Юный техник, 2011 № 01 - [5]

Разновидность гиротронов многие видели своими глазами. Потому как современные мощные гиротроны для термоядерных исследований — это тоже генераторы СВЧ-волн. То есть, говоря попросту, сородичи обычных кухонных микроволновок. Только гиротроны способны генерировать на частотах 30 — 170 ГГц излучение мощностью до 1 МВт с КПД 40–50 %.

Огромная мощность требует и особой конструкции генераторов. Здесь используются и оригинальные цилиндрические резонаторы, и алмазные окна для выхода излучения, и высокоэффективные квазиоптические преобразователи, и системы рекуперации остаточной энергии электронного пучка…

Причем работы над совершенствованием конструкции, увеличением ее мощности еще не закончены. Экспериментально уже продемонстрирована возможность получения с помощью гиротронов еще большей мощности (1,5–2 МВт) и более высокого (60–70 %) КПД.

А для исследований импульсного теплового воздействия СВЧ-излучения на металлические конструкции разработан гиротрон, выдающий импульсы мощностью 10 МВт при длительности 1–2 мкс.

Схема гиротрона:

_{1 — выходное окно; 2 — спираль; 3 — электронная пушка; 4 — поверхность эмиттера; 5 — анод; 6 — соленоиды; 7 — окно управления; 8 — полость; 9 — коллектор.}

Еще одним важным направлением в применении гиротронов для управляемого термоядерного синтеза является исследование и разработка мегаваттных приборов с возможностью ступенчатой перестройки частоты. Использование таких гиротронов может существенно повысить эффективность систем термоядерных реакторов.

Сегодня, как уже сказано, большинство термоядерных установок в мире оснащены именно российскими гиротронами.

Публикацию подготовил И. ЗВЕРЕВ

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ Изобретенный ползать…

Многие секреты движения змей должны были выяснить ученые, прежде чем смогли создать по их образу и подобию первые образцы змееподобных роботов. В частности, исследования биоников из Технологического института Джорджии, помогли понять, как рептилиям удается передвигаться по поверхности, на которой не от чего оттолкнуться.

Известно, что для передвижения змея обязательно должна извиваться. Считалось, что при этом по телу рептилии пробегают своеобразные волны, которые и продвигают ее вперед, а по пути следования змеи отталкиваются от предметов, которые им встречаются — камни, ветки, небольшие бугорки на поверхности почвы.

Ученые также давно знают, что змеи быстрее всего передвигаются вперед, гораздо хуже умеют пятиться, но никто никогда не пытался определить, способны ли они скользить в сторону. И как рептилиям удается передвигаться по достаточно гладким поверхностям (песок, асфальт), тоже было известно немного. А потому профессор Дэвид Ху и его коллеги затеяли серию довольно опасных исследований, чтобы выяснить, есть ли у змеиной чешуи боковое трение. Для этого они спустили по наклонной поверхности десяток королевских змей Кэмпбелла. Сначала вперед головой, потом хвостом и, наконец, боком. В первой части эксперимента змеи скользили по грубой ткани, во второй — по менее шероховатому картону.

При этом выяснилось: на гладкой поверхности змеи двигались одинаково практически во всех направлениях. А вот ткань больше всего «тормозила» боковое движение. Физики использовали эти данные в своей математической модели. И «теоретическая» змея поползла по практически такой же траектории, что и настоящие змеи.

Однако при этом скорость ее передвижения оказалась ниже, чем у настоящих змей. Ученые пришли к выводу, что настоящие змеи ко всему прочему перераспределяют вес тела в зависимости от того, какие части тел трутся сильнее. Они снимают с этих частей нагрузку, а потому и продвигаются быстрее. После внесения соответствующих изменений в математическую модель «теоретическая» змея стала двигаться на треть быстрее.

Теоретические исследования имеет вполне реальное применение. Многие научные группы создают роботов-змей.

Так, например, доктор Гэвин Миллер начал свои разработки еще в 1987 году. Он изучал живых змей и создавал их компьютерные модели. В период с 1992 по 1999 год он разработал четыре варианта конструкций змееподобных роботов, на которых обратило внимание NASA, намереваясь использовать роботов-змей в инопланетных исследованиях.

При изучении движения змей исследователи использовали зеркальную поверхность. С помощью поляризованного света, просвечивающего сквозь желатин, ученые выяснили, где змея прикладывает наибольшие силы.

А недавно коллеги Миллера создали робота, который способен даже карабкаться на деревья, обвиваясь вокруг ствола.

Еще один робот-змея, который может двигаться практически по любой горизонтальной поверхности, был создан аспирантами Национального университета науки и оборонных технологий Китая. Длина робота-змеи 1,2 м, диаметр — 6 см, а вес — около 2 кг. Разработчики утверждают, что их механическая змея может ползать по земле или траве точно так же, как живая, развивая скорость до 20 метров в минуту.

Робот также умеет плавать. «Глазами» роботу служат видеокамеры, которые передают информацию об увиденном в кибернетический «мозг», который, как у настоящей змеи, расположен в голове.