Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 02

В школе вы справляетесь с подобными задачами без всяких компьютеров. Несложно, впрочем, составить и программу для подобных расчетов. Тогда нужно будет лишь подставлять исходные данные, и компьютер автоматически даст ответ.

А в былые времена, чтобы отслеживать подобные процессы в реальном масштабе времени, могли создать и вот такую аналоговую схему (см. рис.). Переменное сопротивление R1 представляло собой аналог первой трубы с краном, сопротивление R2 — второй. Течение постоянного тока заменяло течение воды, а заряд конденсатора С показывал объем воды в бассейне. Меняйте, как угодно, величины сопротивлений, и, замеряя величину напряжения на конденсаторе, вы всегда будет знать, сколько воды в бассейне.

Электрическая схема процессов, протекающих в бассейне, может выглядеть, например, так.

Конечно, мы взяли для примера наипростейшую задачу. И соответственно, аналоговая схема тоже получилась весьма простенькой. В настоящих аналоговых машинах схемы были куда сложнее. Но суть дела от этого не меняется, даже если речь заходит, скажем, о моделировании… ядерных взрывов.

Сейчас, как известно, реальные ядерные испытания ни одна из ведущих стран мира не проводит. Тем не менее, совершенствование ядерных и термоядерных устройств продолжается. А как проверить, по верному ли пути движутся ученые и конструкторы?

Обычно прибегают к моделированию взрывов на суперкомпьютерах. Но даже американцы, которые считают разработку суперкомпьютеров стратегическим направлением, понимают, что в основе любых расчетов в конечном счете должны лежать некие реальные данные. И тогда на помощь вычислительным машинам приходят аналоговые установки, которые позволяют моделировать если не весь ядерный взрыв целиком, то хотя бы отдельные его факторы.

Например, один из основных поражающих факторов ядерного взрыва — радиация или жесткое электромагнитное излучение. Казалось бы, смоделировать его довольно просто — всем известный рентгеновский аппарат является, между прочим, и источником радиации.

Однако в данном случае, чтобы дать реальную картину, источник излучения должен иметь мощность, сравнимую с ядерным взрывом. Такой рентгеновский излучатель и был создан в Национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) министерства энергетики США. Он получил полуофициальное название «Z-машина».

Центральное место в конструкции занимает разрядник особой конструкции. Два металлических кольца диаметром около 4 см соединены сотнями вольфрамовых нитей, каждая из которых много тоньше человеческого волоса. В строго определенный момент через эту паутину разряжаются 36 батарей мощных конденсаторов особой конструкции, способных выдерживать большую пиковую нагрузку — так называемых генераторов Маркса. Под действием тока в 26 млн. ампер вольфрамовые волоски мгновенно испаряются, а мощное магнитное поле разряда сжимает плазму в тонкий шнур и вытягивает вдоль оси цилиндра.

Происходит своего рода взрыв. Только продукты взрыва и ударная волна распространяются не в стороны, как обычно, а, напротив, происходит процесс имплозии (implosion), сжатия — своего рода как бы «взрыв вовнутрь».

При этом ионы разгоняются и сталкиваются друг с другом со скоростью несколько тысяч километров в секунду. Температура в центре устройства может превысить 1,5 млн. градусов, а в виде рентгеновского излучения выделяется примерно 1,6 мегаджоуля энергии. Примерно столько же выделяется при сгорания 40 г бензина.

На первый взгляд это немного. Но не забывайте, что вспышка длится всего около 50 наносекунд (50 миллиардных долей секунды), и в результате мощность рентгеновской вспышки составляет около 30 тераватт (в пике еще больше). А эта величина уже на порядок превышает суммарную мощность всех электростанций Земли.

Суперконденсатор, или генератор Маркса, внешне похож на прозрачную трубку (внешняя обкладка конденсатора), внутри которой расположен центральный электрод (внутренняя обкладка конденсатора).

Поэтому на Z-машине удается моделировать не только ядерные, но и термоядерные взрывы. Когда в фокус разряда поместили маленькую капсулу с дейтерием, в момент вспышки был зарегистрирован поток нейтронов, что говорит о протекании реакций термоядерного синтеза. Поэтому Национальное управление по ядерной безопасности США выделило 61,7 млн. долларов на совершенствование Z-машины. Пиковую мощность планируется повысить до 2,7 мегаджоулей, а количество экспериментов с 200 до 400 в год.

По материалам журнала Popular Science

РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…

«Жидкая» броня

Я слышал, что появилась броня из жидкости. Как это может быть? Известны ли подробности?

Виктор Самусенков,

г. Тула

Разведите крахмал в воде из расчета примерно половина на половину, и у вас получится своеобразный кисель. Вы можете мешать его чайной ложкой, но только медленно. Попробуйте приложить усилие — и ничего не выйдет: сил может не хватить. Примерно так работает и «жидкая» броня.

Впрочем, обо всем по порядку.

Еще недавно броневая защита была лишь двух типов. Во-первых, так называемая пассивная броня, которая существовала еще в древние времена. Удару меча, копья или стрелы противостояли щиты, панцири, кольчуги… Появление огнестрельного оружия, казалось, эпоху доспехов завершило, поскольку пуля пробивала любой панцирь.

Второе рождение брони состоялось лишь в начале XX века. На поле боя появились бронемашины, а затем — уже во второй половине прошлого столетия — все шире стали распространяться бронежилеты.

Более легкие сейчас делают из синтетических материалов. А те, что тяжелее, имеют еще специальные карманы, в которые вставляют пластинки из титана или специальной керамики. Именно они противостоят винтовочным или автоматным пулям, в то время как жилеты без вставок спасают лишь от пуль пистолетов.

Впрочем, не стоит думать, что под ударами скоростных и тяжелых пуль кевлар рвется. Нет, кевлар — его химическое название «полипарафениленфталамид» — в 4 раза прочнее стали. Так что скажем за него спасибо химикам во главе со Стефани Кволек, синтезировавшим этот материал в 60-х годах прошлого века. В наши дни в современных бронежилетах используют и более современный материал Zylon, созданный в Японии. Он еще легче и прочнее кевлара.

Тем не менее, все чаще легкие бронежилеты подводят полицейских и бойцов спецназа. И дело здесь не только в возросшей огневой мощи современного оружия, но в том, что иной раз пуля травмирует тело, хотя и не прорывает нитей синтетического волокна. Именно в таких случаях выручает броневая пластинка. Она к тому же распределяет приложенную силу на большую площадь, а то ведь от пуль на теле остаются гематомы.

Однако такие жилеты, как уже сказано, тяжелы (их вес достигает 15 кг), стесняют движения бойцов. Стало быть, их нужно улучшать.

Броня второго типа — так называемая активная — не просто принимает удар на себя, а отвечает ударом на удар. Основу ее составляют кумулятивные заряды, которые отличаются одной особенностью. Вся их взрывная мощь направлена обычно в одну сторону, а то и в одну точку. В итоге снаряд, попавший в танк или бронетранспортер, имеющий активную защиту, попросту отбрасывает направленный взрыв. Таким образом, сохраняются и экипаж, и сама машина.

И все бы замечательно, если б активная броня опять-таки не была громоздкой. Все важные узлы бронемашины приходится обвешивать сетками с шашками кумулятивной защиты. Кроме того, при любом взрыве не обойтись без отдачи. И если для танка это не имеет большого значения, поскольку многотонную махину с места отдачей не сдвинешь, то попробуйте представить себе, что станет с бойцом, если по его телу развесить пакеты с кумулятивными зарядами активной защиты. Нужно было искать иной выход из положения. И его нашли.

Еще лет двадцать тому назад специалисты начали эксперименты с так называемыми электро- и магнитореологическими жидкостями. В самом простом виде такая жидкость представляет собой взвесь металлического порошка в машинном масле. В обычном состоянии ее, как и наш экспериментальный «кисель», можно мешать ложкой. Но стоит поместить жидкость в магнитное поле, и смесь «загустевает» до твердости монолита.

Поначалу такие жидкости использовали, например, для создания автомобильных и бесступенчатых коробок передач. Но лет десять тому назад американским исследователям пришло в голову испытать подобные жидкости переменной вязкости для создания бронежилетов нового типа.