наша планета
встречалась (и продолжает встречаться) с метеорами и метеоритами. Чаще всего
единственным последствием подобных встреч бывает вспышка сгорающего в атмосфере гостя.
В далёком прошлом Землю посещали и крупные метеоры, и даже астероиды. Астероиды (от
греч. «астероэйде'йс» — «звездоподобные») — очень большие (от 1 до 1000 км в диаметре)
тела, которые можно считать уже малыми планетами. Падение такого «камушка» массой до
нескольких
Осколок метеорита «Саратов» массой около 1 кг.
*Метеоры (от греч. «мете'ора» — «атмосферные явления») — это мелкие твёрдые частицы,
летящие с космической скоростью и сгорающие в атмосфере Земли.
**Метеориты — малые тела Солнечной системы, попадающие на Землю из космоса. Метеорит
Г оба, самый большой из известных, имел массу 60 т.
659
Падение Сихотэ-Алиньского метеорита. Художник П. Медведев.
Этот метеорит, массой около 100 т, упал 12 февраля 1847 г. в отрогах Сихотэ-Алинъского
хребта на Дальнем Востоке. В воздухе он распался на куски. Наиболее крупные обломки
оставили более 100 воронок. Самая большая имела глубину 6 м и диаметр более 26 м.
миллионов тонн эквивалентно мощнейшему ядерному удару. Нетрудно представить его
последствия, например, в районе мегаполиса или атомной электростанции.
Чтобы надёжно защитить планету от вторжения астероидов, нужно, прежде всего, научиться их
обнаруживать, и чем раньше — тем лучше. Для дальнего обнаружения используется
радиолокация. Уникальные радиолокационные станции с антеннами диаметром в десятки
метров и передатчиками, потребляющими мегаватты электроэнергии, могут отслеживать
искусственные спутники на расстоянии 40 тыс. км. Система же противо-метеоритной обороны
(ПМО) должна обнаруживать небесные тела за 300— 400 млн. км. Ближе будет уже поздно.
Для этого придётся построить огромные, многокилометровые радары. Они будут находиться на
околоземных орбитах, на Луне, а может быть, и на околосолнечных орбитах. Пока же
единственная надежда землян — телескопы. Астероид в них виден как маленькая звездочка,
движущаяся «беззаконным» образом. Нужны специальные средства обработки изображения,
позволяющие выделить из всей массы астрономических объектов те, чья траектория полёта
«попадает» в Землю. Часть такой системы обнаружения уже существует. Для слежения за
спутниками и решения чисто астрономических задач сегодня используются мощнейшие
вычислительные комплексы с соответствующим программным обеспечением. При
необходимости они пригодны и для ПМО.
Следующая задача — предотвратить столкновение космического объекта с Землёй. Это можно
сделать двумя способами: перевести его на другую траекторию или разбить на осколки,
которые сгорят в атмосфере.
Наиболее естественное решение — установить на «опасном» астероиде ракетные двигатели и
«столкнуть» его с пути, ведущего к Земле. Уже сегодня учёные и инженеры серьёзно работают
над проектами доставки на астероиды технических средств, способных это сделать.
Для разрушения астероида можно взорвать термоядерный заряд. Однако даже самые мощные
из существующих, 100-мегатонные, боеприпасы не в состоянии разбить астероид диаметром
даже около 1 км. Придётся, видимо, применять более сложные методы — ставить, например,
несколько зарядов, взрывные волны которых будут складываться, раскалывая астероид.
Сложность другого рода возникает, когда речь идёт о теле размером 20— 30 м. Теми же
средствами оно будет обнаружено гораздо позже, но вероятность именно такого визита больше.
Поэтому кроме систем орбитального базирования нужна ещё ПМО «ближнего рубежа» с
арсеналом уже существующих ракет-носителей и межконтинентальных баллистических ракет.
К сожалению, метеориты и астероиды не единственная опасность, которая грозит нам из
космоса. Другая проблема — космический мусор. Это обломки ракет-носителей и спутников,
по разным причинам прекра-
660
тивших функционировать, которые продолжают обращаться вокруг Земли. Под влиянием
различных факторов, например солнечного ветра или утечки компонентов топлива, они
хаотически меняют траекторию полёта, нередко сталкиваясь между собой. В результате
появляются новые осколки. В ближайшее время придётся весь этот мусор убирать, посылая
многоразовые корабли-сборщики. А в будущем — перестать «сорить» в космосе.
ЧЕЛОВЕК И МАШИНА
Во второй половине XX в. жизнь человека трудно представить без машин. А с появлением
компьютеров они стали отвоёвывать позиции в областях, ранее полностью принадлежавших
человеку: в управлении отдельными технологическими процессами и всем производством, в
инженерных расчётах, медицинской и технической диагностике, в дизайне и научных
исследованиях. Легче назвать те области человеческой деятельности, где машины ещё «не
нашли себя», чем перечислять их разнообразные «профессии». Неудивительно, что сначала
писатели-фантасты, а потом и специалисты стали поговаривать об эре автоматов и роботов, где
места человеку практически не будет. Если словосочетания «умная машина», «ЭВМ-
архитектор», «завод-автомат» воспринимать буквально, можно предположить, что вскоре на
заводских воротах появятся объявления: «Людям вход воспрещён!».
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР
Человека часто сравнивают с машинами. И порой не в его пользу. Передвигается он и работает
медленно, считает плохо, с памятью у него неважно. То ему жарко, то холодно; под водой и в
космосе пребывать в своём натуральном виде не может. А вот машины — совсем другое дело!
Мощные, быстрые, точные. Фантастически быстро считают, всё помнят, одинаково хорошо
работают и в пустыне и в космосе, и днём и ночью... Автоматические станции летают на
Венеру; автоматы-водолазы обнаруживают и поднимают затонувшие корабли... Так что же,
действительно этот замечательный машинный мир вскоре сможет обходиться без людей? Как
раз наоборот. Роль человека в современном автоматизированном мире только возрастает. От
решений и действий одного или немногих людей всё в большей мере зависит благополучие да
и просто нормальное течение жизни миллионов. Вот диспетчер энергосистемы. Без
преувеличения можно сказать, что в его руках — жизнь городов и областей. Ошибись
диспетчер — и остановятся поезда, станки на заводах, погаснет свет на улицах и в домах...
Технологический универсальный робот ТУР-ЮК. 1986 г. СССР/Россия.
661
ЭРГОНОМИКА
Науку, изучающую взаимодействие человека и техники для создания наилучших орудий,
технологических процессов и условий труда людей, работающих с техникой, называют
эргономикой (от греч. «э'ргон» — «работа» и «н'омос» — «закон»), В 1949 г. английские
учёные предложили назвать так область знаний, прежде именовавшуюся психотехникой во
Франции, антропотехникой в Германии, эргологией в СССР. В апреле 1959 г. это предложение
было принято международным научным сообществом, основавшим Международную
эргономическую ассоциацию.
Эргономика не случайно родилась в середине XX в. — тогда расцвет электроники привёл к
появлению новых, особенно сложных технических систем, в управлении которыми было ещё
много неясного. Сегодня эргономика — одна из важных технических наук, обеспечивающих
условия, необходимые для успешной работы операторов. Без её выводов и рекомендаций
невозможно создавать безопасные и эффективные технические системы, управляемые
человеком-оператором.
Известны случаи, когда конструкторы, проектируя пульт управления сложными техническими
системами, располагали на нём слишком много приборов, лампочек и табло. Внимание
оператора рассеивалось, и он не успевал вовремя заметить, что показания одного из приборов
требуют немедленной реакции. Чем это может грозить при управлении, например, атомной
электростанцией или системой запуска боевых ракет, легко себе представить. Однажды
самолёт потерпел аварию только потому, что пилот перепутал похожие по форме ручки
рычагов двух совершенно разных механизмов. Инженерам известно множество таких
трагических историй.
Одна из задач эргономики — сделать из подобных случаев общие выводы: конструкция
органов управления техникой должна соответствовать размерам и форме тела оператора. Для
этого изучают подвижность частей тела, определяют зону, в которой лучше всего расположить
кнопки, рычаги и штурвалы управления. Изучая захват рукояток оператором, его осанку в
процессе труда, можно разработать нормы, обязательные для инженера-конструктора.
Например, маховики и штурвалы управления проектируются по научно обоснованным нормам
усилий руки оператора при различных углах сгиба в локте.
Другое направление эргономики — исследование гигиенических условий труда. Чтобы не
утомляться и не отвлекаться от дела, человеку нужно чувствовать себя комфортно. Для
создания надлежащих условий работы определяются требования к микроклимату —
влажности, температуре, запылённости воздуха; уровню шума, освещённости, вибрации;
нормируются яркость и размеры цветных знаков. Технические характеристики машины
должны соответствовать возможностям памяти человека, особенностям восприятия им разных
информационных сигналов. Специалисты установили, что около 70% аварий было вызвано
психологическими причинами, 6% — физиологическими, 19% — гигиеническими, а 3% —
другими причинами.
При разработке техники группового пользования инженеры учитывают установленные
эргономикой особенности поведения людей при совместном управлении сложной системой,
например подводной лодкой или космическим кораблём.
Диспетчеру помогают автоматы, которые собирают, обрабатывают, отбирают информацию и
сообщают только о событиях, достойных внимания. Кое с чем приборы справляются сами —
отключают вышедшие из строя участки и механизмы, предохраняют их от перегрузок,
коротких замыканий. Но всё же они лишь помогают. Последнее слово всегда остаётся за
человеком. И действовать без заранее подготовленного плана в критических ситуациях может
только человек с его поистине уникальной способностью находить, может быть, не
оптимальное, но разумное, приемлемое решение.
Люди и машины должны жить в согласии. В это согласие человек вкладывает знания,
образованность, рабочие навыки и умения, т. е. профессиональную компетентность. Вклад же
машин — сила, точность, быстрота, производительность. Чем совершеннее машины, тем выше
требования к человеку. Но проблема сотрудничества людей и машин далеко не проста. Человек
обладает уникальными, но ограниченными психическими, физиологическими и другими
возможностями. Поэтому «подгонять» людей под машины бессмысленно. Разумнее
приспосабливать машины к человеку. Как и поступали с незапамятных времён. Древний мастер
делал лук и стрелу такими, чтобы с ними мог справиться стрелок. Соизмерял упругость лука с
силой человека, а длину стрелы — с размахом его рук.
Чем сложнее становились машины, тем больше подобных «соизмерений» приходилось делать
инженерам. Если с машиной работать неудобно, то это оборачивается неверными и лишними
движениями, техническими ошибками, неточными или неправильными решениями. Инженеры-
конструкторы ещё на стадии проектирования стараются предусмотреть все возможные
неудобства и устранить их. В частности, органов управления не должно быть чрезмерно много,
а их расположение, форму и даже окраску нужно сделать удобными — иначе оператор не
сможет уследить за ними. Изучением человека и его деятельности
662
в условиях производства с целью совершенствования орудий, условий и процесса труда
занимается особая наука — эргономика.
Похожие проблемы решает и инженерная психология. В первую очередь её интересуют случаи,
когда человека и рабочую машину связывает система-посредник — контрольно-измерительная
или управляющая. Следуя принципу «машина — продолжение человека», эта наука стремится
сделать всех посредников как бы незаметными для человека. Они должны в наиболее удобной
для работника форме давать сведения о «главной» машине, которой он с их помощью
управляет. Чтобы к человеку шла только самая важная в данный момент информация, чтобы
основной показатель был всегда перед глазами, а самый необходимый «рычаг» — под рукой.
Для эффективной работы людям нужно всё больше знаний, разнообразной и разносторонней
информации. Причём не когда-нибудь, а сейчас,
в данную минуту. Поэтому главным посредником между человеком и рабочей машиной
становится «усилитель человеческого интеллекта» — компьютер, или управляющая машина.
Оператор за центральным пультом управления. Оскольский металлургический комбинат.
ЗАВЕЩАНИЕ ПРЕЗИДЕНТА РИМСКОГО КЛУБА
Предприниматель и финансист, глава всемирно известных фирм «Италоконсульт» и
«Оливетти», один из руководителей могущественного концерна «Фиат», основатель
авиакомпании «Алиталия» и ряда других, Аурелио Печчеи родился в 1908 г. в Турине в
небогатой семье. Сначала как будто ничто не предвещало ему громкой славы. Однако газеты,
сообщившие миру о кончине Печчеи, называли его «человеком, посвятившим себя спасению
человечества», «одним из немногих, кому посчастливилось убедить людей обратить внимание
на главное».
В годы Второй мировой войны Аурелио Печчеи был участником боевой группы итальянского
движения Сопротивления фашизму. Почти чудом он избежал расстрела после ареста во время
облавы в 1944 г.
В послевоенной Италии Печчеи сделал блестящую деловую карьеру. Филиал компании «Фиат»
в Аргентине, которым он руководил, быстро стал одной из самых процветающих фирм во всей
Латинской Америке. «Я пришёл на „Фиат" совсем юным, — писал позже Пиччеи, — и работал
там не жалея сил: заключал контракты, завоёвывал рынки, воспитывал персонал и добывал
прибыль». Успех сопутствовал начинающему предпринимателю: основанные им фирмы
богатели, находившиеся под его управлением компании развивались. Казалось бы, что же ещё
нужно удачливому менеджеру, руководителю (как он сам заявлял, «по складу ума и
образованию»), занимающему ключевые посты в целом ряде концернов?
Однако блестящая деловая карьера была лишь прологом последнего
Аурелио Печчеи.
663
Природа, которую мы оставляем Будущему.
этапа жизни Печчеи. В конце 50-х гг. он стал организатором общественного движения, голос
которого услышал весь мир. Сам Печчеи писал: «Психологически я проделал за все эти годы
почти полный круг, вернувшись, в конце концов, к идеалам и надеждам своей далёкой
юности».
В центре внимания Аурелио Печчеи оказываются взаимоотношения человека, природы и
техники. Той культуре, тому образу жизни, которые зародились в далёкую эпоху неолита,
пришёл конец, считал он. Середина XX в. не просто очередной период истории технической
цивилизации — это начало новой эры. Человечеству грозит гибелью поднятая им самим волна
отрицательных последствий промышленной деятельности. Развитие техники уже привело к
необратимым изменениям природы и в дальнейшем может вызвать глобальную катастрофу.
«Мы — все вместе и каждый из нас, — говорил Печчеи, — несём ответственность не только
перед современниками, но и перед будущими поколениями, перед теми, кто будет жить на
планете после нас».
...В апреле 1968 г. около 30 видных учёных из разных стран мира — математиков, социологов,
экономистов — получили приглашение прибыть в Рим для обсуждения «актуальных проблем
современного общества в их совокупности». Участники съезда, к которым примкнули и другие
крупные
специалисты, образовали союз единомышленников Аурелио Печчеи. Все они разделяли его
тревогу по поводу угрожающих человечеству последствий загрязнения природы.
Небольшая некоммерческая организация получила название, хорошо известное теперь во всём
мире, — Римский клуб. Он стал заказывать ведущим специалистам мира и членам клуба
исследования по интересующим его вопросам, а затем публиковать полученные результаты в
виде «Докладов Римского клуба». В организацию вошли более ста учёных, общественных
деятелей и бизнесменов из 53 стран мира, в том числе и из России.
В 1972 г. вышел в свет первый «Доклад Римского клуба», подготовленный сотрудниками
Массачусетского технологического института (США) под руководством Денниса Медоуза.
Доклад произвёл на международное сообщество впечатление разорвавшейся бомбы. Медоуз
пришел к выводу: рост потребления природных ресурсов и соответственно отходов
производства имеет границы, определяемые возможностями биосферы. Чтобы спастись от
экологической катастрофы, человечество в ближайшее время должно остановить этот процесс.
До 1991 г. было опубликовано ещё 18 докладов, и каждый из них привлекал всеобщее
внимание, становился событием мирового значения. (Подробнее об этом можно прочитать в
статье «Компьютеры предсказывают будущее» в томе «География» «Энциклопедии для
детей».)
...14 марта 1984 г. Аурелио Печчеи работал над новым документом — «Памятной запиской на
конец столетия». Он продиктовал стенографистке: «Мир — главный член того уравнения, в
котором решаются вопросы развития, качества жизни и самореализации человека. Проблема
мира должна быть понята во всей своей всеобъемлющей глубине — ведь мирное
сосуществование насущно необходимо не только на всех уровнях, во всех областях
деятельности человеческого сообщества, но и в отношениях Человека и
664
Природы...». Это были последние слова, обращённые президентом Римского клуба ко всему
человечеству. Через несколько часов Аурелио Печчеи скончался от сердечного приступа.
Деятельность Римского клуба продолжается и сегодня. В 1991 г. в нашей стране была
опубликована книга «Первая глобальная революция». Её авторы — члены Римского клуба,
учёные А. Кинг и Б. Шнайдер предупреждают мир, что в погоне за материальной выгодой
человечество, эксплуатируя природу, уничтожает планету и самоё себя. Они пишут о том, что
считают сейчас самым главным: «Эта книга предназначена для тех, кто обеспокоен будущим
нашей планеты и всего человечества. Пусть их тревога будет усиливаться, это поможет
разбудить тревогу во всех остальных. Наше исследование в первую очередь адресовано
молодёжи, которой необходимо яснее представить себе состояние мира, унаследованного ею от
предшествующих поколений. Именно молодёжь должна вдохновенно участвовать в создании
нового, устойчивого общества, способного обеспечить качественную и относительно
процветающую жизнь для последующих поколений».
665
УКАЗАТЕЛЬ ИМЕН
Полужирным шрифтом указаны номера страниц, на которых помещена статья, посвященная
данному термину; светлым — номера страниц, содержащие краткие упоминания.
Агрико'ла (Бауэр) Георг (1494— 1555) — немецкий врач и учёный. В труде «О металлах» («О
горном деле и металлургии» в 12 книгах, 1550 г.) обобщил знания, накопленные за много веков
74—75, 79
Ампе'р Андре Мари (1775—1836) — французский физик. Один из основоположников теории
электричества и магнетизма. Его именем названа единица силы электрического тока 111 — 112
Антонов Олег Константинович (1906—1984) — советский авиаконструктор; создатель ряда
самолётов 551
Аркрайт Ричард (1732—1792) — английский предприниматель, получивший патент на
механическую прядильную машину (1769 г.). Построил первые ткацкие фабрики,
оборудованные водяными двигателями 90
Архимед (около 287—212 до н.э.) — древнегреческий математик, механик. Открыл закон,
названный его именем. Обосновал закон рычага. Изобрёл «архимедов винт», полиспаст,
червячную зубчатую передачу, прибор для измерения видимого диаметра Солнца, способ
определения состава сплавов взвешиванием изделий в воде 39, 48, 49, 55
Архи'т Таре'нтский (около 428—365 до н.э.) — древнегреческий математик, механик,
астроном, государственный деятель и полководец. Ему приписывают изобретение блока, винта
и ряда других устройств, создание первого технического чертежа 49, 396
Бардин Джон (1908—1991) — американский физик, электротехник. Вместе с У. X. Браттейном
создал первый транзистор (1948 г.). Дважды удостоен Нобелевской премии по физике: в 1956 г.
— за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта (совместно с У. Б.
Шокли и УХ. Браттейном), в 1972 г. — за создание теории сверхпроводимости (совместно с
Л. Купером и Дж Шриффером) 127
Басов Николай Геннадиевич (родился в 1922 г.) — российский физик. Разработал и
сконструировал первый квантовый генератор — мазер. За теоретические работы, приведшие к
созданию генераторов и усилителей, работающих на лазерном принципе, в 1964 г. удостоен
Нобелевской премии по физике (совместно с А.М. Прохоровым и Ч.Х. Таунсом) 132, 133
Белл Александер Грейам (1847— 1922) — шотландский инженер, с 1871 г. жил в США.
Изобретатель практически пригодного телефона (патент 1876 г.), телефонной мембраны
(патент 1877 г.). Исследовал способы записи и воспроизведения человеческой речи 108—109
Бенардо'с Николай Николаевич (1842—1905) — российский инженер. Изобрёл
электрическую дуговую сварку металлов (1882 г.; патент 1885 г.). Создал способы сварки (в
струе газа и др.) и дуговой резки металла на воздухе и под водой; один из первых проектов ГЭС
переменного тока на Неве (1890 г. ) и ЛЭП в Санкт-Петербурге (1892 г. ) 113
Бенц Карл (1844—1929) — немецкий инженер, предприниматель; один из изобретателей
автомобиля 329— 330, 331, 332, 334, 335
Блерио' Луи (1872—1936) — французский инженер, авиаконструктор, лётчик. В 1909 г.
первым перелетел через пролив Ла-Манш 400
Блинов Фёдор Абрамович (1827— 1899) — русский крестьянин-самоучка. Изобрёл «вагон с
бесконечными рельсами» — первый гусеничный трактор с паровой машиной для перевозки
грузов по дорогам 318
Бо де Роша' Альфонс (1815 — 1891) — французский инженер. Выдвинул идею
четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания со сжатием рабочей смеси (1862 г.) 332, 333
Бра'ттейн Уолтер Хаузер (1902— 1987) — американский физик Совместно с Дж. Бардином и
У.Б. Шокли открыл транзисторный эффект и создал первый транзистор (1948 г. ), за что вместе с
ними был удостоен Нобелевской премии по физике (1956 г.) 127
Бра'ун Вернер фон (1912—1977) — немецкий инженер. Руководил исследовательским
ракетным центром в Пенемюнде (Германия; 1937— 1945 гг.). Сконструировал ракету «Фау-2».
С 1945 г. в США руководил созданием ракет «Редстоун», «Юпитер», ракеты-носителя
«Сатурн» и др. 141, 188, 442
Браун Карл Фердинанд (1850— 1918) — немецкий физик. Открыл свойство некоторых
кристаллов проводить электрический ток только в одном направлении (1874 г.). Изобрёл
осциллоскоп — «трубку Брауна» (1897 г.), кристаллический детектор, радиопередатчик с
безыскровым антенным контуром (патент 1899 г.). В 1902 г. осуществил радиосвязь с помощью
направленных передатчика и приёмника. За вклад в создание беспроволочного телеграфа в
1909 г. удостоен Нобелевской премии по физике (вместе с Г. Маркони). Изобрёл несколько
типов антенн 122, 125,468
Бэ'кон Фрэнсис (1561 — 1626) — английский философ, государственный деятель. Одним из
первых указал на роль научных открытий и технических изобретений в улучшении жизни
людей, а также на важное значение научного эксперимента для развития знаний о природе 308,
656, 659
Витру'вий Поллион Марк (I в. до н.э.) — римский архитектор; автор труда «Десять книг об
архитектуре» (20 г. до н.э.), в котором систематизировал инженерные знания того времени 53
Во'льта Алессандро (1745—1827) — итальянский физик и физиолог. Изобрёл смоляной
электрофор (1775 г.). Объяснил природу полученного Л. Гальвани электричества. Создал
первый химический источник постоянного электрического тока — «вольтов столб» (1800 г.).
Построил электроскоп. Открыл контактную разность потенциалов. Его именем названа
единица электрического напряжения 111—112
Га'бор Деннис (1900—1979) — венгерский физик, инженер-механик, электротехник. С 1934 г.
жил в Англии. Изучал проблемы управления электронными пучками. Разработал способ
улучшения электронного или светового изображения и метод получения объёмного
изображения, названный голографией (1948 г.). За изобретение и разработку голографического
метода удостоен Нобелевской премии по физике (1971 г. ) 452, 453, 454
Гал иле'й Галилео (1564—1642) — итальянский физик, астроном, механик, математик,
инженер, один из создателей экспериментальной науки Нового времени; основоположник
динамики. Исследовал законы движения и свободного падения тел, открыл законы колебаний
маятника. Создал один из первых телескопов 72, 81, 83-85, 87, 175,177
Гальва'ни Луиджи (1737—1798) — итальянский физиолог; один из создателей учения об
электричестве, основатель экспериментальной электрофизиологии. Обнаружил, что воз-
666
действие электрического тока вызывает сокращение мышц (теория «животного электричества»;
1791 — 1794 гг.); открыл возникновение разности потенциалов при контакте электролита и
металла 111,211
Га'ррисон Джон (1693—1766) — английский часовой мастер; изготовил рекордный по
точности хода хронометр (1758 г.) с биметаллическим маятником, не изменяющим свою длину
при колебаниях температуры 83, 391
Ге'нлайн Пётр (конец XV — начало XVI в.) — мастер из Нюрнберга. Заменил в часовом
механизме гирю пружиной. Изготовил первые карманные часы — «нюрнбергские яйца» (1505
г.) 82,625
Ге'нри Джозеф (1797—1878) — американский физик, электротехник, метеоролог. Построил
мощные электромагниты и электродвигатель с многослойными обмотками (1828 г.). Открыл
(независимо от М. Фарадея) явление самоиндукции (1832 г.) и колебательный характер разряда
конденсатора (1842 г. ). Его именем названа единица индуктивности 109
Ге'рике Отто фон (1602—1686) — немецкий физик. Изобрёл воздушный вакуумный насос и
доказал с его помощью существование атмосферного давления; создал одну из первых
электростатических машин (1660 г.), водяной барометр (1657 г.) 91
Геро'н Александрийский (около I в.) — древнегреческий учёный и инженер. Описал
многочисленные механизмы и машины Античной эпохи, в том числе ряд автоматов. В его
трудах приведены формулы для расчётов конструкции военных метательных машин,
водоотливных устройств и др. 47, 49, 54-55
Герц Генрих Рудольф (1857—1894) — немецкий физик. Экспериментально доказал
существование электромагнитных волн (1886— 1889 гг.); разработал теорию вибратора, их
излучающего, и показал тождественность электромагнитных и световых волн (1890 г.). Его
именем названа единица частоты колебаний 124, 129
Глушко' Валентин Петрович (1908—1989) — советский учёный, инженер, один из
основоположников отечественного ракетостроения; конструктор первого в мире
электротермического ракетного двигателя (1929—1933 гг.), ряда жидкостных ракетных
двигателей (ЖРД) 140 Го'ддард Роберт (1882—1945) — американский учёный, инженер; один
из основоположников ракетостроения; изобретатель многих технических устройств в области
ракетной техники. Первым в мире запустил ракету с ЖРД (1926 г. ) 140
Гу'ттенберг Иоганн (между 1394 и 1399—1468) — немецкий печатник. Изобрёл способ набора
текста из подвижных металлических литер — типографского шрифта. В середине XV в.
выпустил первое полнообъёмное печатное издание в Европе — 42-строчную Библию 73, 283
Гю'йгенс Христиан (1629—1695) — нидерландский математик, физик, астроном и механик.
Усовершенствовал объективы телескопов. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан (1655
г.) и др. Изобрёл окуляр (назван его именем). На основе теоретических выводов Г. Галилея
создал конструкцию маятниковых часов со спусковым механизмом (1657 г.) 83, 625
Даге'р Луи Жак Манде (1787— 1851) — французский художник-декоратор; один из
создателей фотографической техники. На основе опытов Ж.Н. Ньепса (1829 г.) изобрёл
дагеротипию — первый практически пригодный способ фотографии (1839 г.) 445
Да'ймлер Готлиб (1834—1900) — немецкий инженер, предприниматель. Сконструировал
лёгкий четырёхтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания с зажиганием от
калильной трубки. В 1886 г. испытал самоходный экипаж с этим двигателем 329, 330, 332, 334,
340
Дегтярёв Василий Алексеевич (1880—1949) — советский конструктор-оружейник 490, 493
Денисю'к Юрий Николаевич (родился в 1927 г.) — российский физик. Разработал метод
голографии на встречных световых пучках 452,454, 455
Джеве'цкий Степан Карлович (1843—1938) — российский изобретатель, предприниматель;
автор расчётов и конструкций воздушных винтов. В 1879 г. построил две подводные лодки с
мускульным силовым приводом. Разработал первый проект подводной лодки с электрическим
двигателем (1880 г.). Конструировал торпедные аппараты. С 1892 г. жил во Франции 595
Ди'зель Рудольф (1858—1913) — немецкий инженер. В 1892 г. запатентовал идею двигателя
внутреннего сгорания с предварительным сжатием воздуха и самовоспламенением топлива;
построил его в 1897 г. После доработки двигатель был назван именем изобретателя 333
Доли'во-Доброво'льский Михаил Осипович (1862—1919) — российский инженер-
электротехник. Разработал ряд электроизмерительных приборов и приборов для устранения
помех в телефонных линиях. Создал систему трёхфазного переменного тока; изобрёл
асинхронный двигатель (1888—1889 гг.). Впервые передал трёхфазный ток на расстояние
около 170 км (1891 г.) 114, 116, 120
Дре'ббель Корнелиус ван (1572— 1634) — голландский физик, работавший в Англии.
Изобретатель термоскопа. Построил первую подводную лодку (1620 г.) 253,594
Жакка'р Жозеф Мари (1752— 1834) — французский изобретатель. Сконструировал ткацкий
станок для выработки крупноузорчатых тканей (1804—1808 гг.) 641
Жуко'вский Николай Егорович (1847—1921) — российский учёный; основоположник
современной гидроаэродинамики; автор трудов по теории авиации, гидродинамике,
гидравлике, прикладной механике, теории регулирования машин и механизмов и др. Вывел
формулу подъёмной силы крыла самолёта (1905 г.) 240
Жура'вский Дмитрий Иванович (1821 — 1891) — российский учёный, инженер-строитель,
железнодорожник. Спроектировал металлический каркас шпиля собора Петропавловской
крепости в Петербурге (1871 — 1876 гг.). Разработал проекты железнодорожных мостов, создал
теорию расчёта их ферм; исследовал прочность строительных конструкций 143,351
Зворы'кин Владимир Кузьмич
(1888—1982) — российский инженер. С 1919 г. работал в США. Изобрёл иконоскоп —
передающую телевизионную трубку (1931 г.), фотоэлементы, фотоэлектронные умножители,
электронный микроскоп, ряд медицинских приборов 123,464,469
Илью'шин Сергей Владимирович
(1894—1977) — советский авиаконструктор; создатель бомбардировщиков, штурмовиков и
пассажирских самолётов серии Ил 561—562
Кала'шников Михаил Тимофеевич (родился в 1919 г.) — советский конструктор
автоматического стрелкового оружия 490—492, 497
Ка'мов Николай Ильич (1902— 1973) — советский авиаконструктор. Руководил созданием
вертолётов серии Ка 426, 572—573
Карно' Никола Леонар Сади (1796—1832) — французский инженер; основоположник теории
тепловых машин и новой науки — термодинамики. Создал теоретическую модель работы
теплового двигателя (цикл Карно) 104, 333
Каупер Эдуард Альфред (1819— 1893) — английский инженер. Изобрёл
воздухонагревательный аппарат для доменных печей — каупер (1857 г.), двухцилиндровую
паровую
667
машину — компаунд (1857 г.), колесо со стальными спицами и резиновыми шинами (1868 г.),
пишущий электромагнитный телеграф (1879 г.) и др. 338
Кей Джон (1704—1764) — английский изобретатель, впервые попытавшийся механизировать
ручной труд. В 1730 г. изобрёл крутильную машину для изготовления ровницы из шерсти, а в
1733 г. — челнок-самолёт для ручного ткацкого станка 88, 89, 658
Королёв Сергей Павлович (1907— 1966) — советский учёный; конструктор ракетно-
космической техники. Руководил созданием ракет (в том числе межконтинентальных),
искусственных спутников Земли, космических кораблей «Восток» и «Восход» 140, 141, 440
Ко'тин Жозеф Яковлевич (1908— 1979) — советский конструктор. Руководил созданием
тяжёлых танков, самоходных артиллерийских установок, тракторов 531
Ко'шкин Лев Николаевич (1912— 1992) — создатель автоматических поточных линий
роторного и роторно-конвейерного типа 272
Ко'шкин Михаил Ильич (1898— 1940) — советский конструктор; главный разработчик танка
Т-34 531 Крафт Николай Осипович (1798— 1857) — российский инженер. Проектировал
шлюзы, каналы, железную дорогу Санкт-Петербург — Москва 351
Кро'мптон Сэмюэл (1753—1827) — английский изобретатель. Механизировал выработку
тонкой пряжи: сконструировал прядильную «мюль-машину» (около 1779 г.) 90
Крыло'в Алексей Николаевич (1863—1945) — российский инженер-кораблестроитель,
математик, механик; создатель научной школы; автор трудов по теории бортовой качки,
вибрации, остойчивости и плавучести судов, строительной механике корабля, теории
магнитных и гироскопических компасов и др. Участвовал в проектировании и постройке
первых русских линкоров. Создал ряд корабельных и артиллерийских приборов 143, 389, 397
Ктеси'бий из Александри'и (около II—I вв. до н.э.) — древнегреческий механик. Изобрёл
двухцилиндровый поршневой насос, водяные часы, водяной орган, пневматическое ружьё и др.
50, 51—52
Кубе'цкий Леонид Александрович (1906—1959) — советский физик. Создал
фотоэлектронный умножитель 126
Кули'бин Иван Петрович (1735— 1818) — российский механик-самоучка, изобретатель.
Сконструировал карманные часы в форме яйца, показывавшие, кроме часов и минут, месяцы,
дни, недели, времена года, фазы Луны (1764—1767 гг. ). Разработал новые способы шлифовки
стёкол для оптических приборов. Создал несколько проектов одноарочного деревянного моста
через Неву пролётом 298 м. В 1799 г. изготовил прожектор. Изобрёл педальную повозку-
самокат, винтовой лифт, конструкцию протеза ноги, оптический телеграф и др. 94, 487, 629
Курча'тов Игорь Васильевич (1903—1960) — советский физик. Научный руководитель работ
по созданию первого советского циклотрона (1939 г.), первого в Европе атомного реактора
(1946 г.), первой в СССР атомной бомбы (1949 г. ), первых в мире термоядерной бомбы (1953 г. )
и атомной электростанции (1954 г. ) 611
Кюньо' Никола Жозеф (1725— 1804) — французский изобретатель. В 1763 г. построил
первую паровую повозку 92
Лава'ль Карл Густав Патрик (1845— 1913) — шведский инженер и изобретатель.
Разрабатывал способы обогащения руд. В 1878 г. сконструировал центробежный сепаратор
непрерывного действия для молока. Построил оригинальную паровую турбину активного типа
(1889 г. ) 227
Ланжеве'н Поль (1872—1946) — французский физик. Разработал способы получения
ультракоротких упругих волн с помощью пьезокварца и применения их для подводной
сигнализации, в эхолоте и приборах для обнаружения подводных лодок 389
Левенгу'к Антони ван (1632— 1723) — нидерландский естествоиспытатель; один из
основоположников научной микроскопии. Создал оптическое устройство, дававшее увеличение
в 300 раз. Впервые наблюдал бактерии, эритроциты, клеточное строение растений и др. 85, 145
Ленуа'р Этьен (1822—1900) — французский изобретатель. Создал новую технологию
получения гальванопластических покрытий (1851 г.), электрический тормоз (1855 г.), пишущий
телеграф (1865 г.) и др. В I860 г. построил один из первых практически пригодных двигателей
внутреннего сгорания с электрическим зажиганием, работавший на смеси воздуха и
светильного газа 330, 332
Ленц Эмилий Христианович (1804—1865) — российский физик; один из создателей
теоретических основ электротехники. Совместно с Б.С. Якоби разработал метод расчёта
электромагнитов (1838—1840 гг.), открыл обратимость электрических машин и предложил
варианты их усовершенствования 114
Леона'рдо да Ви'нчи (1452—1519) — итальянский художник, учёный, инженер. Исследовал
проблемы математики, механики, оптики, физики, астрономии, геологии, ботаники, анатомии и
физиологии. Выдвинул идеи парашюта, вертолёта, водолазного костюма, подводного военного
корабля, ткацких, деревообрабатывающих и винторезных станков, землеройных машин,
металлургических печей и других устройств, значительно опередившие его время 72, 76, 77,
250, 426, 629
Лилиента'ль Отто (1848—1896) — немецкий инженер, один из основоположников авиации.
Конструировал планёры, на которых совершил более 2 тыс. полётов 277, 398
Лоды'гин Александр Николаевич (1847—1923) — российский электротехник, инженер.
Спроектировал дирижабль («электролёт») с приводом от электродвигателя (конец 60-х гг. XIX
в. ). Изобрёл лампу накаливания с угольным стержнем (1872 г.) и металлическими нитями (90-е
гг. XIX в.). Конструировал электропечи для отопления, выплавки металлов и закалки деталей.
С 1916 г. работал в США 106, 430, 432
Ломоно'сов Михаил Васильевич (1711 —1765) — российский учёный-энциклопедист,
первый русский естествоиспытатель мирового уровня, оказавший большое влияние на развитие
отечественной культуры, науки и техники. Объяснил происхождение многих полезных
ископаемых и минералов. Написал руководство по металлургии, создал более 20
навигационных инструментов. Основал первую в России химическую лабораторию (1748 г.) 93,
426, 487
Ло'сев Олег Владимирович (1903— 1942) — советский радиофизик. Открыл способность
кристаллических детекторов генерировать электрические колебания. Впервые применил
полупроводниковые материалы для усиления радиосигналов. Создал радиоприёмник на
полупроводниках, работавший от карманных батарей, — кристадин (1922 г. ) 155
Ло'уренс Эрнест Орландо (1901 — 1958) — американский физик. За изобретение и создание
циклотрона и получение с его помощью искусственных радиоактивных элементов удостоен
Нобелевской премии по физике (1939 г.). Изобрёл оригинальную телевизионную трубку —
хроматрон Лоуренса 155
Люмье'р Луи Жан (1864—1948) — французский изобретатель. При участии брата Огюста
(1862—1954) создал первую киноаппаратуру для съёмки и проекции «движущихся
фотографий» (1895 г.). Изобрёл фотографические пластинки для цветной
668
фотографии (1903 г.), аппаратуру для стереоскопических фильмов (1935 г.) 458
Мака'ров Николай Фёдорович (1914—1988) — советский конструктор оружия 498, 649
Маре'й Этьен Жюль (1830—1904) — французский физиолог. Разработал метод регистрации
физиологических процессов с помощью изобретённых им приборов — кардиографа,
сфигмографа и др. 458
Марко'ни Гульельмо (1874 — 1937) — итальянский инженер-электрик, радиотехник и
предприниматель. Получил патент на изобретение беспроволочного телеграфа (1897 г.).
Усовершенствовал технику радиосвязи и сделал ряд изобретений в этой области. В 1901 г.
осуществил радиосвязь через Атлантический океан на расстояние 2100 миль. За заслуги в
развитии беспроволочной телеграфии удостоен Нобелевской премии по физике 1909 г. (вместе
с К. Ф. Брауном). В 1931 г. установил первую высокочастотную радиотелефонную связь, в 1934
г. применил её для навигации 124—125, 275
Марте'н Пьер (1824—1915) — французский металлург. Создал первую пламенную
высокотемпературную печь (названную его именем) для переработки чугуна и железного лома
в сталь (1864 г. ) 202
Ме'ргенталер Отмар (1854—1899) — немецкий инженер; изобретатель линотипа (1884 г.) 285
Миль Михаил Леонтьевич (1909— 1970) — советский конструктор вертолётов, на которых
было установлено свыше 60 мировых рекордов 426
Мо'дсли Генри (1771 — 1831) — английский инженер, предприниматель. Изобрёл ряд машин,
инструментов и технологических процессов. Сконструировал крестовый суппорт для
металлорежущих станков. Создал первую поточную линию, разрабатывал принципы
конструирования машин и их производства 88, 93, 95, 100
Монгольфье', братья Жозеф Мишель (1740—1810) и Жак Этьен (1745—1799) —
французские изобретатели. Создали монгольфьер — аэростат в виде бумажного шара,
наполненного горячим воздухом и дымом 429
Мушенбру'к Питер ван (1692— 1761) — нидерландский физик; изобретатель «лейденской
банки» — первого электрического конденсатора (1745 г.) — и других физических приборов 86
Нага'и Леон (1833—1900) — бельгийский оружейник, предприниматель. Сконструировал
револьвер, состоявший на вооружении многих армий, в том числе и российской (до 1941 г.) 649
На'ртов Андрей Константинович (1693—1756) — российский механик; личный токарь Петра
I. Заведовал механической мастерской Петербургской академии наук. Построил ряд токарно-
копировальных и токарно-винторезных станков оригинальной конструкции, часть которых
имела суппорт 93
Ни'конов Ефим Прокопьевич (годы рождения и смерти неизвестны) — российский
крестьянин. В 1718 г. предложил создать «потаённое огневое судно». В 1724 г. построил боевой
подводный корабль, испытания которого продолжались до 1727 г. 255, 594
Ни'пков Пауль Готлиб (I860— 1940) — немецкий инженер. Изобрёл оптико-механическое
устройство (диск Нипкова) для разложения телевизионного изображения на элементы при его
передаче и воспроизведении (1884 г.) 123,463,468
Но'бель Альфред Бернхард (1833— 1896) — шведский изобретатель, промышленник.
Изобрёл динамит — взрывчатое вещество на основе нитроглицерина (1867 г.),
«желатинированный динамит» и «баллистит» («порох Нобеля»); организовал их производство
во многих странах мира. Основал Нобелевские премии, которые присуждаются за выдающиеся
работы по физике, химии, физиологии, медицине, экономике, а с 1969 г. — также в области
литературы и деятельности по укреплению мира 222
Но'бель Людвиг (1831 — 1888) — шведский и российский предприниматель, изобретатель.
Создал ряд технических устройств, усовершенствовал технику добычи, переработки и
транспортировки нефти. Впервые применил паровые машины для бурения скважин.
Организовал постройку первого нефтеналивного судна, нефтепровода, крупных
нефтехранилищ 222
Ньепс Жозеф Нисефор (1765— 1833) — французский изобретатель; один из создателей
фотографии. Разработал способ закрепления изображения в камере-обскуре на посеребрённой
медной пластинке, покрытой слоем светочувствительного асфальтового лака 445
Нью'комен Томас (1663—1729) — английский изобретатель. В 1705 г. на основе работ Д.
Папена и Т. Севери построил пароатмосферную поршневую машину для подъёма воды. В 1711
— 1712 гг. создал паровую установку для откачки воды из рудников 90,92
О'берт Герман (1894—1989) — один из основоположников ракетной техники. В 1940—1945
гг. работал в ракетном центре в Пенемюнде (Германия). Участвовал в создании первого
американского спутника Земли, ряда ракет 140—141
Ом Георг Симон (1787—1854) — немецкий физик, электротехник. Открыл и обосновал
основной закон электрической цепи (1826 г.). Его именем названа единица электрического
сопротивления 112
Оппенге'ймер Роберт (1904— 1967) — американский физик, специалист в области квантовой
механики и теории атомного ядра. В 1943— 1945 гг. был одним из руководителей работ по
созданию первой атомной бомбы в США 611
О'тто Николаус Август (1832— 1891) — немецкий изобретатель и предприниматель.
Использовав идею Бо де Роша (1862 г.), построил четырёхтактный газовый двигатель
внутреннего сгорания (1876 г.), получивший широкое распространение 332
Папе'н Дени (1647 — 1712 или 1714) — французский физик; один из первых создателей
паровых машин. Сконструировал паровой котёл с предохранительным клапаном (1680 г.).
Установил зависимость температуры кипения воды от давления. Изобрёл центробежный насос
(1689 г.). Начал работы над пароатмосферным двигателем. В начале XVIII в. построил лодку с
паровым двигателем 90, 92
Па'рсонс Чарлз Алджернон (1854— 1931) — английский инженер-машиностроитель,
предприниматель. Изобрёл и усовершенствовал паровую многоступенчатую реактивную
турбину (1884 г. ), получившую широкое применение 228
Паска'ль Блез (1623—1662) — французский математик, физик и философ. В 1641 — 1642 гг.
изобрёл машину, производившую сложение и вычитание. Исследовал проблемы воздушного
давления, гидростатики и возможности получения вакуума (1648 г.). Открыл закон
распределения давления в жидкостях («закон Паскаля», 1663 г.); обосновал принцип действия
гидравлического пресса 88
Пе'ччеи Аурелио (1908—1984) — итальянский инженер, предприниматель; основатель и
первый президент Римского клуба 663—665
Полика'рпов Николай Николаевич (1892—1944) — советский авиаконструктор; создатель
истребителей серии И, лёгкого ночного бомбардировщика У-2 и др. 558—559
Попо'в Александр Степанович (1859—1905) — российский физик, инженер-электротехник. В
1893— 1895 гг. изобрёл грозоотметчик и установил возможность его применения для передачи
сигналов на расстояние без проводов. В марте 1896 г. переслал
669
первую в мире радиограмму на расстояние 250 м 124—125, 129, 275, 392
По'рта Джамбаттиста дела (1535?—1615) — итальянский учёный, естествоиспытатель; автор
труда «Magia naturalis» в 20 книгах (1589 г.), в котором описал ряд изобретённых ранее
пневматических и гидравлических устройств, собственные наблюдения и опыты из области
физики, оптики, магнетизма, метеорологии и др. По некоторым сведениям, сконструировал
усовершенствованную камеру-обскуру 84, 479
Про' хоров Александр Михайлович (родился в 1916 г.) — российский физик; один из
основоположников квантовой электроники. Создал (совместно с Н. Г. Басовым) первый
квантовый генератор — мазер. Исследовал взаимодействие мощного лазерного излучения с
веществом. За фундаментальные работы в этой области удостоен Нобелевской премии по
физике 1964 г. (совместно с Н.Г. Басовым и Ч.Х. Таунсом) 132, 133
Райт, братья Уилбур (1867—1912) и Орвилл (1871—1948) — американские
авиаконструкторы, лётчики и изобретатели. 17 декабря 1903 г. впервые поднялись в воздух на
самолёте собственной конструкции с двигателем внутреннего сгорания 397, 398—399, 400, 555
Рентге'н Вильгельм Конрад (1845— 1923) — немецкий физик, инженер. Открыл взаимосвязь
электрических и оптических явлений в кристаллах. В 1895 г. обнаружил и исследовал Х-лучи (в
дальнейшем названы его именем). За это открытие был удостоен Нобелевской премии по
физике (1901 г.) 105, 110, 646
Реомю'р Рене Антуан (1683 — 1757) — французский естествоиспытатель. Изобрёл спиртовой
термометр (1730 г.). Разрабатывал технологии производства стали и стекла; сконструировал
машину для испытаний материалов 86
Ро'зинг Борис Львович (1869— 1933) — российский физик; создатель системы телевидения с
приёмной электронно-лучевой трубкой (1907 г.). В 1911 г. демонстрировал передачу и приём
изображений геометрических фигур. Изобрёл способ усиления токов фотоэлементов 123, 468
Се'вери Томас (1650—1715) — английский инженер. В 1698 г. изобрёл паровой
нагнетательно-всасывающий насос, применявшийся для осушения шахт и подачи воды на
колёса водяных двигателей 90, 92
Сикорский Игорь Иванович (1889—1972) — авиаконструктор, предприниматель; создатель
первых в мире многомоторных самолётов
«Русский витязь» и «Илья Муромец». С 1919 г. жил в США, где разработал многочисленные
модели гидросамолётов и вертолётов 401, 404, 405, 426, 557, 572
Славя'нов Николай Гаврилович (1854—1897) — российский учёный-металлург, горный
инженер. Разработал первый автомат для дуговой электросварки металлическим электродом,
сварочный электрогенератор, дуговые осветительные приборы, автоматический регулятор
длины электрической дуги, применил электросварку в судостроении 113
Сте'фенсон Джордж (1781 — 1848) — английский инженер-механик. С 1814 г. построил
несколько паровозов собственной конструкции. В 1823 г. основал первый
паровозостроительный завод в Ньюкасле. В 1823—1825 гг. руководил строительством первой
железной дороги общего пользования Стоктон — Дарлингтон. Внёс множество технических
новшеств в строительство железнодорожных сооружений. В 1829 г. паровоз «Ракета»
конструкции Стефенсона победил на состязании локомотивов в Рейнхилле 92, 351
Сте'чкин Игорь Яковлевич (родился в 1922 г.) — советский конструктор автоматического
оружия 649
Та'лбот Уильям Генри Фокс (1800—1877) — английский физик, химик. Развивая труды
английского изобретателя Дж. Веджвуда, разработал способ калотипии — получения
изображений в камере-обскуре на йодосеребряной бумаге (1841 г.). Впервые осуществил
позитивную печать с увеличением (1843 г.) 445, 451
Та'унс Чарлз Хард (родился в 1915 г.) — английский физик и химик. В 1939—1947 гг.
разрабатывал военную технику. В 1954 г. независимо от Н.Г. Басова и AM Прохорова построил
мазер. За фундаментальные работы в области квантовой электроники удостоен Нобелевской
премии по физике (1964 г.; совместно с Н.Г. Басовым и А. М. Прохоровым) 122
Терме'н Лев Сергеевич (1896— 1993) — советский инженер-электротехник, изобретатель
многочисленных технических устройств. В 1920 г. сконструировал электромузыкальный
инструмент, названный терменвоксом 481
Те'ела Никола (1856—1943) — сербский инженер; автор многочисленных изобретений в
области электро- и радиотехники. С 1884 г. работал в США. Изобрёл многофазные
электрические машины и схемы распределения многофазных токов (1887 г.), высокочастотные
электрогенераторы (1889—1890 гг.), высокочастотный «трансформатор Теслы» (1891 г.).
Создал лампы и двигатели на токах высокой частоты, работающие без проводов, электрический
счётчик, частотомер. Исследовал возможности расщепления атомного ядра с помощью
высокого напряжения (1934 г.) 116, 118—119, 125,480
Тимоше'нко Степан Прокофьевич (1878—1972) — российский учёный (с 1922 г. работал в
США), инженер-механик; автор капитального труда по сопротивлению материалов, вибрациям
в технике и др. Исследовал проблемы теории упругости, сопротивления материалов и
строительной механики. Решил ряд фундаментальных для техники задач расчёта прочности,
устойчивости и вибрации упругих тел 143
То'карев Фёдор Васильевич (1871 — 1968) — советский конструктор автоматического
стрелкового оружия 649
Торриче'лли Эванджелиста (1608— 1647) — итальянский физик и математик. Изобрёл
ртутный барометр, доказал существование атмосферного давления и вакуума (1643 г.). Вывел
формулу для определения скорости истечения жидкостей из сосудов. Усовершенствовал
конструкцию артиллерийского угломера 87, 177
Ту'полев Андрей Николаевич (1888—1972) — советский авиаконструктор; создатель более
чем ста типов военных и гражданских самолётов, на которых установлено 78 мировых
рекордов 98, 405, 560
Уа'тт Джеймс (1736—1819) — английский изобретатель; создатель универсальной паровой
машины (патенты: первый — 1769 г., на двигатель с расширением — 1782 г., на универсальный
паровой двигатель — 1784 г.) 88, 90, 92—93, 95, 104, 658
Уи'тни Эли (1765—1825) — американский изобретатель, предприниматель. Сконструировал
первую хлопкоочистительную машину (1793 г.), фрезерный станок, ряд металлорежущих
инструментов, заложил основы технологии массового производства в машиностроении с
применением калибров и шаблонов 101
Фараде'й Майкл (1791 — 1867) — английский физик, химик, основоположник теории
электромагнитного поля. В 1821 г. создал лабораторную модель электродвигателя; в 1831 г.
открыл электромагнитную индукцию. В 1833—1834 гг. открыл законы электролиза, названные
его именем. Ввёл понятия магнитного и электрического поля. Его именем названа единица
электрической ёмкости 112, 114, 116, 152
Фарма'н Анри (1874—1958) — французский авиаконструктор, предприниматель; один из
первых лётчиков 400
Фе'ссенден Реджинальд Обри (1866—1932) — американский инженер-электротехник. В 1901
г. построил высокочастотный дуговой генератор и передал человеческую речь по радио.
Изобрёл ряд приборов для морской навигации и сигнализации (эхолот, различные
радиопеленгаторы и электроакустические устройства) 389
Фо'ккер Антони Герман Герард (1890—1939) — нидерландский авиаконструктор,
предприниматель. С 1922 г. работал в США. Создал десятки типов военных и гражданских
самолётов 405
Форд Генри (1863—1947) — американский предприниматель, инженер; организатор
поточного производства автомобилей на конвейере 100— 101, 271, 405
Фо'рест Ли Де (1873—1961) — американский инженер-радиотехник; автор ряда изобретений в
области радиотехники и техники звукового кинематографа. Создал трёхэлектродную лампу
(триод, или аудион Фореста; 1906 г.). Организовал музыкальное радиовещание в США,
разработал систему звукового кино — «фоно-фильм» 121—122, 481
Фрезе Павел Александрович (1844—1918) — российский горный инженер, предприниматель;
один из создателей автомобилестроения в России. Совместно с Е А. Яковлевым разработал
первый российский автомобиль (1896 г.). Испытал первый троллейбус (1902 г. ) 331
Фу'лтон Роберт (1765—1815) — американский изобретатель, гидротехник, механик; создатель
многих машин. Живя в Париже (с 1797 г.), построил и испытал подводную лодку «Наутилус»,
плавучую мину, первое паровое судно (1803 г.). Вернувшись в Америку, построил колёсный
пароход «Клермонт» и организовал его постоянные рейсы по реке Гудзон (1807 г.) 92, 96, 274,
594
Ха'ргривс Джеймс (умер в 1778 г.) — английский изобретатель. В 1765 г. построил первую
прядильную машину периодического действия — «Дженни» 89, 639
Ца' ндер Фридрих Артурович (1887—1933) — советский учёный и изобретатель; один из
основоположников ракетно-космической техники; автор работ по теории реактивных
двигателей и космических ракет. Сконструировал ряд оригинальных реактивных и ракетных
двигателей на жидком топливе, ракет и ракетопланов 140
Це'ппелин Фердинанд фон (1838—1917) — немецкий инженер, конструктор больших
дирижаблей с металлическим каркасом — цеппелинов (первый полёт — 1900 г. ); организатор
их серийного выпуска 432—433, 434
Циолко'вский Константин Эдуардович (1857—1935) — российский учёный и изобретатель;
автор проектов дирижаблей, работ в области аэродинамики и ракетной техники; один из
основоположников теории межпланетных сообщений с помощью ракет 139—140, 361, 431, 432
Черепановы, отец и сын: Ефим Алексеевич (1774—1842) и Мирон Ефимович (1803—1849)
— российские изобретатели. Усовершенствовали ряд заводских механизмов, технологию
получения железа, меди, добычи драгоценных металлов. Начиная с 1820 г. изготовили около 20
паровых машин. В 1833—1834 гг. построили первый в России паровоз и железную дорогу
длиной 3,5 км 351
Шарль Жак Александр Сезар (1746—1823) — французский учёный, изобретатель и
воздухоплаватель. Построил первый воздушный шар, наполненный водородом, — шарльер
(1783 г.) 429
Ши’ ллинг Павел Львович (1786— 1837) — российский электротехник. Изобрёл мину с
электрическим запалом (1812 г.), первый практически пригодный электромагнитный
телеграфный аппарат (1832 г.) 115, 279
Шо' кли Уильям Брэдфорд (1910— 1989) — американский физик. В годы Второй мировой
войны разрабатывал радиолокационные станции. В 1948 г. вместе с Дж. Бардшюм и У.Х.
Браттейнам открыл транзисторный эффект и создал первый транзистор, за что все трое были
удостоены Нобелевской премии по физике (1956 г.) 127
Шу’ хов Владимир Григорьевич (1853—1939) — советский инженер, изобретатель, учёный.
Сконструировал множество механизмов для нефтяной промышленности, водотрубный котёл
(1890 г.), лёгкие перекрытия различных типов. Разработал конструкцию «шуховской башни»
(1896 г.). Руководил проектированием и строительством более чем 500 мостов, элеваторов,
доменных печей, дымовых труб, систем городского водоснабжения 223
Э'дисон Томас Алва (1847—1931) — американский электротехник и предприниматель; автор
более чем тысячи изобретений. Усовершенствовал пишущую машинку, телефонный аппарат.
Изобрёл фонограф (1877 г.), лампу накаливания (1879 г.), ламповый патрон и цоколь с
винтовой нарезкой, плавкий предохранитель, электрический счётчик и др. Построил первую
электростанцию общественного пользования (Нью-Йорк) 106—107, 478
Эрстед Ханс Христиан (1777— 1851) — датский физик. Разработал способ получения
металлического алюминия. Открыл действие тока на магнитную стрелку (1820 г.). Его именем
названа единица напряжённости магнитного поля 112, 167
Ю'нкерс Гуго (1859—1935) — немецкий авиаконструктор, предприниматель. Изобрёл самолёт
типа «летающее крыло» (1910 г.). Создал первый цельнометаллический самолёт (1915 г.) 401,
404—405
Яко'би Борис Семёнович (Мориц Герман) (1801 — 1874) — российский физик; один из
основоположников электротехники. Изобрёл гальванопластику (1838 г.), сконструировал
электродвигатель (1834 г.), генератор, телеграфные аппараты различных типов (в том числе
буквопечатающий; 1850 г.), гальваноударную мину (1844 г.), электрозапал, несколько видов
гальванических батарей и электроизмерительных приборов. Строил кабельные линии
телеграфной связи, организовал первое в России производство электротехнических устройств
114, 115, 116, 211
Я'нсен Захарий (XVI в.) — голландский шлифовальщик стёкол. Изобрёл первый
двухлинзовый микроскоп (около 1590 г.) 84,85
671
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Авианосец 585—586
— «Аргус» 585, 586
— «Нимиц» 586
— «Фьюриес» 585
Авиация 396
Авиетка 404
Автобус 318—319, 325
— «Ванхоол» 320
— MAH-NL202 320
Автомат 489, 509, 553, 623
— АЕК-971 505
— АК-47 490—491, 497
— АК-74 491
— АК-74М 491
— АКС-74 491
— АКС-74У 491
— «Вал» 622
— ГМС-710, электрический 649
— ППШ510
— OICW 489
Автомат перекоса 425
Автоматическое оружие, принцип работы 499,501—502
Автомобиль 259, 260, 262, 265
— багги 313
— внедорожный 309
— гоночный 312—313
— грузовой 311, 314—315
— джип см. Автомобиль внедорожный
— драгстер 313
— легковой 309—311
— мини-вэн 309, 311
— общего назначения 309
— репликар 311
— самосвал 315
— специальный 316—317
— спортивный 309, 311, 322
— хот-род 311
Автомобиль
— «Ауди-Аб» 310
— «Ауди-АЛ2» 336
-БАЗ-135 316
— БелАЗ-540А 315
— Бенца 330
— Даймлера 330, 334
— ЗИЛ-ММЗ-554М 314
— «Кадиллак-Севилл-STS» 310
-КамАЗ-6350 317
— «Крайслер-Вояджер» 309
— «Мерседес-Бенц-БбООБ» 310
— «Мерседес-Бенц-SKI853» 314
— «Мерседес-Бенц-8К3234» 316
— «Мерседес-Бенц-Унимог-1650» 316
— «Опель-Астра» 322
— «Рак-7» 140
-РАФ-22031 319
— «Рено-Лагуна» 320
— «Рено-М200Л2» 314
— «Рено-Твинго» 310
— «Ситроен-Ксаная» 336
— «Смарт» 310
— «Студебеккер Аванти» 263
— «Тойота-Приус» 335, 336
— «Фиат-Палио-Уик-Энд» 323
— «Хаммер» 317
— «Штеттер» 316
— Яковлева и Фрезе 331
—BMW-Z3 311.320. 325
— МАН314
— MAH-SLW2000 314
Автомобиль, тип кузова
— кабриолет 311,322
— купе 322
— ландоле 311
— лимузин 311, 322
— пикап 315
— пульман-лимузин 310
— родстер 311.322
— седан 310.311.322
— универсал 309, 311. 322
— фаэтон 311, 331
— хэтчбек 310, 311, 322
Автомобиль-ракета 140
Адаптер 480
Акведук 53. 56—57
Аккумулятор 107. 112, 225. 226, 239, 324. 325
Алмаз 220—221
Альтернатор 481
Амортизатор 327
Амплитудная модуляция 280
Аналого-цифровой преобразователь 294. 298—299
Ангар 585
Анемометр 175
Анкер 83, 625, 626
Анод 111. 121
Антенна 186. 187. 189, 197
Антиблокировочная система 327
Аппаратное обеспечение 291, 294, 295
Аппарель 375, 546
Аркебуза 73
Арматура 206
Артиллерийская установка
— АК-100 590
— АК-130 605
— АК-176 591 —АК-630 591
— «Вулкан-Фаланкс» 593
Архимедов винт 39. 48
Атомный реактор 225, 227. 231, 244
Атомоход 367, 370
Аудиотехника 473—478
Аэростат 428, 429
Аэротон 50
Аэрофинишер 586
Базука 541
Байт 298, 304
Балкер 373. 377
Балласт 594
Баллонет 430
Барабан оружейный 498, 499
Баржа 594
— самоходная 388
Барометр 86—88, 175, 177
Батарея
— атомная 187
— солнечная 178, 187, 190, 191, 192, 197, 225, 246, 247, 248, 275, 324
Батометр 171
Батопорт 395
Бердо 639,640
Бесступенчатая передача 336, 337
Бетон 46
Бинокль 84
Биосфера 182—184
Биплан 400
Бит 298
Боевая машина десанта 554
-БМД-3 554
Боевая машина пехоты 541—543
— АМХ-10Р 541
— БМП-1 541
—БМП-2 542
—БМП-3 543
— «Мардер» 541
— CV90 541
— М2 «Брэдли» 541
— М2А2 «Брэдли» 542
— MCV-80 «Уорриор» 541
— VCC-80 541
Боевой дробовик 490
— М500 «Моосберг«
АТР6 491
Большой противолодочный корабль
— «Маршал Шапошников» 590
— «Проворный» 588
Большой ракетный корабль
— «Бедовый» 588
— «Гремящий» 587
Бомба 611,612
Бомбомёт
— ДП-64 «Непрядва» 623
— РБУ-1000 590
— РБУ-2500 587
— РБУ-6000 590
— «Маустрап» 605
— «Хеджехог» 605
Брандер 516
Брандскугель 516
Бронеавтомобиль 98, 538—543 —БА-20 539
— БА-64 539
— «Гарфорд-Путиловский» 538
— «Пума» 539 Броненосец 582, 584
— «Кирсардж» 584
— «Ослябя» 98, 99
— «Ретвизан» 584
— «Ройял Соверен» 605
Бронетранспортёр 540—541 —БТР-Д 554
— БТР-40 541
— БТР-50 541 — БТР-60 541
— БТР-80 541
— БТР-80А 541
— БТР-152 541
— М113А1 540
Бронещит 650
Бронза 33
Букса 353
Буксир 381, 382, 394
— «Антон Мазин» 371
— «Маршал Блюхер» 382
— «Редедя князь Касожский» 381
Бумага 64—65
Буровая установка 163,173,174,187, 203
Бьеф 387
Вагон 346, 350, 351, 357, 358—360
Вагон-цистерна 223
Вакуумный насос 91
Валяльная машина 78
Ватермашина 90
Велосипед 265, 337—339 —В-130 339
— «Ламборджини» 339
— «Мерида-маттс» 339
— паук 337, 338
— «Порше» 339
Веретено 638—639
Вертолёт 404,423—426,552
— «Белл-Боинг» V22 «Оспри» 426
— ВВА-14М 427
— Ка-29 552
— Ка-50, Ка-52, Ка-60 572—573
— «Мерлин» 593
— Ми-8 425
—Ми-17, Ми-26 552
-Ми-34 425
— «Си Кинг» 593
— S64, S65 404
— VS-300 405
Вертолётоносец «Оушен» 593
Вечный двигатель 248—254
Взрыватель минный 547, 548, 607, 608
Вибросейс 164
Видеозапись 459, 466—467
Видеокамера 466—467
Видеомагнитофон 466
Винджаммер 96
Винт 402, 403
— изменяемого шага (ВИШ) 408
— несущий 423
Винтовка
— Маузера 490
— снайперская 490,491, 502, 622, 623
Винтовка снайперская
— «Винторез» 622 —ОЦ-44 506
— СВН-98 506
— L96A1 (AW) 505
Вкладышевое орудие 26, 43
Водовод Евпалина 47
«Водоход» Кулибина 94
Воздухоплавание 428, 429, 430
Воздушная подушка 361, 370
Воздушный шар 429
Воло'ка 221
«Вольтов столб» см. Гальванический элемент
Высокоплан 407
Высокоточное оружие 495
Выстрел 514—515
Выстрел, процесс 499
Гальваническая батарея 115
Гальванический элемент 111, 112, 115
Гальваническое покрытие 268
Гальванотехника 115,211—212
Гарпун 28, 38
Гастрафет 47
Гаубица 513—514, 516
— «Дана» 522
— G-6 518
-М-30 516
— М109А6 519
— 2С1 «Гвоздика» 522
— 2СЗ «Акация» 519
— 2С19 «Мста-С» 522
Гелиогравюра 445
Генератор 225, 226, 228, 230
— автомобильный 325
— магнитогидродинамический 370
— радиоизотопный 186
Георадар 169
Гигрометр 177
Гидрогенератор 232, 234, 236
Гидролиз 214
Гидролокатор 390, 596
Гидрометеоцентр 176
Гидротурбина 232
Гидрофизический зонд 171
Гидроэлектростанция 231—238, 247
Гильза 272, 500
Гиродин 192,
Гироскоп 389
Главная передача 320
Годометр 55
Головка самонаведения 496
Голография 452—457
Гондола 433
Гончарная печь 225
Гончарный горн 31
Гончарный круг 31, 35. 45
Горизонтальный руль 594
Горнодобываюшая промышленность
33, 74—75
Гравиметр 261
Гравиразведка 166—167
Граната 493—495
— ручная 553
Граната
— РГН 493
— РГО 493
Гранатомёт 494—496
— автоматический 589
— разъёмный 553
Гранатомёт—АГС-17 554
— АГС-17 «Пламя» 494
— «Муха» 495
— «Панцерфауст-3» 496
— РПГ-7Д 553
— «Таволга» 495
Графопостроитель 166. 296
Грейфер 458.459
«Греческий огонь» 516
Грунтовая трубка 172. 173
Дальномер 450
— лазерный 504—505, 580
Датировка, методы 16—17
Двигатель
— внутреннего сгорания 98, 134, 225, 246, 324. 330—335
— газовый 223
— Даймлера V-образный 334
— дизельный см. Дизель
— Ленуара 330
— нефтяной 223
— паровой 223
— реактивный 134,225,246
Двигатель автомобильный 324—325
— газовый 332
— двухтактный 325, 332
— дизельный 314, 325, 333
— роторно-поршневой 325
— четырёхтактный 325, 332, 333
Двигатель ракетный 439
— гибридный 439
— жидкостный 139.140,441
— плазменный 441
— твердотопливный 439
— электротермический 140
— ядерный 440
Двигатель самолётный
— газотурбинный 404
— поршневой 403
— реактивный 403
— ротативный 400
— турбовентиляторный 403
— турбовинтовой 403. 411. 414. 421
— турбореактивный 403, 410. 412
Двигатель судовой 367, 374
— газотурбинный 370, 374
— дизельный 224, 229, 367, 374
— дизель-электрический 367
— паровой 367
— паротурбинный 229, 367, 374
— электрический 367
— ядерный 370
Двоичная система счисления 478
Дедвейт 370
Депо 358,364
Деталь 257
Дефектоскопия 105
Дизайн 256,259,263—267
Дизель 224, 229, 333, 353, 355, 356. 361, 370
Дилижанс 346
Диод 121. 127
Диоптр 55
Дирижабль 428—438
— «Альбатрос» 435, 438
— «Аэростатика-01» 437
— «Аэростатика-02» 437
— «Виль де Пари» 433
— «Воздушный крейсер» 436
— «Гигант» 435, 438
— «Голубь» 435
— «Город Люцерн» 434
— «Зодиак» 435
— «Клеман Баяр» 433. 434
— «Комсомольская правда» 437
— «Кречет» 435,438
— «Лебедь» 435
— «Лебоди» 435
— «Московский химик-резинщик» 437
— «Орёл» 435
— «Парсеваль» 434
— «Патри» 433, 434
— «Патриот» 438
— «Победа» 438
— Ренара и Кребса 431, 432
— «Републик» 434
—«СССР В-4» 437
— «СССР В-6» «Осоавиахим» 436, 438
— Тисандье 431,432
— «Ястреб» 435
—LZ-1 432
— LZ-7 «Германия» 434
— LZ-126 «Лос-Анджелес» 434
— LZ-127 «Граф Цеппелин» 435, 438
— Ьг-129«Гинденбург» 436
— N1 434
— N4 «Италия» 436
— R-101 436
— ZR-1 «Шенандоа» 434
— ZRS-4 «Акрон» 436
— ZRS-5 «Мекон» 436
«Диск Феррариса» 116
Дисковод 292
Дискретизация 281
Дифференциал автомобильный 322
Дождемер 175
Док 393,395
Долото 42
Доменная печь 200, 201
Дорожный просвет 311, 319
Драга 173, 199
Древесина 212— 220, 224
Дрим-кар 335
Дромон 66, 67
Дубинка полицейская 621,652
Дышло 41,42
Железнодорожный транспорт 350— 351, 360
— узкоколейный 216
Жидкие кристаллы 123, 124, 126
Жиклёр 335
Закрылки 402,407
Затвор 498
Звук в кино 470—472
— стереофонический 471,473—476
Звукозапись 473—474
Звукосниматель 480
Зенитная установка — АК-230 511
— С-125 «Печора-2» 579
— «Си Спэрроу» 586
— ЗСУ-23-2 578
— ЗСУ-57-2С-68 578
Зенитная установка самоходная 518
Зенитное орудие 493
Зенитный комплекс 578
— «Бук» 578, 580
— «Игла» 578, 581
— «Игла-1» 578, 581
— «Кинжал» 590
— «Кортик» 585
— «Круг» 578, 580
— «Куб», «Оса» 578
-С-25 578
— С-75 «Двина» 578
-С-125 578
-С-300 578, 580
— С-300 ПМУ-2Е «Фаворит» 581
— СВ-300В 580
— «Стрела-1», «Стрела-2», «Стрела-3» 578
— «Стрела-ЮМ» 578, 580
— «Тор» 578
-2К22М (2С6М) «Тунгуска» 578,580
— 9К37«Бук» 578
Зеркало 49
«Зеркальный фонарь» Кулибина 94
Зернотёрка 30
Змей воздушный 396
Зрительная труба 84
Игла 26
Изложница 202
Изобретение 273
Изотоп 17, 230
ИК-ловушка 577
Иконоскоп 464, 465, 469
Инвар 626
Индукционная катушка 330
Инжектор 328
Инженерно-сапёрная машина DNG 544
Инкограф 283
Интеллектуальная собственность 273
Интерфейс программный 299, 300
Ирригационное сооружение 32, 34, 38,45
«Искусственная почка» 648
Искусственного кровообращения аппарат 648
«Искусственные лёгкие» 648
Кабестан 381
Казённая часть 498
Калибр 259, 260, 498
Калотипия 446
Каменных орудий изготовление и обработка
— клектонская техника 23
— леваллуа техника 23
— микролитическая техника 26, 28, 43
— оббивка 21,32
— призматическая техника 24, 28
— раскалывание 21
— ретушь 21, 23, 30
Камера
— газовая оружейная 497
— люцина 444
— обскура 444
— сгорания 439
Канатная дорога 350
Канонерская лодка 589.591.592
Капсюль 272. 493, 500
Карабин 490,491
— «Вепрь» 491
-КС-23 651
— «Сайга» 491
Каравелла 69
Каракка 68. 69
Карбюратор 324, 328, 334— 335
Карданный вал 314, 319
Каротаж 165
Картер 400
Картечь 490
Картинг 312.313
Картушка 389
Катамаран 369
Катапельт 49
Катапульта 49— 50, 51, 586
Катер
— артиллерийский 589
— десантный 594
— минный 587
— ракетный 591
— торпедный 382, 591
Катер
— «Веллингтон» 382, 383
-Г-5 591
— «Молния» 591
-Ш-4 591
— «Шмель» 589
— LCVP MkV 593
— MAS15 591
Катод 111. 121, 146
Качество 262
Квантовый генератор 132, 133
Керамика 31, 35, 43, 206, 225
Кикстартёр 346
Киллектор 594
Киль 402
Кильблок 395
Кинематограф 458, 459
Кинескоп 123,148,153.462.469
Кинопроекционная установка 470
Киносъёмочный аппарат 458
Кирпич 13, 35. 206
«Клеемёт» 653
Клипер 96
Книгопечатание 72—74
Коаксиальный кабель 459
Ковка 257, 267
Ковроткачество 638
Когерер 124
«Коктейль Молотова» 516
Коленчатый вал 332
Колесо 13,35,45
— водоподъёмное 39, 52
Коллайдер 156
Коллектор 119
Колодец 13
Колун 22
Комбайн сельскохозяйственный 321
Коммутация каналов 302—303, 305
Коммутация пакетов 303
Компакт-диск 478—479
Компас
— гироскопический 389
— магнитный 388, 389, 391, 392
Композитные материалы 159, 160, 161, 197,210
Компоновка автомобиля 320
Компрессор 409
Компьютер 98, 137, 158, 163, 171, 176,
183, 186, 188, 189, 259, 270, 290— 301, 619
— бортовой 326, 339
Конвейер 100, 202, 216, 271, 272, 273, 202, 204
Конвертоплан 426
Конденсор 145, 147
Конка 346, 347
Консоль 402
Конструкционные материалы 207—210
Контейнеровоз 370, 373— 374, 393
Контроллер 295, 346
Концепт-кар 335
Корабль на воздушной подушке
— «Бора» 382
— «Зубр» 382
Корабль управления «Урал» 594
Корабль-док 594
Корвет 595
Коробка передач 325, 326
Коррозия 268
Космическая лаборатория
— «Колумбус» 195
— «Марс патфайндер» 192
Космический корабль
— «Аполлон» 188
— «Атлантис» 191
— «Буран» 443
— «Прогресс-М» 190
— «Союз» 191
— «Шаттл» 191, 195,443
Космический модуль 188, 190, 191, 192, 193
—«Заря» 193
— «Квант» 190
— «Кристалл» 191, 193, 197
— «Спектр» 191
— «Юнити» 193
Космический скафандр 189
Коэффициент полезного действия 229, 240, 259
Крейсер 582,587
— авианесущий 585, 586
— противолодочный 587
Крейсер
— «Аврора» 587
— «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» 585, 586
— «Аскольд» 98, 99, 587
— «Варяг« 587
— «Грозный»,
«Ленинград»,
«Москва» 587
— «Пётр Великий» 582
— «Слава» 587, 590
Круиз-контроль 326
Крыло 397,402
Крючок рыболовный 28, 31, 42
Ксерокс 288, 617
Кэш-память 294
Лаг 389, 390
Лазер 131—139, 144, 178, 195, 221, 247, 261, 454, 618
Лазерное оружие 138
Лазерный целеуказатель 503
Лайнер 372, 373, 374, 396
Лампа накаливания 105, 106—107, 134
Легированная сталь 208, 210
Ледокол 380, 392
— «Арктика» 379, 380
— «Ермак» 380
— «Киров» 378
— «Лабрадор» 378
— «Ленин» 379, 380
— «Луи Сен-Лоран» 379
— «Пайлот» 380
— «Юмер» 378
Лейденская банка 86
Ленточный транспортёр 631
Лесопогрузчик 217
«Летучая барка» 430
Лигнин 207
Лимасы 24
Линейный корабль 582—584
— «Айова» 584, 585
— «Бисмарк» 605
— «Бретань» 605
— «Дредноут» 584
— «Жан Бар» 584
— «Мусаси» 584
— «Севастополь» 605
— «Сент-Иштван» 591
— «Ямато» 584, 604, 605
Линза 146, 147
Линия электропередачи 232
Литографский камень 445
Литьё 257, 267 Лифт 627—630
Лихтер 373,375—376
Лихтеровоз 373, 375—376
Лицензия 276
Логотип 274
Лодка тростниковая 35
Локатор 178
Локомотив 350,351,358
— «Локомоушен» № 1 351
— Стефенсона 92
Лонжерон 402
Лопата 13
Лот 388,389
Лук 28
Лука 65
«Луна-17» 187
Лунный автомобиль «Ровер» 188, 189
«Луноход-1» 187
«Луноход-2» 138
Магазин оружейный 498, 499
Магдебургские полушария 91
Магнит 249
Магнитная головка 466, 471
Магнитная подвеска 361, 363
Магнитное склонение 389
Магнитный диск 137
Магнитометр 167, 168, 186
Магнитоплан 361—363
Магниторазведка 167
Магнитотеллурическая разведка 168
Магнитофон 466
Магнитоэлектрическая машина 114, 115
Макет 258, 259, 265, 266, 267
Малый артиллерийский корабль «Слепень» 589
Марсоход «Соджорнер» 187, 192
Мартеновское производство 202, 203
Маскировка 535, 547
Масс-спектрометр 149
Мастер-модель 259
Материнская плата 294
«Машина атмосферного тепла» 252
Машина текстильная 89, 639
Машина Тьюринга 293, 295
Машина фон Неймана 292, 294
Маяк 390—391, 394
Маятник 625, 626
Международная космическая станция 193—195, 443
Межпланетная станция 186
— «Вояджер» 186
— «Пионер-10» 192
Мейнфрейм 290
Мельница 13, 225
— ветряная 231, 238
— ветряная Терона 54—55, 64—65
— водяная 53, 54, 64—65, 231
Металл 199—203, 210
Металлорежущий станок 257
Металлургия 33, 36, 41, 45, 63—64, 74—75, 118
Метеостанция 177
Метрология 260
Метрополитен 346, 347, 363—365
Механизация крыла 402, 407, 408
«Механическая нога» Кулибина 94
Механический канавокопатель 547
Микроавтобус 256, 309, 311, 318, 319
Микролит геометрический 29
Микрометр 260—261
Микроскоп 145—152
— автоэмиссионный 148—149
— атомно-силовой 151, 158
— магнитно-силовой 152
— оптический 85—86,145
— растровый 147—148
— туннельный 149—152,158
— электронный 146,147
Микросхема интегральная 127—128, 137, 151, 158, 195
Микрофон 615—618
Мина 545
— артиллерийская 515
— наземная 547—550
— судовая 222,593,607
— шестовая 587, 608
Мина
— «Вальмара-69» 549
— «Мерлин» 515
-МОН-50 549
— ОЗМ-72 549
— ПМН-2 549
— ПОМ-2 549
— ПОМЗ-2М 549
— ПФМ-1 549
— «Смельчак» 515
—ТМ-62 549
—У-МС-3 549
—SB33 549 —SB50 549
Минный заградитель
— «Амур» 593
— «Енисей» 593
Минный трал танковый 548
Миноискатель 544—545, 550
Миномёт 515—516, 519
— лёгкий 553
— реактивный 589
Миноноска 587
Многогранник 22
Модем 299, 302, 306
Модуль 299, 300
Молотилка 225
Монгольфьер 429
Монитор (корабль) 589
Монитор компьютерный 291
Монитор телевизионный 460
Мониторинг 182
Моноплан 400, 402, 404
Монорельсовая железная дорога 360
Мортира 98, 99, 515
Мост в компьютерных сетях 302
Мост одноарочный Кулибина 94
Мостоукладчик ТММ 545
Моторный вагон 357
Мотоцикл 340—346
— мини-мотоцикл 345
— мопед 345, 346
— «мофа» 345, 346
— универсал 345
— «эндуро» 345,346
Мотоцикл
— «Априлия» R* 125 341
— «Биомотор» CIAK 342
— «Бомбардир Грано Туринг« 344
— Даймлера 340 —Иж-1 343
— Иж-7 345
-Л-300 345
— «Минск-3.1121.1» 341
— «Промет-300» 345
— «Сузуки FA59 Воллет» 342
— «Урал М-63» 344
— «Харлей Дэвидсон Супер Клайд» FXT 345
— «Хонда JB250 Клабмен» 343
— «Хонда Nx650 Доминатор» 341
— «Хонда Голд Уинг» 343
— «Ямаха YES 200 Блейсет» 345
— BMW К 1100RS 344
— PGO «Комет» 342
Мотыга 13, 29, 30, 34, 36, 44, 45
Мощность двигателя 311
Мушкет 73, 89
Мышь 291
Навигация 388— 392
Наган 649
Наклёп 33 .
Нанотехника 157—162
Напалм 517
Насос 233, 235
Небесный глобус античный 62
Нейтрон 230, 231
Неолитическая революция 32
Нервюра 402
Нефтепровод 223
Низкоплан 427
Нипкова диск 123,463,468
«Ноу-хау» 276
Нуклеус 21, 22, 25
«Нуль-мотор» 252
«Нюрнбергские яйца» 82
Обогащение руды 200
Обшивка 402
Объектив 145,147,451,467
Огнемёт 516
-АТО-41 517
— РПО-А «Шмель» 517
Озонометр 178, 179
Окуляр 145, 147
Омнибус 346
Онагр 50
Оперативное запоминающее устройство 294—295
Операционная система 301
Орбитальная станция
— «Мир» 190— 191
— «Салют» 190, 197
— «Скайлэб» 442
Орга'н Ктесибия 51
Орудие
— ашеля 22—23
— верхнего палеолита 24—27
— медное 33, 38
— мезолита 27—29
— мустье 22—23
— неолита 29—32
— олдувая 21—22
— палеолита 20—27
Орудие
— безоткатное 518
— «Нона» 517, 522, 554
— огневой поддержки 519
— универсальное 516—517
Оружие 222, 245, 494
— бактериологическое 614
— массового поражения 609—614
— нательное многозарядное с электрозапалом 621
— токсинное 614
— химическое 600, 609, 610, 611
— ядерное 610—613
Основа 639
Остриё 24, 26
Острога 28
Остроконечник 24
Осциллограф 123, 145
Отбойник 21
Отжимник 23
Отклоняющая система 462, 465, 468
Отравляющие вещества 609—610, 611
Отщеп 22, 30
Палета 625, 626
Память компьютерная 292, 294, 295—297, 298
— долговременная 295
— постоянная 295, 297
— произвольного доступа см. Оперативное запоминающее устройство
Пантограф 346
Парашют 553
Пароатмосферный двигатель 90
Паровая машина 142, 225, 227, 229, 318, 330, 332, 333
— Ньюкомена 90
— Уатта 90
«Паровая машина» Герона 54—55
Паровая повозка Кюньо 92
Паровая турбина 227, 228, 229
Паровоз 351, 352, 353, 363
— серии О 354
— серии П36 354
— серии Э 354
Паровой молот Несмита 92
Паровой насос Севери 90
Паром 360
— самоходный 546
Пароход 367
— «Клермонт» Фултона 92, 96
Парусное вооружение 366
Патент 109, 227, 228, 259, 273— 277
Патерностер 630
Патрон 500
Патронник 499
Пентера 59
Пентод 122
Перископ 596
Периферия 291, 292
Перфорация 458
Печать
— высокая 283
— глубокая 284
— офсетная 285, 286—287
— трафаретная 285—286
— флексографическая 284
— цифровая 286
Пиксель 450. 461
Пила 42
— «Дружба» 216
Пиление 27
Пирамида 40, 42, 46
Пиролиз 214, 246
Пиротехника 487
Пирс 393
Пистолет 488
— бесшумный 621
— газовый 649
— лазерный 508
— перчатка 621
Пистолет
— «Глок-17» 488
— «Жасмин» 649
— ПМ 498
— СПП-1 623
— «Струя» 649
— Уэбли и Скотта 621
— 92SBF «Беретта» 488
Пистолет-пулемёт 489, 490, 509
— «Узи» 489
«Плавильник» Славянова 113
Плаз 259
Плазма 139. 242
Планёр 398
— Лилиенталя 277
Пластмасса 246
Плетение 28
Плотина 233, 234, 235
Плоттер см. Графопостроитель
Плуг 13, 36. 42. 44. 62- 63
Повозка-самокатка Кулибина 94
Подвеска 315, 327, 537
Подводная лодка 255. 392. 581. 582
— «Акула» 604
— «Бибер» 615
— «Голланд» 597
— «Давид» 595
— «Жимнот» 597
-К-21 598
— «Комсомолец» 602
— «Краб» 600
— «Ленинский комсомол» 601
-М-1 598
— «Маяле» 615
— «Минога» 597
— «Нарваль» 597
— «Наутилус» 594, 601
— «Огайо» 603, 604
— «Планжер» 597
— «Плонже» 595
— проекта 613 типа С 599
— проекта 627 601
— проекта 705 класса «Альфа» 602
— «Слип Бьюти» 615
— «Тёртл» 594, 595
— типа 209/1400 603
— типа С IX серии 598
— «Ханли» 596
— Шильдера 595
— U-2501 XXI серии 599
— USS «Аргонот» (SS-166) 600
Подводные аппараты «Мир» 170, 174
Подпруга 65
Подслушивающее устройство 615, 616,617
Подушка безопасности 323
Подъёмный кран 47, 317
Полезная модель 274, 276
Полибол 50
Полиграфическая триада 287
Полимер 160, 203, 210
Полный вес 315
Полувагон 359
Полупаром 546
Полупроводниковый прибор 127
Помпа водяная Ктесибия 51
Порох 73, 272, 276, 484, 487
Порт ввода-вывода 295
Порт корабельный 393—395
Предохранитель 499
Пресс
— винтовой 55
— давильный 46
Пресс-форма 259, 260
Прибор ночного видения 504
Прибор с зарядовой связью 186, 447, 467
Привод 328,439
Прикладная наука 144
Прикладная программа 300
Принтер 296
Прицел 502— 505,515
Программирование 301
Программное обеспечение 291
Проекция 257
Прокатный профиль 202
Прокатный стан 204, 205
Проколка 26, 27, 30
Промышленный образец 274—277
Пропеллер 402,408
«Простой гальванопластический аппарат» Якоби 211
Простые машины 47
Противогаз 609, 610
Противотанковый ракетный комплекс 494— 495
Противоторпедный комплекс РБУ-12000 585
Протокол взаимодействия 302
Процессор 292
Прялка 638,639
— «Дженни» 89—90
— «Мюлль-Дженни» 90
«Птичка Хоттабыча» 253—254
Пуансон 272
Пулемёт 553
— зенитный крупнокалиберный 493
— крупнокалиберный 492
— ручной 490
— станковый 492
Пулемёт — ДШКМ 493
— «Миниган» 510
— НСВ-12,7 492
— ПКМ (ПКМС) 492
— РПК-74 492
— ШКАС 509
Пульпа 200
Пуля 500
Путеукладчик 353
— ПТК 544
Пушка 513, 521
— гаубица 514—515
— многоствольная с «открытым» патронником 512
— револьверная 511
Пушка
— ГШ-23М510
— ШВАК 509
— MG-213C 511
— Т-171 «Вулкан» 510
— 2С5 «Гиацинт» 519
— 2С7 «Пион» 519
Пушка зенитная — В-47 578
— «Вулкан-Фаланкс» 585
-КС-18, КС-19 578
— С-60 578
— С-75 «Двина» 578
Пьезосканер 150
Пьезоэффект 166, 480
Рабочая станция 290
Рабочее тело 439
Радар 129
Радиатор 334
Радио 98, 118, 119,124— 125, 280, 392
Радиозонд 177, 179
Радиолокатор 128, 129, 130, 169, 178, 179, 180, 187, 394, 579, 580, 596
Радиолокационная система «Зоопарк-1» 523
Радионавигационная система 392
Радиопередатчик 275, 279, 460
Радиоприёмник 279—280
Радиотелескоп
— КРТ 197
— РТ-70 144
Радиоуглеродный метод 17
Разведывательная машина 508—509
Разведывательно-дозорная машина 539— 540
— БРДМ-2 539
— «Лукс» 539, 540
— «Рысь» 539
— «Салладин» 539
— «Фиат-6616» 539
— «Фокс» 539
— «Центауро» 540
— AMX-10R 539
— ЕЕ-9 «Каскавел» 540
Разрешающая способность телевизионного кадра 465
Ракета
— баллистическая 131, 140, 440, 523, 526, 582, 596
— зенитная управляемая 580
— крылатая 523, 525, 526, 582, 596, 604
— межконтинентальная 525, 580, 604, 606
— метеорологическая 180—181
— противокорабельная 585, 592, 604, 605, 606
— противотанковая 554
— управляемая 527, 554
Ракета
— «Базальт» 590
— «Вулкан» 605
— «Гарпун» 585
— ГИРД-09 141
— «Гранит» 585,605
— «Кинжал» 585
— КСШ 587
— «Мирак» 141
-П-15 592,605,606
-Р-7 141
— Р-24, Р-60, Р-73, Р-77 576
— «Регулус» 602
— «Репульсор» 141
— РСД-10 «Пионер» 525
— «Томагавк» 585, 605
— «Трайдент» 603
— «Ураган» 588
— «Фау-1» 128, 523, 562
— «Фау-2» 141, 523
— AIM-7M, AIM-9L, AIM-120 AMRAAM 576
— 9M96E 527
Ракета метеорологическая
— М-100Б 180, 181
— «Мера» 181
«Ракета», локомотив 351
Ракета-носитель 184, 188, 197, 440, 441—443
— Н1 442
— «Протон» 193, 441
— «Сатурн» 188—189,442
Ракетная пусковая установка 585, 586, 588
Ракетная техника 206, 209
Ракетный комплекс зенитный переносной 496
Ракетный комплекс 9К79 «Точка» 523
Ракетный снаряд неуправляемый 523
Ракетоторпедный комплекс «Раструб» 590
Рангоут 367 Растр 463
Растровый светофильтр 467
Реактор-размножитель 231
Револьвер 488, 509
— амфибия 623
— с лазерным целеуказанием АЕК-906 650
Револьверная головка 268
Регистровая вместимость 370
Редуктор Архимеда 48
Резец 25, 27, 30, 208, 221
Резонанс-трансформатор см. Трансформатор Теслы
Рейдер 594
Рекуперационное торможение 357
Рельс 346
Ремень безопасности 323
Ремизка 639, 640, 641
Ремонтно-эвакуационная машина БРЭМ-80у 547
Рентгеновская техника 105, ПО, 139, 145, 646
Реплики 148
Ретрансляция1 279, 460, 461
Речной трамвай см. Судно пассажирское «Москвич»
Ризограф 286
Рихтовочная машина 352
Ролкер 373— 375
Ротор 119,225,226
Роторно-конвейерная линия 270, 271— 273
Рубило кремнёвое 14, 22, 23
Рубильная машина 216,217
Рубка 596
Ружьё МП-35 «Панч» 651
Ружьё противотанковое 541
Руль высоты 402
Руль поворота 402
Салют 484
Самодвижущееся орудие 519
Самолёт 256, 259, 402— 403, 404
— вертикального взлёта 594
— десантный 550
Самолёт
-Ан-2 417, 420, 421
-Ан-10 421
— Ан-22 «Антей» 551
— Ан-24 412,417
— Ан-124 «Руслан» 551
-Ан-70 550
— Бе-200 423
— «Блерио» XI400
— «Боинг-314» 409
— «Боинг-377» 410
— «Боинг-707» 411, 412
— «Боинг-717» 413
— «Боинг-727» 412, 413
— «Боинг-737» 412, 413, 416
— «Боинг-747» 414
— «Боинг-757» 423
— «Боинг-767» 415, 416
— «Британния» 411
— «Вега» 407
— «Виккерс Вайкаунт» 411
— «Виккерс Вими» 401, 556
— «Вэнгард» 411
— «Геракл» 551
— « Депердюссен» 400
— И-4 140
— И-16, И-153 559
-Ил-2 561, 562
— Ил-12 420
— Ил-14 417, 420
— Ил-18 421,422
— Ил-62 422, 423
-Ил-76 551
— Ил-86, Ил-96 423
— Ил-96Т 420
-Ил-114 414
— «Илья Муромец» 404, 405, 557, 558
— «Конкорд» 413
-Ли-2 409, 416
— «Максим Горький» 405
— МиГ-17 564
-МиГ-21 564, 570
-МиГ-23 567, 570
-МиГ-29 570, 571
— «Мираж» 2000 568, 570, 571
— «Мираж» III 564, 568
— «Моран» N 556, 557
— «Ньюпор» XI, XVII 557
— «Орион» 407
-ПС-84 416
— «Русский витязь» 401, 404
— СБ 560, 561
-Су-27 569, 570, 571
— Су-30МК 570
-Су-34 570,571
— С-37 «Беркут» 576
— ТБ-1, ТБ-3 405, 560
— «Торнадо» F.3 567, 571
— Ту-16 405, 421
— Ту-95 421, 565
— Ту-104 98, 405, 421, 422
— Ту-114,Ту-134 421
— Ту-154, Ту-204 422, 423
— Ту-334 420
— «Фарман» VII 555
— «Харриер» 566
— «Хэндли Пейдж» V/1500 557
— «Хэндли Пейдж-0/400» 401 — Як-38 566
— Як-40 262
— АТР414
— А-4 565
— А-10 567
— А-300, А-310, А-319, А-320, А-321, А-340 414, 415, 416
— ВАС-111 412 -Bfl09 559
— Bfll0/Ju88 563
-В-2 574, 575
— В-17, В-25 562
-В-29 563,564
-В-52 565
— Са-41 558
— CV-240, CV-340, CV-440 410
— DC-3 408,416
— DC-4 409
— DC-6 409
— DC-7/7C 410
— DC-8 411,412
— DC-9 412,416
— DC-10 413,414 — DH84 407,408
— DH 106 410,411 -Do X 407
— El 556
— E-3 A 568
— F.VIIa 405, 406
— F-4 «Фантом» 564, 566, 570 —F13 401,404,406
— F-14 567, 571
— F-15, F-16 569, 570, 571
— F-22 574
— F.27 412
— F-60 «Голиаф» 401
— F-lll 567
— F-117 574,575
— He 111 560, 561, 562
— HS 748 412
— Ju 52/3m 407
— Ju87 561
— L-10A, L-14 409
— L-49, L-149, L-649, L-749, L-1649, L-1649 410
— L-188 411
— L-1011 414
— L2D 409
— MD-11, MD-81, MD-82, MD-87 413
— Me 163, Me 262 563
— P-3 «Орион» 568
— R.V1 558
— SAAB 340/2000 414
— SE 210 «Каравелла» 411, 412, 421
— SR-71 577 —U-2 577
— VC-10 412,421,422
— 4-AT 406
Самолёт-амфибия 404
Самонаведение 527, 528
Самосвал 315
Самоходная реактивная система 519
— «Град» 522
— «Катюша» 523
— «Смерч» 528
— «Ураган» 522
Самоходное артиллерийское орудие/установка 518—523
— ИСУ-122 520
-СУ-85 519
— «Фердинанд» 521
— «Ягдтигр» 521
— 2С4 «Тюльпан» 519
— 23-4 «Шилка» 522
Сверление 27
Световод 136
Светодиод 123
Свеча зажигания 330, 332
Свеча электрическая 105
Связь
— оптическая 136
— телеграфная 280, 281
— телефонная 280
— факсимильная 136
Сейсмограф 166
Сейсморазведка 164, 165, 166, 173
Секстант 390, 391, 392
Селерифер 337
Сельскохозяйственная техника 44
Сепаратор 227
Сепарация 200
Серп 30, 42
Сертификация 262, 323
Сеть глобальная
— Интернет 137, 152, 304, 305
— ARPAnet 304, 305
— Bitnet 305
— FIDO 305
Сеть локальная 301
Сигнализация флажная 278
Синхронизация 467
Синхротрон 155
Синхрофазотрон 155
Сканирование 463
Скег 3 82
Скобель 24
Скорострельность 509
Скребло 23, 24, 30
Скребок 25, 27
Снаряд артиллерийский 514—515, 534
Соленоид 161, 243
Сопло 439
Сотовый телефон см. Телефон мобильный
Соха 41
Сошка 489, 490
Спусковой механизм часов 625
Спутник 172, 175, 179, 183, 184, 190, 192, 461
— «Молния-1» 461
— «Ресурс Ф1М» 184
— «Экран» 461
— CRISTA 179
Спутниковая навигация 392
Спутниковая система связи «Орбита» 461
Стабилизатор 402
Стайлинг 259,264
«Стальной шторм» 512
Станок металлорежущий 258, 268—270
Статор 226
Стекло 46, 57, 206
Стелларатор 243, 244
Стиральная машина 634
Столярный инструмент 13
Стрела 28
Стрелково-гранатомётный комплекс «Гроза» 506
Стреляющие авторучка, карандаш, портсигар 621, 622
Стрингер 402
Стробоскоп 457
Строительные материалы 206—207
Строительство 44, 75—76
— каналов 13, 34
Судно 367— 370
— грузовое 372
— коноводное 380, 381
— морское 372— 380
— на воздушной подушке 382
— на подводных крыльях 384—385
— парусное 368
— пассажирское 368
— плоскодонное 382
— промысловое 375
— речное 380— 388
— рыболовное 375
Судно викингов 66, 67
Судно грузовое
— «Бахтемир» 383
— «Волго-Балт» 383
— «Капитан Смирнов» 376
— «Либерти» 374
— «Севморпуть» 376
Судно Дау 66, 67
Судно древнеримское 59
Судно египетское 58, 59
Судно на подводных крыльях
— «Антарес» 385
— «Восход-2» 384, 385
— «Джетфойл» 386
— «Колхида» 384
— «Комета» 384
— «Метеор» 384, 388
— «Ракета» 384, 388
— «Сокол» 384
— «Спарвьеро» 386
— «Тукункари» 386
— «Циклон» 385
Судно научное «Академик Мстислав Келдыш» 170
Судно парусное
— «Арк Ройял» 96
— «Катти Старк» 96
— «Падуя» 97
Судно пассажирское
— «Британия» 96
— «Валериан Куйбышев» 388
— «Великая княжна Ольга Николаевна» 381
— «Виссарион Белинский» 381
— «Володарский» 381
— «Вояджер оф зе Сиз» 374
— «Грейт Истери» 97
— «Грейт Уэстерн» 373
— «Каталония» 373
— «Куин Мэри» 372
— «Куин Элизабет» 372
— «Лузитания» 229, 373
— «Мавритания» 229
— «Москвич» 388
— «Нормандия» 372, 373
— «Отдых», «Отдых-1» 388
— «Роберт Е. Пири» 374
— «Сириус» 96, 97
— «Стар Флай ер» 373
— «Титаник» 100, 174
— «Фёдор Гладков» 381
— «Юнайтед Стейтс» 96, 372, 373
Судно экспериментальное «Турбиния» 229
Судно этрусское 59
Суперкортикон 465
Суппорт механический Модели 95
Сучкорезная машина 216, 217
Сцепление 327
Сцинтилляционный счётчик 169
Такелаж 367
Тандем 338
Танк 98, 528— 538
— БТ-2, БТ-5, БТ-7 529
— КВ-2 530
— «Конкерор» 533
— «Леклерк» 533, 534, 537, 538
— «Леопард-1», «Леопард-2» 533
-ОТ-26, ОТ-130 529
— «Паттон» 533
-ПТ-76 533,537
— «Самец» 529
— «Скорпион» 533
— Т-10 533
— Т-26, Т-27, Т-28 529
-Т-34 530,531
-Т-35, Т-37А, Т-38 529
-Т-40, Т-50 531
— Т-54, Т-54А, Т-55 533
— Т-60 531
— Т-62, Т-64, Т-72 533
-Т-80 536
— Т-80У 533, 534
— Т-90 536
— «Центурион» 533
— «Челленджер» 533
— «Чифтен» 533
— АМХ-13,АМХ-30 533
— FT 17 «Рено» 529
— Ikv91 533
— Ml «Абрамс» 533, 536
— М4АЗЕ8 «Шерман» 532
— М41 «Уолкер Бульдог» 533
— М60, М103, М551 «Шеридан» 533
— Mkll «Матильда» 532
— МкЗ «Меркава» 533, 535
— StrvlO3 533,534
— ТУ1«Тигр» 531
— TVA «Пантера» 531
Танк электрический АЕТ 507—508
Танк-тральщик 550
Танкер 224, 373,377,394
— «Великий» 383
— «Глюкауф» 377
— «Победа» 380
— «Сан-Мелито» 377
Телевидение 123,459— 470
— «высокой чёткости» 469
— кабельное 460
— механическое 463
— оптико-механическое 468
— цифровое 470
— электронное 462, 463, 465—468
Телевизор 148. 153. 459. 460. 465
Телеграф 98, 106, 108, 280. 281
— оптический 278—279
— электромагнитный 115
Телескоп 83—85, 138, 184. 185, 186 189, 197
— гамма-телескоп 187
— рентгеновский 187
Телескоп космический «Хаббл» 185
Телефон 98. 108— 109, 280
— мобильный 281
Теодолит 137
Тепловизор 168, 503, 504
Тепловоз 351,353,356
— серии ТЭ2 355
— серии ТЭП75 356
— серии 2ТЭ10Л 355
Тепловыделяющий элемент 231
Термит 517
Термография 126
Термометр 175. 177, 392
Термообработка 208
Термоэлемент 112,127
Термоядерный реактор 244. 245
— ИТЭР (ITER), международный экспериментальный 244
Термоядерный синтез 242
Тетрод 122
Ткацкий станок 639, 640. 641
Ткачество 28
Товарный знак 274
Токамак 243. 244. 245
Томограф 646, 647
Тонер 288
Топливный элемент 225, 226
Топор
— кремнёвый 14
— металлический 42
Тормоз 329
Торпеда 53— 38 606— 607
Торпедный аппарат 590. 598. 599, 600. 601. 602, 603
Торсатрон 244
Торсион 537
Торсионное орудие 49 Трак 537
Трактор 318— 319
— трелёвочный 215,217
Трактор
— К-701 «Кировец» 319 — MT3-83 319
-Т-40 AM 319
-Т-130 319
Трал минный 607—609
Тральщик «Взрыв» 593
Трамвай 346— 348
Транзистор 127
Трансатлантический лайнер 372, 373
Трансмиссия танка 536—537
«Трансрапид» 362, 363
Трансформатор 116, 120, 232
— Теслы 118—119
Траншейная машина БТМ 546, 547
Трекбол 291
Трелёвочно-погрузочная машина 218
Тримаран 369
Триммер 402
Триод 121, 122, 127
Триплер 338
Трицикл «Де Дион-Бутон» 340
Троллейбус 324, 348— 349
Троллейвоз 349
Туер 381
Туннель 359, 365
Туннельный эффект 150
Турбина 225— 230, 233, 235, 236, 241, 246
— Горлова 233, 236
Турбокомпрессор 328, 329
Ударно-спусковой механизм 499
Удила’ 70
Ультразвуковое исследование 647
Управляющий электрод 462
Усилитель руля 326, 327
Ускоритель заряженных частиц 145, 146, 152— 157, 159
Ускоритель «Тэватрон» 156
Уток 639,641
Фаза 118
Фазированная антенная решётка 129
Файл-сервер 291
Фальцевальная машина 289—290
Фантаскоп 457
Фаустпатрон 494, 541
Фейерверк 484—487
Ферма 190, 195, 197, 247
Флюгер 175
Фонарь самолётный 402
Фонограмма фильма 470—472
Фонограф 107
Форсунка 328
Фото-CD 479
Фотоаппарат 447—550
— «Киев-Вега» 448
— «Лейка 1А» 449
— «Тиссина» 618
— «Фотокор» 448
— MINOX ЕС 447, 618
Фоторезист 455
Фоторужьё 458
Фотоумножитель 126, 186
Фотоформа 289
Фотоэлектронный прибор 124—126
Фотоэлемент 127,463,470
Фрегат 594
Фреза 208, 221, 270
Фугас 548
Фуллерен 160, 161
Фундаментальные науки 144
Фуникулёр 349—350
Фургон 309,311,318,322
Фюзеляж 402
Халкотон 50
Харвестер 217,218
Хвостовое оперение 402
Хомут 41,42
Хронометр 82, 85, 391, 392
Цветоделение 287—289
Центроплан 402
Цеппелин 432
Циклотрон 155
Цистерна 360
Цифроаналоговый преобразователь 294, 298— 299
Цифровая музыкальная рабочая станция 484
Частотная модуляция 281
Часы 81— 83,624— 627
— Ктесибия 51
Челнок-самолёт 89
Червячная передача 55
«Чёрный ящик» (в кибернетике) 418
«Чёрный ящик» (магнитный регистратор) 299— 300
Чертёж 256— 257, 259, 260
Чоппер 22
Шаблон 101, 259
Шадуф 39, 44
Шар-зонд 177
Шасси 402,410
Шашка химическая 609
Швербот 369
Шина автомобильная 328—329, 337
Шина компьютерная 294, 295
Шлюз в компьютерных сетях 302
Шлюз космического аппарата 190
Шлюз судовой 234, 387
Шлюп 591
Шнорхель 596
Шпиль 381
Штамп 208, 221, 257, 259, 260, 267
Штангенциркуль 260—261
Шумопеленгатор 596
Щитки 402,407
Экранолёт 427—428
— «Иволга-2» 428
Экраноплан 427—428
— «Амфистар» 428
— «Волга-2» 427
— КМ 427
— «Орлёнок» 427
— серии СМ 427
— «Спасатель» 428
— «Стриж» 427
Экскаватор 317
Элеватор 393
Электрическая дуга 268
Электрическая сварка 113
Электрический генератор 98, 112, 114
— Якоби 120
Электрический ток 111
Электробус 336
Электровакуумный прибор 121—123
Электровоз 351, 356, 363
— серии ВЛ22м 357
— серии ВЛ60 355
— серии ЧС4 357
«Электрогефест» 113
Электрод 111
Электродвигатель 98, 114, 116—117, 118, 152
— двухфазный 116
— линейный 362
— синхронный переменного, тока 120
— трёхфазный 114
Электролиз 212, 246
Электролит 112
Электромагнит 153
Электромагнитная разведка 168
Электромагнитные ускорители 507
Электромобиль 324
Электромузыкальный инструмент 480— 482
Электроника 206
Электронная лампа 121
Электронная почта 137
Электронная пушка 147
Электронно-лучевая трубка 122,123, 125, 462, 464, 468
Электронно-оптический преобразователь 126, 502, 504
Электронный прибор 120—128
Электронный прожектор 462
Электронный синтезатор 482—484
Электропоезд 357
— серии ЭР2 357
— серии ЭР9П 357
— серии ЭР22 357
— серии ЭР200 358
— «Сокол» 358
— «Экспресс» 358
Электроразведка 168
Электросветовой индикаторный прибор 123— 124
Электростанция 225, 226, 254
— атомная 230— 231, 235, 237, 238, 240, 241
— ветряная 238—240
— геотермальная 240—241
— гидроаккумулирующая 234
— океанская 235—237
— приливная 233
— солнечная 225
— солнечная космическая 246—248
— тепловая 229— 230, 223, 235, 237, 238
Электротехника 111—120
Электрошокер 652
Элерон 158,402,407
Эллинг 432
Эманометр 169
Эндоскоп 619, 647
Эргономика 262, 265
Эскадренный миноносец
— «Арли Бёрк» 591
— «Батум» 587
— «Новик» 588
— «Современный» 590
— «Хэвок» 587
— «Эйлат» 606
Эскалатор 630 — 631
Эталонная модель ISO/OSI 303, 304
Эхолот 172, 389, 395
Ядерный заряд 138
Якорь 372
Ярмо 41, 42
Яхта 369
BIOS см. Память компьютерная постоянная
CD-плейер 478 CD-R 479
CD-ROM 137,292,295,478,479
DVD 479
Hi-End 477—478
Hi-Fi 471,473
MIDI 483
СОВЕТУЕМ ПРОЧИТАТЬ
Андреев И. Боевые самолёты. М.: Молодая гвардия, 1992. Болотин Д.Н. История советского
стрелкового оружия и патронов. Спб.: Полигон, 1995.
Бердянский В. М. Вечный двигатель — прежде и теперь. М.: Энергомашиздат, 1989.
Волгин А.Г. Фотография. Из практики любителя. М.: Планета, 1990.
Демидов В.Е. Пойманное пространство. М.: Знание, 1982. Ефимова О, Морозов В., Шафрин Ю.
Курс компьютерной технологии. Уч. пособие для старших классов по курсу «Информатика и
вычислительная техника»: В 2 т. М.: АВФ, 1998.
Жук А. Б. Стрелковое оружие: Справочник М.: Воениздат, 1992.
Катышев Г.И.. Михеев В. Р. Авиаконструктор Игорь Иванович Сикорский. М: Наука, 1989.
Кинг А., Шнайдер Б. Первая глобальная революция: Доклад Римского клуба. М.: Прогресс,
1991. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: В 2 кн. Пер. с англ. М.: Прогресс, 1992.
Мазинг Г.Ю. Ракета и орудие. М.: Издательство ДОСААФ, 1997.
Морской энциклопедический справочник В 2 т. Л.: Судостроение, 1986—1987.
Мураховский В.И., Федосеев С.Л. Оружие пехоты. М.: Арсенал-Пресс, 1997.
Никамин В.А. Парадоксы цифрового звучания. Спб.: Издательство «Лань», 1998.
ПК для «чайников». М.: Издательский дом «Вильямс», 1999. Синецкий Д. Видеокамера и
видеосъёмка. Самостоятельно от азов к мастерству. М.: Международное агентство «А.Д&Т.»,
1999.
Соболев Д. История самолёта. М.: РосПЭН, 1998. Современные танки: Справочник. М.:
Арсенал-Пресс, 1995.
Степаненко О.С. Персональный компьютер. Уч. курс. М..-Издательский дом «Вильямс», 1999.
Суворов А.Л. Микроскопия в науке и технике. М.: Наука, 1981.
Транковский СД. Книга о лазерах. М.: Детская литература, 1988.
Уманский СП. Космические орбиты. М.: Просвещение, 1996.
Форд Г. Моя жизнь, мои достижения. М.: Время, 1928. Фотография: Энциклопедический
справочник Минск Беларуская энцыклопедыя, 1992.
Шмелёв И. П. История танка. М.: Издательский дом «Техника молодёжи», 1996.
Электроника: Энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1991.
Энциклопедия современного вооружения и боевой техники. Спб.: Полигон, 1997.