Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени. Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: абак (счёты), логарифмическая линейка, арифмометр, компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счётов даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств уже давно превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

История вычислительной техники

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: абак (счёты), логарифмическая линейка, арифмометр, компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счётов даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств уже давно превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

Ранние приспособления и устройства для счёта

Человечество научилось пользоваться простейшими счётными приспособлениями тысячи лет назад. Наиболее востребованной оказалась необходимость определять количество предметов, используемых в меновой торговле. Одним из самых простых решений было использование весового эквивалента меняемого предмета, что не требовало точного пересчёта количества его составляющих. Для этих целей использовались простейшие балансирные весы, которые стали одним из первых устройств для количественного определения массы.
Принцип эквивалентности широко использовался и в другом простейшем счётном устройстве — абаке, или счётах. Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этого инструмента.

Сравнительно сложным приспособлением для счёта могли быть чётки, применяемые в практике многих религий. Верующий как на счётах отсчитывал на зёрнах чёток число произнесённых молитв, а при проходе полного круга чёток передвигал на отдельном хвостике особые зёрна-счётчики, означающие число отсчитанных кругов.
С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства выполнения расчётов. Антикитерский механизм, обнаруженный в начале XX века, который был найден на месте крушения античного судна, затонувшего примерно в 65 году до н. э. (по другим источникам в 80 или даже 87 году до н. э.), даже умел моделировать движение планет. Предположительно его использовали для календарных вычислений в религиозных целях, предсказания солнечных и лунных затмений, определения времени посева и сбора урожая и т. п. Вычисления выполнялись за счёт соединения более 30 бронзовых колёс и нескольких циферблатов; для вычисления лунных фаз использовалась дифференциальная передача, изобретение которой исследователи долгое время относили не ранее чем к XVI веку. Впрочем, с уходом античности навыки создания таких устройств были позабыты; потребовалось около полутора тысяч лет, чтобы люди вновь научились создавать похожие по сложности механизмы.

Необычные вычислители

Палочки Непера

Для умножения были предложены палочки Непера.

Изобретены шотландским математиком Джоном Непером (первым автором, предложившим логарифмы) и описаны им в трактате 1617 года.

Прибор Непера мог непосредственно прилагаться только к исполнению действия умножения. С гораздо меньшими удобствами производится при помощи этого прибора действие деления. Успех этого прибора, хотя едва ли вполне заслуженный, был так значителен, что в честь как самого прибора, так и его изобретателя писались даже хвалебные стихи.

Логарифмические линейки, таблицы и рисунки (номограммы)

Потребность в сложных расчётах в XVI веке быстро росла. Значительная часть трудностей была связана с умножением и делением многозначных чисел.

Это привело к появлению на протяжении кратчайшего времени (1614—1623 гг.) сразу четырёх новых типов вычислителей:

логарифмических таблиц,

логарифмических линеек,

механических арифмометров (скорее переоткрыты, ибо существовали в античности),

палочек Непера встреченных с восторгом, но вскоре — полностью заброшенных.

Позже уже в XIX веке на базе логарифмов и логарифмических линеек возникла и их графический аналог -

номограммы,

которые стали использоваться для вычисления самых разных функций.

Логарифмы и логарифмические таблицы

Определение логарифмов и таблицу их значений (для тригонометрических функций) впервые опубликовал в 1614 году шотландский математик Джон Непер.

Неперу пришла в голову идея: заменить трудоёмкое умножение на простое сложение, сопоставив с помощью специальных таблиц геометрическую и арифметическуюпрогрессии, при этом геометрическая будет исходной. Тогда и деление автоматически заменяется на неизмеримо более простое и надёжное вычитание.

Логарифмические таблицы, расширенные и уточнённые другими математиками, повсеместно использовались для научных и инженерных расчётов более трёх веков, пока не появились электронные калькуляторы и компьютеры.

Логарифмические линейки

Математик Эдмунд Уингейт[en] усовершенствовал «шкалу Гюнтера», введя две дополнительные шкалы. Одновременно (1622 год) свой вариант линейки, мало чем отличающийся от современного, опубликовал в трактате «Круги пропорций» Уильям Отред, который и считается автором первой логарифмической линейки. Сначала линейка Отреда была круговой, но в 1633 году было опубликовано, со ссылкой на Отреда, и описание прямоугольной линейки. Приоритет Отреда долгое время оспаривал Ричард Деламейн, который, вероятно, независимо реализовал ту же идею.

Дальнейшие усовершенствования сводились к появлению второй подвижной линейки-«движка» (Роберт Биссакер, 1654 и Сет Патридж, 1657), разметке обеих сторон линейки (тоже Биссакер), добавление двух «шкал Уингейта», отметке на шкалах часто используемых чисел (Томас Эверард, 1683). Бегунок появился в середине XIX века (А. Мангейм).

Логарифмические линейки использовались несколькими поколениями инженеров и других профессионалов, вплоть до появления карманных калькуляторов. Инженеры программы «Аполлон» отправили человека на Луну, выполнив на логарифмических линейках все вычисления, многие из которых требовали точности в 3—4 знака.

На базе логарифмических линеек созданы специализированные вычислители:

Артиллерийская линейка

Навигационная линейка

Линейка Дробышева

Офицерская линейка

Кардиологическая линейка

Навигационные расчетчики

Номограммы


Любой график функции можно использовать как простейший вычислитель. Для использования его нужна шкала, линейка (или частая координатная сетка), иногда — циркуль. Ещё реже — другие вспомогательные устройства. Результаты считываются визуально и записываются на бумагу. Для умножения и деления — достаточно нанести на бумагу логарифмическую шкалу рядом с обычной и использовать циркуль — получится вычислитель.

В принципе, логарифмическая линейка тоже позволяет ввести и рассчитывать самые разные функции. Но для этого нужно усложнять механику: добавлять дополнительные линейки и т. д. Главная же сложность — их нужно изготовлять, а механика в каждом случае может потребоваться разная. Поэтому разнообразие механических линеек довольно ограничено. Этого основного недостатка лишены номограммы -— графики функции от нескольких переменных со шкалами, позволяющее определять значения этих функций с помощью простых геометрических операций (например, прикладывания линейки) . Например, решать квадратное уравнение без применения формул. Для использования номограммы достаточно иметь её распечатку, линейку и максимум — циркуль, которые раньше были у любого инженера. Другим преимуществом номограмм — их двухмерность. Это позволяет строить сложные двухмерные шкалы, увеличивать точность, строить номограммы сложных функций, совмещать множество функций на одной номограмме, давать серию проекций трёхмерных функций и т. д. Разработка теории номографических построений началась в XIX веке. Первой была создана теория построения прямолинейных сетчатых номограмм французским математи.


Первые арифмометры

В 1623 году Вильгельм Шиккард придумал «Считающие часы» - первый арифмометр, умеющий выполнять четыре арифметических действия. Считающими часами устройство было названо потому, что, как и в настоящих часах, работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок. Это изобретение нашло практическое использование в руках друга Шиккарда, философа и астронома Иоганна Кеплера.

За этим последовали машины Блеза Паскаля («Паскалина», 1642 г.) и Готфрида Вильгельма Лейбница - арифмометр Лейбница.

Лейбниц также описывает двоичную систему счисления - один из ключевых принципов построения всех современных компьютеров. Однако, вплоть до 1940-х многие последующие разработки (включая машины Чарльза Бэббиджа и даже ЭНИАК 1945 года) были основаны на более сложной в реализации десятичной системе.

В 1820 году Шарль Ксавье Тома де Кольмар создано первое серийно выпускавшееся механическое счётное устройство - арифмометр Томаса, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. В основном, он был основан на работе Лейбница.

В 1845 году Израиль Штаффель [en] представил счётную машину, которая кроме четырёх арифметических действий могла бы извлечь квадратные корни. Арифмометры, считающие десятичные числа, использовались до 1970-х.

1804: появление перфокарт

В 1804 году Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Серия карт могла быть заменена, и смена узора не требовала изменений в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования.

В 1832 году Семен Корсаков применил перфорированные карты в конструкции разработанных им «интеллектуальных машин]», механических устройств для информационного поиска, являющихся прообразами современных баз данных и, в какой-то степени, — экспертных систем.

В 1838 году Чарльз Бэббидж перешёл от разработки Разностной машины к проектированию более сложной аналитической машины, принципы программирования которой напрямую восходят к перфокартам Жаккара.

В 1890 году Бюро Переписи США использовало перфокарты и механизмы сортировки (табуляторы), разработанные Германом Холлеритом, чтобы обработать поток данных десятилетней переписи, переданный под мандат в соответствии с Конституцией. Компания Холлерита в конечном счёте стала ядром IBM. Эта корпорация развила технологию перфокарт в мощный инструмент для обработки деловых данных и выпустила обширную линию специализированного оборудования для их записи. К 1950 году технология IBM стала вездесущей в промышленности и правительстве. Предупреждение, напечатанное на большинстве карт, «не сворачивать, не скручивать и не рвать», стало девизом послевоенной эры.

Во многих компьютерных решениях перфокарты использовались до (и после) конца 1970-х. Например, студенты инженерных и научных специальностей во многих университетах во всём мире могли отправить их программные команды в локальный компьютерный центр в форме набора карт, одна карта на программную строку, а затем должны были ждать очереди для обработки, компиляции и выполнения программы. Впоследствии, после распечатки любых результатов, отмеченных идентификатором заявителя, они помещались в выпускной лоток вне компьютерного центра. Во многих случаях эти результаты включали в себя исключительно распечатку сообщения об ошибке в синтаксисе программы, требуя другого цикла редактирование — компиляция — исполнение.


сворачивать, не скручивать и не рвать», стало девизом послевоенной эры.

Во многих компьютерных решениях перфокарты использовались до (и после) конца 1970-х. Например, студенты инженерных и научных специальностей во многих университетах во всём мире могли отправить их программные команды в локальный компьютерный центр в форме набора карт, одна карта на программную строку, а затем должны были ждать очереди для обработки, компиляции и выполнения программы. Впоследствии, после распечатки любых результатов, отмеченных идентификатором заявителя, они помещались в выпускной лоток вне компьютерного центра. Во многих случаях эти результаты включали в себя исключительно распечатку сообщения об ошибке в синтаксисе программы, требуя другого цикла редактирование — компиляция — исполнение.
Автор:Андрей Губин и Артём Баяндин

Техникум: Автоматика 

Группа: ПКС-11

Сверхтяжелые ракеты. Принцип действия. Особенности. Достоинства, недостатки. Обзор основных проектов США (Falcon Heavy, New Glenn), России (Энергия).

«Энергия» (индекс ГРАУ - 11К25) - советская ракета-носитель сверхтяжёлого класса, разработанная НПО «Энергия». Самая мощная из советских ракет-носителей и одна из самых мощных в мире, совместных с «Сатурном-5», «Н-1», «Спейс Шаттлом» и «Falcon Heavy».

Ракета-носитель являющаяся составной частью советской многоразовой транспортной космической системы (МТКС) «Энергия - Буран», но, в отличие от аналогичной американской МТКС «Спейс Шаттл», смоделированная для доставки грузов больших масс и габаритов в околоземное пространство, на Луну, планеты Солнечной системы, а также для пилотируемых полётов, ее создание связи с советскими планами широкого промышленного и военного освоения космоса.

Выполнена по двухступенчатой пакетной схеме с боковым расположением четырёх блоков первой ступени вокруг центральной блока второй ступени. Впервые в СССР использовалось криогенное горючее (водород на второй ступени). Полезная нагрузка устанавливается на боковой поверхности второй ступени. Конструктивные особенности: блочно-модульный принцип компоновки, позволяющий на основе блоков первой и второй ступеней создавать носители среднего и тяжёлого класса грузоподъёмностью от 10 до 200 т. Взаимодействие с планами использования «Энергии» для пилотируемых полётов на ракете применяемые методы повышения надёжности, живучести и безопасности, такие как 3- и 4-кратное дублирование важных систем и возможностей для полётов при отказе одного из двигателей на любом участке траектории.

Разработка

Была создана как универсальная перспективная ракета для выполнения различных задач:

носитель для МТКК «Буран»;

носитель для обеспечения пилотируемых и автоматических экспедиций на Луну и Марс;

для запуска орбитальных станций нового поколения;

для запуска сверхтяжёлых геостационарных спутниковых платформ;

для запуска тяжёлых военных грузов.

Работы по программе «Энергия-Буран» начались в 1976 году, сразу после закрытия программы Н-1; главный конструктором с 1982 года стал Б. И. Губанов.

Главным разработчиком ракеты являлось подмосковное НПО «Энергия» («Предприятие п / я В-2572»), производство осуществлялось на куйбышевском заводе «Прогресс». Главный разработчик системы управления - харьковское НПО «Электроприбор». Блоки ракеты доставлялись на специальном самолёте-транспортировщике ВМ-Т с аэродрома Безымянка на космодром Байконур (на аэродром «Юбилейный»), где в монтажно-испытательном корпусе (МИК) на площадке 112 (филиал завода «Прогресс» - «Предприятие п / я Р -6514 »[8]) осуществлялась сборка ракеты и подготовка к пуску.

Было выполнено лишь два пуска этого уникального комплекса:

15 мая 1987 г. с экспериментальной нагрузкой: спутник «Полюс» (массогабаритный макет «Скиф-ДМ», прототип орбитальной лазерной платформы, в другом источнике - 80-тонный макет боевого космического лазера), не выведен на орбиту из-за сбопа системы ориентации самого КА ;

15 ноября 1988 в составе комплекса МТКК «Буран».

В проведении пусков комплекса было задействовано большое количество представителей различных ракетно-космических предприятий СССР и войсковых частей.

Конструкция

Ракета выполнена по двухступенчатой пакетной схеме на базе блока «Ц» второй ступени в этих установках 4 кислородно-водородных маршевых двигателей РД-0120. Первую ступень составляют четыре боковых блока «А» с одним кислородно-керосиновым четырёхкамерным двигателем РД-170 в каждом. Блоки «А» унифицированы с первой ступенью ракеты-носителя среднего класса «Зенит». Двигатели, которые проходят через замкнутый цикл с дожиганием отработанного турбинного газа в основной камере сгорания. Полезный груз ракеты-носителя (орбитальный корабль или транспортный контейнер) при помощи узлов силовой связи крепится асимметрично на боковой поверхности центральной блока Ц.

Сборка ракеты на космодроме, ее транспортировка, установка на стартовый стол и запуск с помощью переходного стартово-стыковочного блока «Я», который представляет собой силовую конструкцию обеспечивающих механические, пневмогидравлические и электрические связи с пусковым устройством. Применение блока Я удаляет стыковку ракеты со стартовым комплексом в сложных метеоусловиях при воздействии ветра, дождя, снега и пыли. В предстартовом состоянии блок является нижней плитой на раке опирается, чтобы уничтожить ядерные блоки при старте. Блок Я после пуска ракеты остаётся на стартовом комплексе и может использоваться повторно.

Для реализации ресурса двигателей РД-170, рассчитанных на 10 полётов, предусматривалась система возвращения и многократного использования блоков А первой ступени. Система состояла из парашютов, ТТРД мягкой посадки и амортизирующих стоек, которые размещались в специальных контейнерах на поверхности блоков А, однако в ходе конструкторских работ выяснилось, что предложенная схема чрезмерно сложна, недостаточная надёжна и сопряжена с рядом нерешённых технических проблем. К началу лётных испытаний системы возвращения не была реализована, хотя на лётных экземплярах ракеты имелись контейнеры для парашютов и посадочных стоков в которых находилась измерительная аппаратура [14].

Центральный блок оснащён 4 кислородно-водородными двигателями РД-0120 и является несущей конструкцией. Используется боковое крепление груза и ускорителей. Работа двигателей первой ступени начиналась со старта и, в случае двух выполненных полётов, завершалась до момента достижения первой космической скорости [5]. Другим словами, на практике «Энергия» представляла собой не двух-, а также трехступенчатую ракету, так как вторая ступень в момент завершения работы придаёт полезную грузу только суборбитальную скорость (6 км / с), а доразгон осуществлялся либо дополнительным разгонным блоком (по сути, third ступенью ракеты), либо собственными двигателями полезного груза - как в случае с «Бураном»: его объединённая двигательная установка (ОДУ) помогать ему после разделения с носителем до первой космической скорости [15].

Стартовая масса «Энергии» - около 2400 тонн. Ракета (в варианте с 4 бок блоками) способна вывести на орбиту около 100 тонн полезного груза - в 5 раз больше, чем эксплуатируемый носитель «Протон». Также возможны, но не были испытаны, варианты компоновки с двумя («Энергия-М»), с шестью и с восемью («Вулкан») бок блоками, последний - с рекордной грузоподъёмностью до 200 тонн.

Проектировавшиеся варианты

В дополнение к базовому варианту ракеты проектировались 3 основные модификации, рассчитанные на вывод полезной нагрузки различной массы.

Энергия-М

«Энергия-М» (изделие 217ГК «Нейтрон») была наименьшей ракетой в семействе, с уменьшенной примерно в 3 раза грузоподъёмностью относительно РН «Энергия», то есть с грузоподъёмностью 30-35 тонн на НОО.

Число боковых блоков было уменьшено с 4 до 2, вместо 4 двигателей РД-0120 на центральном блоке был установлен только один. В 1989-1991 гг. проходила комплексные испытания, планировался запуск в 1994 году. Однако в 1993 году «Энергия-М» проиграла государственный конкурс (тендер) на создание новой тяжёлой ракеты-носителя; «первый проект состоялся 9 июля 2014 года». Полноразмерный, со всеми составляющими компонентами макет ракеты хранился на Байконуре.

Энергия II (Ураган)

«Энергия II» (также называемая «Ураган») проектировалась как полностью многоразовая. В отличие от основной модификации «Энергии», которая была частично многоразовой (как американский Спейс шаттл), конструкция «Урагана» позволила вернуть все элементы системы «Энергия» - «Буран», аналогично концепции Space Shuttle. Центральный блок «Урагана» должен был входить в атмосферу, планировать и садиться на обычный аэродром.

Вулкан (Геркулес)

Наиболее тяжёлая модификация: ее стартовая масса составляла 4747 т. Используя 8 боковых блоков и центральный блок «Энергии-М» в качестве последней ступени, ракета «Вулкан» (кстати, это название совпадало с упоминанием другой советской тяжёлой ракеты, разработка которой была отменена за несколько лет до этого) или «Геркулес» (что Согласие на участие в проекте. С помощью этой колоссальной ракеты планировалось выполнить наиболее грандиозные проекты: заселение Луны, строительство космических городов, пилотируемый полёт на Марс и т. д.

Закрытие программы

В начале 1990-х работы по программе «Энергия-Буран» были приостановлены. К моменту окончательного закрытия программы (1993) на космодроме «Байконур» в различной стадии готовности находились не менее пяти ракет-носителей «Энергия». Две из них в незаправленном состоянии до 2002 года хранились на космодроме Байконур и являлись собственностью Казахстана; были уничтожены 12 мая 2002 г. при обрушении крыши монтажно-испытательного корпуса на площадке 112. Три находились на различных стадиях строительства на стапелях НПО «Энергия» (ныне РКК «Энергия»), но после закрытия работ задел был уничтожен, уже изготовленные корпуса ракет либо разрезаны, либо выброшены на задний двор предприятия, где продолжают пребывать до сих пор.

Несмотря на прекращение эксплуатации этого носителя, технологии, разработанные для «Энергии», используются и в настоящее время: двигатель боковых блоков «Энергии» РД-170, самый мощный жидкостный двигатель в истории космонавтики, используется (под обозначением РД-171) на первой ступени ракеты-носителя «Зенит» (в том числе в проекте «Морской старт»), а двухкамерный двигатель РД-180 (фактически «половинка» РД-171), спроектированный на основе РД-171, — в американской ракете Атлас-5. Самый маленький вариант — однокамерный РД-191 — используется в новой перспективной российской ракете «Ангара». В двадцатую годовщину первого старта, 15 мая 2007 г., в средствах массовой информации[9] прозвучало мнение, что при наличии средств и задела современной российской космической промышленности потребовалось бы 5—6 лет для возрождения «Энергии».

20 августа 2012 года РКК «Энергия» заявила о желании участвовать в тендере на разработку ракеты-носителя тяжёлого класса, которая может занять 5—7 лет. Однако РКК «Энергия» заявку на участие в тендере не подала, его выиграл Российский Центр имени Хруничева.

В августе 2016 г. в СМИ появилась информация, что в госкорпорации «Роскосмос» приступили к проектированию новой ракеты сверхтяжёлого класса, создать которую планируется, используя задел программы «Энергия-Буран», в частности, двигатели РД-171. Однако в мае 2017 года в РКК «Энергия» заявили, что разработка нового сверхтяжа обойдется в 1,5 раза дешевле, чем прямое копирование РКН «Энергия».

Falcon Heavy

Falcon Heavy (букв. с англ. — «Тяжёлый „Сокол“») — американская ракета-носитель (РН) сверхтяжёлого класса с возможностью частично-повторного (кроме II ступени) использования, спроектированная и произведённая компанией SpaceX. Относится к семейству Falcon и является одной из крупнейших ракет-носителей в истории мирового космического ракетостроения. Разработана на основе РН Falcon 9 и использует существенно видоизменённую модификацию её первой ступени в качестве центрального блока (I ступени), а также модифицированные две дополнительные первые ступени Falcon 9 в качестве боковых ускорителей (так называемой «нулевой ступени»).

На момент первого запуска — самая грузоподъёмная, мощная и тяжёлая ракета-носитель из находящихся в эксплуатации. Также Falcon Heavy принадлежит абсолютный рекорд по числу маршевых двигателей (28, в том числе 27 одновременно работающих) среди успешно летавших ракет-носителей. С инженерной точки зрения несомненный интерес представляет то, что если Falcon Heavy успешно «наработает статистику [удачных] пусков» — это будет означать опровержение общепринятой среди специалистов-ракетчиков ещё с середины 1970-х гг. точки зрения, что добиться приемлемой надёжности «супермультидвигательной» РН технически невозможно — и, как следствие, переворот в технических концепциях создания тяжёлых и особенно сверхтяжёлых РН.

Первый тестовый запуск Falcon Heavy был успешно произведён 6 февраля 2018 года.

История создания

О разработке ракеты-носителя Falcon Heavy руководитель компании SpaceX Илон Маск заявил на пресс-конференции в Национальном пресс-клубе. в Вашингтоне, округ Колумбия, 5 апреля 2011 года. Первоначально был заявлен как дата первого пуска 2013 год (со стартовой площадки на базе ВВС США Ванденберг).

После аварии ракеты-носителя Falcon 9 в июне 2015 года приоритет работ над первым пуском Falcon Heavy, который планировался в конце года, был снижен в пользу ускорения возвращения к полётам ракеты Falcon 9, и перенесён сначала на весну 2016-го, а позже — на конец 2016 года. Изменена была и стартовая площадка для дебютного пуска — на LC-39A Космического центра имени Дж. Ф. Кеннеди во Флориде. На стартовом комплексе проводились работы по его переоборудованию для запусков Falcon Heavy.

Повреждение стартового комплекса SLC-40 при взрыве Falcon 9 в сентябре 2016 года вынудило компанию SpaceX к ускорению работ по вводу в действие комплекса LC-39A для переноса на него своих пусковых операций на Восточном побережье США. Завершение работ по адаптации стартового стола под пуски Falcon Heavy было отложено в пользу максимально скорого начала пусков ракеты Falcon 9 с этой стартовой площадки. После восстановления комплекса SLC-40, которое закончилось осенью 2017 года, пуски Falcon 9 были перенесены на него, позволив завершить подготовку комплекса LC-39A для дебютного пуска Falcon Heavy, который ожидался в начале 2018 года.

Хотя изначально Falcon Heavy была разработана для отправки людей в космос, включая миссии на Луну и на Марс, на февраль 2018 года запланированные пилотируемые полёты на ней не предусматриваются; взамен предполагается использовать ракету-носитель для отправки в космос массивных грузов, например таких, как тяжёлые искусственные спутники Земли и автоматические межпланетные станции.

Грузоподъёмность

После успешного первого запуска 6 февраля 2018 года стала крупнейшей используемой на данный момент ракетой-носителем, вдвое превосходя Delta IV Heavy по полезной нагрузке, которую может вывести на низкую опорную орбиту. Однако эта ракета-носитель не является крупнейшей в истории космонавтики, поскольку использовавшиеся ранее ракеты-носители «Сатурн-5» и «Энергия» могли нести полезную нагрузку до 141 и 105 тонн соответственно (также расчётную максимальную полезную нагрузку до 100 т имела советская РН Н-1/Н-1Ф, но все её пуски были безуспешны). Планируется, что в невозвращаемом варианте Falcon Heavy сможет доставлять до 63,8 т на низкую опорную орбиту, до 26,7 т на геопереходную орбиту, до 16,8 т — на отлётную траекторию к Марсу и до 3,5 т — на отлётную траекторию к Плутону (при современном или близком к таковому положении последнего на орбите). При условии возвращения на Землю и боковых ускорителей и первой ступени РН — на НОО Falcon Heavy сможет выводить полезную нагрузку массой примерно до 30 т и до 8 т — на ГПО при возвращении на Землю только боковых ускорителей — максимальная масса полезной нагрузки, выводимой Falcon Heavy на ГПО, вырастет до 16 т.

Стоимость запуска

Компания SpaceX заявляет, что стоимость одного запуска составляет 90 миллионов долларов США — при том, что стоимость пуска Delta IV Heavy составляет примерно 435 миллионов долларов. Впрочем, следует отметить, что стоимость пусков Falcon Heavy будет весьма существенно зависеть от выбора их конфигурации — с возвращением боковых ускорителей и I ступени, с возвращением только боковых ускорителей или же полностью в невозвращаемом варианте.

Анонсированная стоимость запуска Falcon Heavy несколько раз менялась. В 2011 году она составляла 80—125 млн долл. В 2012 году указывалась стоимость пуска 83 млн долл. при полезной нагрузке до 6,4 т на ГПО и 128 млн долл. для нагрузки более 6,4 т на ГПО, в 2013 году была указана стоимость соответственно 77,1 и 135 млн долл. С 2014 года на сайте компании указывалась только стоимость запуска с полезной нагрузкой до 6,4 т на ГПО, которая тогда составляла 85 млн долл., увеличившись до 90 млн долл. в 2015 году (для спутников массой до 8 т на ГПО).

Контракты

В мае 2012 года был подписан первый коммерческий контракт с компанией Intelsat на запуск её спутника связи ракетой-носителем Falcon Heavy. Из-за задержек с разработкой ракеты впоследствии запуск спутника Intelsat 35e был перенесён на ракету-носитель Falcon 9.

В декабре 2012 года ВВС США подписали контракт со SpaceX на запуск космических аппаратов по программе министерства обороны STP-2 (англ. Space Test Program; Космическая испытательная программа — 2) с помощью Falcon Heavy. Миссия подразумевает выведение двух основных аппаратов и множества второстепенных на различные орбиты и будет использоваться как часть сертификации ракеты-носителя для более важных правительственных оборонных заказов.

В июле 2014 года компания Inmarsat подписала соглашение на запуски 3 своих спутников ракетой Falcon Heavy. В связи с задержками, в декабре 2016 года запуск одного из этих спутников был отдан конкуренту SpaceX, компании Arianespace, для запуска на ракете-носителе «Ариан-5». Другой спутник, Inmarsat-5 F4, запущен ракетой Falcon 9.

В начале 2015 года компания ViaSat подписала соглашение на запуск с помощью Falcon Heavy спутника ViaSat-2, но в феврале 2016 года компанией было принято решение переместить запуск этого спутника на ракету «Ариан-5», для того чтобы остаться в рамках намеченного контрактными обязательствами расписания. Тем не менее, контракт со SpaceX был сохранён — на запуск одного из трёх спутников следующего поколения ViaSat-3 в 2019—2020 годах с опцией на запуск ещё одного.

В апреле 2015 года был подписан контракт с компанией ArabSat (англ. Arab Satellite Communications Organization) на запуск спутника Arabsat-6A.

В апреле 2016 года SpaceX объявила о планах запуска с помощью Falcon Heavy миссии Red Dragon для демонстрации технологии управляемой реактивной посадки на поверхность Марса. Изначально запуск намечался на 2018 год, позже был перенесён на 2020. Однако в середине июля 2017 года Илон Маск объявил на конференции ISSR&D в Вашингтоне, что SpaceX отказывается от проекта Red Dragon в связи с тем, что космические корабли Dragon следующих версий будут иметь парашютную систему посадки, причём на беспилотном варианте корабля Dragon двигателей SuperDraco не будет вообще.

27 февраля 2017 года компания SpaceX анонсировала план полёта пилотируемого корабля Dragon V2 с двумя частными пассажирами с выполнением облёта Луны и возвратом на Землю. Запуск был намечен на конец 2018 года ракетой-носителем Falcon Heavy. Однако в феврале 2018 года SpaceX отказалось от сертификации Falcon Heavy для пилотируемых полетов в пользу многоразовой системы BFR. Если разработка BFR затянется, то SpaceX вернётся к первоначальному плану с использованием Falcon Heavy. В любом случае, это решение означает, что частный пилотируемый облёт Луны отложен на несколько лет.

Конструкция

Falcon Heavy состоит из усиленной модификации первой ступени Falcon 9 в качестве центрального блока (первой ступени), двух дополнительных первых ступеней Falcon 9 в качестве боковых ускорителей (так называемая «нулевая ступень») и второй ступени. В СССР и России такие боковые ускорители классифицируются как первая ступень, а центральный блок — как, соответственно, вторая ступень; таким образом — по советской/российской классификации Falcon Heavy является не 2-, а 3-ступенчатой ракетой-носителем.

Боковые ускорители

Два ускорителя, выполненных на основе первой ступени Falcon 9, закрепляются по бокам первой ступени ракеты-носителя. На верхушке ускорителей размещён композитный защитный конус. Каждый ускоритель имеет по 9 жидкостных ракетных двигателей Merlin 1D, расположенных по схеме Octaweb, с одним центральным двигателем и остальными восемью, расположенными вокруг него.

Первая ступень

Первая ступень Falcon Heavy являет собой конструктивно усиленный центральный блок, выполненный на основе первой ступени ракеты-носителя Falcon 9 FT, модифицированный для закрепления двух боковых ускорителей. Оборудован девятью жидкостными ракетными двигателями Merlin 1D. Сверху расположен переходной отсек, вмещающий двигатель второй ступени и оборудованный механизмами расстыковки ступеней.

Суммарно 27 двигателей Мерлин 1D (центральный блок и боковые ускорители) создают тягу 22 819 кН на уровне моря и 24 681 кН в вакууме.

Falcon Heavy, как и Falcon 9, оснащена элементами системы многоразового использования для контролируемого возвращения и мягкой посадки как центрального блока, так и боковых ускорителей. Возврат ступеней снижает максимальную полезную нагрузку ракеты-носителя. В связи с тем, что первая ступень Falcon Heavy при расстыковке со второй ступенью будет обладать значительно большей скоростью и находиться намного дальше от стартовой площадки, в сравнении с первой ступенью Falcon 9, необходимость её возврата на посадочную площадку повлечёт значительное снижение массы выводимой нагрузки. Поэтому в высокоэнергетических запусках на геопереходную орбиту первая ступень Falcon Heavy будет осуществлять посадку на плавучую платформу. Боковые ускорители, напротив, будут иметь возможность возврата к месту старта и посадки на землю при подавляющем большинстве сценариев запуска. Для посадки боковых ускорителей Falcon Heavy на территории Посадочной зоны 1 планируется создать ещё две посадочные площадки.

Изначально планировалась возможность установки на Falcon Heavy уникальной системы перекрёстной подачи топлива, позволяющей двигателям центрального блока использовать топливо из боковых ускорителей в первые минуты после старта. Это давало бы возможность сохранить больше топлива в центральном блоке для более продолжительной его работы после отделения боковых ускорителей, и, как следствие, увеличить максимальную массу выводимой полезной нагрузки. Впоследствии приоритет этих работ был снижен из-за нежелания дополнительно усложнять конструкцию, а также из-за отсутствия на рынке спроса на столь тяжёлую полезную нагрузку. Разработка данной системы продолжается, её внедрение возможно в будущем. На начальном этапе будет использоваться схема, при которой сразу после запуска ракеты-носителя тяга двигателей центральной секции будет максимально снижена для экономии топлива. После отделения боковых ускорителей двигатели первой ступени будут снова включены на полную тягу. Подобную схему использует ракета-носитель Delta IV Heavy.

Вторая ступень

Вторая ступень РН Falcon Heavy аналогична используемой на ракете-носителе Falcon 9 и оснащена одним двигателем Merlin 1D Vacuum с номинальным временем работы 397 секунд и максимальной тягой в пустоте 934 кН. Конструкция двигателя позволяет запускать его многократно в течение полёта.

Стартовые площадки

По состоянию на 2017 год SpaceX готовит следующие стартовые комплексы для ракеты-носителя Falcon Heavy:

Космический центр Кеннеди (мыс Канаверал, Флорида, США) — LC-39A; арендуется у NASA. Ранее стартовый комплекс использовался для пусков ракет Сатурн-5 и системы Спейс Шаттл. В настоящее время стартовый комплекс используется для пусков Falcon 9 и Falcon Heavy, в дальнейшем планируется использовать его для пилотируемых запусков корабля Dragon V2, первый запуск намечен на 2018 год.

База ВВС США Ванденберг (Калифорния, США) — SLC-4E; арендуется у ВВС США. Ранее стартовый комплекс использовался для пуска ракет Титан-3 и Титан-4. В настоящее время используется для пусков Falcon 9 и модернизируется для пусков Falcon Heavy.

Посадочные площадки

В соответствии с объявленной стратегией возврата и повторного использования первой ступени Falcon 9 и Falcon Heavy, компания SpaceX заключила договор аренды на использование и переоборудование 2 площадок на Восточном и Западном побережьях США.

База ВВС США на мысе Канаверал — Посадочная зона 1 (бывший стартовый комплекс LC-13); арендуется у ВВС США.

База ВВС США Ванденберг — стартовый комплекс SLC-4W; арендуется у ВВС США.

Данные стартовые комплексы дооборудованы площадками для управляемого приземления как боковых ускорителей Falcon Heavy, так и первой ступени этой РН.

Кроме того, компания SpaceX владеет специально изготовленными для посадки первой ступени Falcon 9 плавучими платформами, которые в будущем могут использоваться и для посадки центрального блока (первой ступени) ракеты-носителя Falcon Heavy.

Первый запуск

В марте 2017 года было анонсировано, что при первом запуске ракеты-носителя, в качестве боковых ускорителей будут повторно использованы 2 первые ступени ракеты-носителя Falcon 9, возвращённые после предыдущих пусков. Во время дебютного полета планировалось возвращение боковых ускорителей к месту пуска и посадка их на Посадочной зоне 1, в то время как центральный блок (первая ступень) выполнит посадку на плавучей платформе Of Course I Still Love You[29].

Рассматривалась также возможность, что при дебютном пуске будут проведены испытания по возврату второй ступени ракеты-носителя.

В начале апреля 2017 года на испытательном предприятии SpaceX в Техасе был установлен для статичного прожига первый боковой ускоритель для дебютного пуска Falcon Heavy — восстановленная и модифицированная первая ступень B1023, севшая на плавучую платформу после запуска спутника Thaicom 8 в мае 2016 года.

В конце апреля его место на испытательном стенде занял новый центральный блок B 1033. 9 мая 2017 года компания SpaceX сообщила об успешном прожиге этой ступени.

Вторым боковым ускорителем для первого запуска стала ступень B1025, вернувшаяся на посадочную площадку после запуска SpaceX CRS-9 в июле 2016 года.

1 декабря 2017 года Илон Маск объявил, что в качестве полезной нагрузки для первого пуска ракеты-носителя Falcon Heavy будет использован его личный электромобиль Tesla Roadster, который планировалось вывести на орбиту в направлении Марса. Позже стали доступны фотографии автомобиля внутри головного обтекателя ракеты.

20 декабря были опубликованы фотографии ракеты-носителя, собранной в ангаре стартового комплекса LC-39A в Космическом центре Кеннеди.

28 декабря 2017 года Falcon Heavy была впервые установлена на стартовой площадке LC-39A, а 24 января 2018 года, спустя несколько недель задержек, одна из которых была связана с приостановкой работы правительства США , был осуществлён тестовый прожиг всех 27 двигателей Merlin 1D длительностью в 12 секунд.

Первый испытательный запуск Falcon Heavy был успешно произведён 6 февраля 2018 года в 20:45 UTC со стартовой площадки LC-39A в Космическом центре Кеннеди. После отстыковки два боковых ускорителя успешно приземлились на посадочных площадках на мысе Канаверал. Посадка центрального блока на плавучую платформу была неуспешной. Перед посадкой ступень не смогла воспламенить топливо тормозных двигателей, так как закончилась пирофорная смесь триэтилалюминия и триэтилборана (TEA-TEB), используемая в качестве жидкости для зажигания. Два двигателя из трёх не запустились для посадочного импульса и ступень упала примерно в 100 метрах от плавучей платформы, врезавшись в воду со скоростью ~ 130 м/с и повредив при этом два двигателя платформы.

В компании не планировали повторно запускать используемые в тестовом полёте центральный блок и ускорители. Боковые ускорители соответствовали спецификации Block 4, а центральный — Block 3. На данный момент SpaceX намерены повторно использовать только финальную версию Block 5. Следующий пуск Falcon Heavy будет осуществлен на трех ступенях Block 5. На последующей конференции Илон Маск заявил, что боковые ускорители в хорошем состоянии и могли бы слетать еще раз, кроме того он рад, что с ними вернулись титановые решетчатые рули, производство которых стоит очень дорого.

Спустя 8,5 минуты после старта ракеты-носителя, вторая ступень вывела электромобиль Tesla Roadster с манекеном внутри, одетым в космический костюм SpaceX, на околоземную орбиту. На 29-й минуте полёта второе, 30-секундное включение ступени подняло орбиту до 180 × 6951 км, наклонение 29°. Последнее, третье включение двигателя второй ступени выполнено через 6 часов после запуска, оно направило ступень с макетом полезной нагрузки на гелиоцентрическую орбиту с перигелием 0,99 а. е. и афелием 1,71 а. е. В июле 2018 года Tesla Roadster пересечёт орбиту Марса, а в ноябре достигнет максимального удаления от Солнца — 255 млн км, немного дальше орбиты Марса. Продолжительная работа второй ступени должна была продемонстрировать способность Falcon Heavy выполнять запуски с прямым выведением спутников на геостационарную орбиту. Сначала при вычислении параметров орбиты была допущена ошибка, однако через некоторое время астроном Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики уточнил параметры орбиты и подтвердил, что она совпадает с ранее запланированной, и Tesla Roadster не находится в путешествии к поясу астероидов.

Вместе с электромобилем на орбиту доставлен дисковый накопитель Arch 5D, высокоустойчивый к тяжёлым условиям открытого космоса, с собранием романов цикла «Основание» писателя-фантаста Айзека Азимова. Тексты были выгравированы лазером на особым образом структурированном кварцевом стекле, диск кратковременно выдерживает температуры до +1000 °С, а при +190 °С его срок годности составляет 13,8 млрд лет. При обычной комнатной температуре данные могут храниться практически до бесконечности. На пластине, изображающей логотип SpaceX, размещённой на адаптере полезной нагрузки, нанесены имена более 6000 сотрудников компании.

New Glenn

New Glenn — двух- или трехступенчатая тяжёлая орбитальная ракета-носитель, имеющая 7.0 м в диаметре, которую разработала компания Blue Origin. Первый запуск этой ракеты планируется произвести до 2020 года с мыса Канаверал.

Проектные работы над ней начались в 2012 году. Технические характеристики первой модели были обнародованы в сентябре 2016 года.

Первая ступень ракеты будет иметь семь двигателей BE-4, также разработанными и изготовленными компанией Blue Origin. Первая ступень многоразовая, как и предшествовавшая ей суборбитальная ракета-носитель New Shepard.

История

Уже через год после начала разработки орбитальной системы, Blue Origin объявила в сентябре 2015 года о существовании новой орбитальной ракеты-носителя. В январе 2016 года Blue Origin сообщила, что новая ракета будет во много раз больше, чем New Shepard, хотя это будет наименьшая из серии орбитальных аппаратов Blue Origin. В сентябре 2016 года был обнародован дизайн ракеты и объявлено её официальное название: New Glenn.

Ранние разработки орбитальных подсистем

Blue Origin начали разработку систем для орбитальных полётов человека ещё до 2012 года. Был проект многоразовой первой ступени ракеты-носителя, которая должна была лететь по суборбитальной траектории, взлетать вертикально, как ракетная ступень обычной многоступенчатой ракеты. Далее ступень отделялась, а верхние ступени продолжали выведение астронавтов на орбиту. При этом, первая ступень ракеты-носителя должна была выполнить вертикальную посадку как это делал суборбитальный агрегатный отсек New Shepard. Затем первая ступень ракеты-носителя должна была заправляться и снова использоваться, что позволило повысить надежность и снизить стоимость вывода человека в космическое пространство.

Ракетный ускоритель проектировался, чтобы выводить на орбиту разрабатываемые компанией Blue Origin биконические космические корабли с космонавтами и грузом. Дизайн корабля предусматривал также возврат на Землю в атмосферу Земли на парашютах, так чтобы впоследствии быть использованным снова в будущих миссиях на околоземной орбите.

Blue Origin смогли выполнить Общие системные требования к орбитальному космическому кораблю уже к маю 2012 года.

Сразу после этого начались испытания двигателя для ракеты-носителя многоразового корабля. Испытание тяги на полную мощность для двигателя верхней ступени BE-3, работающего на жидком кислороде и жидком водороде проводилось в НАСА в октябре 2012 года. Была успешно достигнута полная тяга 100,000 фунтов-силы (около 440 кн).

Ракета-носитель

Дальнейшие планы запуска орбитальной ракеты-носителя были объявлены в 2015 году. К марту 2016 года, название ракеты упомянули как «Very Big Brother.» было отмечено, что это будет двухступенчатая жидкостная ракета. Её конструкция предусматривала многоразовое использование. В январе 2016 года компания Blue Origin заявила, что они планировали объявить подробности о запуске корабля позже, в 2016 году. Тогда и прошла информация, что первый орбитальный запуск планировался со стартового комплекта во Флориде в 2020 году. Первая ступень будет оснащаться жидкостными двигателями[11] BE-4, использующими жидкий метан/жидкий кислород. Во второй ступени будет установлен двигатель BE-3, использующий смесь жидкий водород/жидкий кислород. Количество двигателей на ступенях в тот раз не было объявлено. Также ничего не было неизвестно о стартовой массе полезной нагрузки.

Blue Origin намерена запускать ракеты с комплекса LC-36, а сборка ракет будет происходить на новом заводе, расположенном рядом с комплексом, в Exploration Park. Испытания двигателей BE-4 также будут проводиться во Флориде.

В сентябре 2016 года, Blue Origin сообщила, что ракета будет называться New Glenn в честь первого американского астронавта вышедшего на земную орбиту Джона Гленна. Первая ступень, имеющая 7 метров в диаметре будет оснащаться двигателями BE-4 разработанными компанией Blue Origin. Первая ступень является многоразовой, с вертикальной посадкой, как и суборбитальная ракета-носитель New Shepard, которая предшествовала ей.

Описание и технические характеристики

New Glenn это двухступенчатая орбитальная ракета-носитель имеющая 7.0 метров (23 футов) в диаметре, с дополнительной третьей ступенью и возможностью повторного использования первой ступени.

Первая ступень будет оснащаться семью двигателями BE-4, работающими на смеси метан/кислород, также разработанными и изготовленными компанией Blue Origin. Первая ступень — многоразовая и приземляется вертикально, с технологией, ранее разработанной и испытанной в 2015—2016 годах на суборбитальных ракета-носителях New Shepard.

Вторая ступень будет иметь такой же диаметр и использовать один двигатель BE-4 с удлинённым соплом, предназначенном для работы в вакууме. Двигатель будет работать на таком же топливе и иметь тот же расход, что и двигатель первой ступени. Ожидается, что двухступенчатый вариант ракеты-носителя сможет выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой до 45 т, а на геопереходную орбиту — до 13 т.

Дополнительная третья ступень будет использовать один двигатель BE-3U, также оптимизированный для работы в вакууме, но работающий на смеси водород/кислород в качестве топлива. Этот двигатель также производится компанией Blue Origin и уже применялся на New Shepard, правда в версии, оптимизированной для работы на уровне моря.

Планы запусков

7 марта 2017 года компания Blue Origin объявила о подписании первого контракта на запуск коммерческого спутника компании Eutelsat, запуск предварительно запланирован на 2021-2022 годы. Днём позже был подписан второй контракт, на пять пусков ракеты New Glenn со спутниками OneWeb.

Конец

Авторы 

Тюнин Руслан

Яценко Ярослав 

Техникум автоматика 

группа ПКС-11

Мой проект посвящен разработке и созданию макета "Ганиметоход - бурильщик"

Здравствуйте, уважаемые эксперты! Меня зовут Фатхутдинов Данил. Представляю работу «Передвижной комплекс «Ганиметоход-бурильщик» с элементами бронирования.

Еще с начальной школы увлекаюсь техническим творчеством, астрономией. Мне нравится читать книги о космических путешествиях, приключениях, а также рассматривать в телескопе планеты, а ещё люблю собирать аппараты из конструктора.

Читая журнал «Кот Шрёдингера», напечатанный МГУ им. Ломоносова, обратил внимание на статью о «Покорении Вселенной». Там говорится о перспективных направлениях космической отрасли. Меня заинтересовал раздел «Есть ли жизнь подо льдом»? Особенно возникло много вопросов по запуску к Юпитеру космических комплексов «Лаплас» Первый комплекс нужен, чтобы наблюдать за спутником с орбиты, а второй для высадки прямо на поверхность Ганимеда, который расплавит лед и начнет искать местные бактерии.

Версия, что под слоем льда «плещется» жидкий океан, в котором теоретически могут обитать организмы- стала настоящим мотивом для создания собственной проектной работы.

Для плавки льда нужно большое количество энергии, а в условиях космоса- это большая проблема. Предлагаю свой вариант её решения- бурения льда при помощи комплекса «Космический бурильщик», в основе которого лежит вращение треугольника Рело. При вращении наружные резцы­­­­ будут выкрашивать лёд, а образовавшуюся массу будет выводить шнековый механизм. Заменив сложные буры (резцы), которые используются при прохождении горных пород, на более простые, достигаем уменьшения массы и возможности ремонта установки. Сломанные резцы смогут заменяться на новые автоматическим отстреливанием сломанного резец и выдвижением нового, который будет размещен в самом треугольнике. Бурение возможно с установки или автономно. Передвижение «Бурильщика» основано на вращении треугольника Рело для обеспечения лучшего прохождения комплекса на неровных поверхностях, заносов, небольших торосов. Сам комплекс изготовлен с применением «Технологии бронирования» (листы расположены под углом наклона 65-75 градусов). Корпус брони представляется набором элементов – шестигранников, имеющих грани неправильных плоских четырехугольников. С помощью такого несложного приема бронирования современных бронемашин снижается поражение от попадания мини метеоритов и других обломков, падающих на спутник Юпитера. Корпус покрыт солнечными панелями для выработки электрической энергии. На корпусе размещены топливные баки для работы комплекса. На Ганиметоходе установлены панорамные камеры и автономное программное обеспечение для навигации на случай задержки связи с Землёй. Благодаря этому Ганиметоход сможет без участия человека перемещаться с нулевым риском, а мы, откинувшись в кресле, просто будем ждать пока Ганиметоход найдет следы маленьких человечков или обитателей океана.

В работе рассматриваются вопросы применения данных антропометрии в космонавтике, а также анализируются антропометрические данные учащихся с точки зрения годности к полетам в космос

Секция 5 ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ

Исследовательский проект

Антропометрия в космосе

Исполнитель

ученица 8А класса лицея № 110

им. Л.К. Гришиной:

Сахапова Валерия

Руководитель: Чайковская

Светлана Геннадьевна

Тема «Антропометрия в космосе» является актуальной, так какантропометрические данные и описательные характеристики состояния тела используются в различных областях человеческой деятельности: спортивном контроле (анализ эффективности физических нагрузок); стандартизации (разработка правил и норм, организация рабочего места); клинической практике (выявление симптомов заболеваний,диагностика); космических исследованиях.

После серии биологических экспериментов по доставке животных в космос и возвращению на Землю отдельных из них приступили к созданию космического корабля, системы которого могли обеспечить жизнедеятельность человека в условиях полета на орбите спутника нашей планеты. Для этого потребовалось решать проблемы медико-биологического, конструкторского и полетного характера. 57 лет назад космонавт должен был быть опытным военным летчиком не выше 170 см и не старше 30 лет, обладать безупречным здоровьем и физической подготовкой на уровне мастера спорта. Что касается "компактности" космонавтов первого отряда, то она связана с небольшими размерами космического корабля "Восход-1". Ограничения по росту сохранились и сейчас, но в целом современные космонавты стали значительно выше. Самые жесткие требования выдвигаются к здоровью потенциальных космонавтов. Проблемы, которые на Земле кажутся несущественными, под воздействием жестких космических условий могут стать фатальными. Что касается уровня физической подготовки, то "космические" нормативы частично сопоставимы с нормативами ГТО для возрастной группы от 18 до 29 лет. Кандидатам нужно продемонстрировать выносливость, силу, скорость, ловкость и координацию.Как считают специалисты, в будущем — при разработке новых моделей космической техники — появится возможность уйти от жестких антропометрических рамок. Требования могут смягчиться уже после введения в эксплуатацию пятиместного космического корабля "Федерация".

Мой проект посвящен изучению использования 3D технологии в образовательных целях.

Мой проект посвящен изучению использования 3D технологии в образовании. Технологии 3D-печати позволяют превратить любое цифровое изображение в объёмный физический предмет, который можно воплотить в домашних условиях. Уже сегодня 3D технологии используются во многих сферах жизни: образование, медицина, производство, строительство и других. Помимо этого, 3D технологии являются одним из важнейших направлений автоматизации и проектирования в современном мире. Я заинтересовался как можно применять 3D технологии в образовательных целях, чем они могут быть полезны. И с какой пользой можно их использовать?

В наше время использование 3D-технологий в образовательных процессах позволяет разнообразить многие уроки, лекции, упрощая образовательный процесс. Они дают множество преимуществ учителям и ученикам. Делают процесс обучения более интересным и полезным.

В современном мире, все больше и больше, растет потребность в изучении иностранных языков, в основе - английского. Наш робот поможет изучать английский язык проще, чем по обычным способам.

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Направление: Естественнонаучное

Робот для изучения английского языка

Исполнители:

Сергиенко Дарья и Олейник Елена

Ученицы 8Б класса

Научные руководители:

Жефруа Любовь Владимировна

Учитель физики высшей категории

Филимонова Юлия Игоревна

Руководитель технического кружка

Екатеринбург, 2018

Содержание

I.Теоретическая часть5

1.Английский язык как язык международного общения5

2.Этапы распространения английского языка6

3.Память. Свойства памяти7

4. Виды и типы памяти8

5.Типы восприятия11

6. Варианты запоминания13

7. Виды роботов.14

8. Роботы для изучения английского языка16

Выводы17

II. Практическая часть18

1. Разработка электрической принципиальной схемы18

2. Проектирование печатной платы28

Заключительная часть31

Введение

Уровень языковой подготовки в начальной школе не всегда удовлетворяет современное общество. Мы предлагаем креативный способ выхода из такого положения: изучение иностранного языка посредством создания специального робота.

Важно, чтобы каждый ребенок чувствовал себя свободно и комфортно, принимал активное участие в изучении иностранного языка. К сожалению, на уроке дети выступают в роли послушных исполнителей воли педагога: они выполняют его указания и действуют по написанному им сценарию. И создается лишь иллюзия активности каждого ученика и вряд ли это способствует его творческому развитию. Если основной формой деятельности будет игровая, то процесс обучения будет более эффективной. Уже доказано, что в игровой форме усвоение материала происходит быстрее, но мы предлагаем не просто игру, а использование робота, что еще более заинтересует детей, да и взрослых не оставит равнодушными.

Проблема: Из-за индивидуальных особенностей развития восприятия у человека, не все способы изучения и запоминания информации являются 100% эффективными.

Актуальность: Английский язык становится все более и более популярным. С каждым днем спрос на его изучение возрастает. И каждый ищет для себя самый действенный способ усвоения новой информации, который подойдет именно ему.

Цель исследования: Найти самые подходящие варианты изучения английского языка с учетом разных типов восприятия информации и индивидуальных особенностей человеческой памяти. Определить все «подводные камни» представленных в работе методов.

Задачи исследования:

Изучить литературу по данной теме.

Изучить типы и виды человеческой памяти.

Изучить типы восприятия информации.

Найти различные методы изучения и запоминания новой информации.

Определить, какие методы запоминания больше подходят каждому виду памяти и типу восприятия информации.

Разработать новый способ запоминания информации, который поможет быстро и качественно учить английский язык.

Объект исследования: Лексика английского языка

Предмет исследования: Способы расширения словарного запаса

Гипотеза исследования: Для каждого человека можно подобрать определенный способ изучения английского языка с учетом индивидуальных особенностей его памяти и восприятия.

Методы исследования:

Теоретический;

Анализ;

Синтез;

Сравнение;

Практический;

Гипотеза: Создание робота для изучения английского языка повысит интерес к изучению иностранного (английского) языка

Теоретическая часть

Английский язык как язык международного общения

На сегодняшний день английский язык стал международным языком, он самый распространенный в мире. Более чем для 400 миллионов человек он является родным, для 300 миллионов он остается вторым языком, и еще 500 миллионов, в какой то мере, владеют английским.

Во многих странах английский занимает очень важное место как язык дипломатии, торговли и бизнеса. Мировые финансовые фонды и биржи работают на английском языке

Английский — самый популярный иностранный язык в школах. Самые престижные вузы мира — англоязычные. Знание английского дает возможность получить хорошее образование и построить успешную карьер. Масштабные путешествия англичан на протяжении двух веков принесли свои плоды. В XXI веке английский — язык путешествий. В какую бы страну вы не попали, на английском вас везде поймут.

Английский стал языком XXI века — века технического прогресса и информационных технологи. Сегодня все инструкции и программы для новых гаджетов пишутся на английском. Английский стал языком молодежной культуры. Американские актеры, актрисы, музыканты были и остаются кумирами не одного поколения людей.

В дополнение ко всему вышесказанному, английский язык красивый, мелодичный и легкий в изучении. Английский обладает одним из самых богатых словарных запасов в мире, но при этом в нем не сложная грамматика. Слова сами притягиваются друг к другу, образуя лаконичные и понятные предложения. Международный язык должен быть простым и всем понятным. Возможно, нам очень повезло, что именно такой несложный язык объединил мир.

Этапы распространения английского языка

Можно выделить несколько этапов распространения английского языка с 1600 года до нынешнего времени.

В период с 1350 по 1600 год, в течение 250 лет, на том варианте английского языка, который более всего соответствует настоящему, говорили только в Англии, и число говорящих не превышало семи миллионов человек.

Затем, между 1600 и 1750 годами, с установлением британских колоний, началось постепенное распространение английского языка за пределами страны. В этот промежуток времени покинувшие страну носители языка считали себя выходцами из Великобритании, живущими за рубежом. Это время условно можно обозначить как первый этап в истории глобализации английского языка.

В течение следующего периода, длившегося до начала XX века, на распространение английского языка повлияли три основных фактора. Во-первых, увеличение числа жителей в англо-говорящих поселениях привело к образованию государств, с собственными правительствами, ставших независимыми, что вскоре начало отражаться на английском языке, используемом в этих странах. Во-вторых, получение независимости американской и австралийской колониями в значительной степени обусловило образование вариантов английского языка. В-третьих, в силу стабильности и процветания новых поселений, колоний, государств возникла необходимость в изучении английского языка не англо-говорящими жителями: местными иммигрантами (индусами и мусульманами в Индии, голландцами, испанцами и французами, прибывшими из Европы в Америку). С 1900 года начался третий этап в распространении английского языка. С этого времени в колониях местные жители могли получать образование на английском языке, а в США, Канаде, Австралии иммигрантам была предоставлена возможность изучать английский язык на специальных курсах.

Сегодняшний этап распространения английского языка характеризуется тем, что английский язык уже прочно укоренился и в странах, которые не имели никаких связей с Британской империей. Он изучается в качестве иностранного языка в странах Европы, начиная со школы.

Память. Свойства памяти

Память - это интегрированное психическое отражение прошлого взаимодействия человека с действительностью, информационный фонд его жизнедеятельности. Память лежит в основе способностей человека, является условием научного приобретения знаний, формирования умений и навыков.

Основные свойства памяти:

Ёмкость (объем) - пространственная характеристика памяти, определяемая предельно возможным количеством информации, сохраняемая памятью;

Скорость запоминания - это временная характеристика памяти, заключающаяся в быстроте усвоения и закрепления в памяти поступающей информации;

Длительность хранения - это временная характеристика памяти, определяемая периодом от поступления информации в память до её исчезновения или значительного искажения, изменяющего суть соответствующих сведений;

Точность воспроизведения - это информационная характеристика памяти, отражающая степень безошибочности воспроизведения информации и характеризуемая степенью различия между исходно поступившей в память информацией и её аналогом при воспроизведении;

Скорость воспроизведения - это временная характеристика памяти, обусловленная быстротой извлечения нужной информации из памяти;

Помехоустойчивость - это энергетическая характеристика памяти, заключающаяся в способности памяти противостоять воздействиям, побочным по отношению к её работе с актуально значимым мнемическим материалом и препятствующим его полноценному запоминанию, хранению или воспроизведению.

4. Виды и типы памяти

Человеческая память может быть классифицирована по нескольким основаниям.

1. Время хранения материала:

мгновенная (иконическая) – благодаря этой памяти в течение 0,1–0,5 с удерживается полная и точная картина того, что только восприняли органы чувств, при этом не производится никакой обработки полученной информации;

кратковременная (КП) – способна сохранять информацию короткий промежуток времени и в ограниченном объеме. Как правило, у большинства людей объем КП равен 7 ± 2 единицам. В КП фиксируется лишь наиболее значимая информация, обобщенный образ.

оперативная (ОП) – функционирует в течение заранее определенного времени (от нескольких секунд до нескольких дней) в зависимости от той задачи, которую необходимо решить, после чего информация может быть стерта;

долговременная (ДП) – информация сохраняется на неопределенно долгий срок. В ДП содержится тот материал, который практически здоровый человек должен вспомнить в любой момент времени: свое имя, отчество, фамилию, место рождения, столицу Родины и т. п.

У человека ДП и КП неразрывно связаны. Прежде чем материал поступает на хранение в ДП, он должен быть обработан в КП, что позволяет защитить мозг от перегрузки и длительно сохранять именно жизненно важную информацию.

генетическая память стала выделяться исследователями сравнительно недавно. Это информация, сохраняющаяся в генотипе и передающаяся по наследству, не поддающаяся влиянию обучения и воспитания.

2. Ведущая роль того или иного анализатора:

двигательная – запоминаются и воспроизводятся двигательные реакции, поэтому на ее основе формируются основные двигательные навыки (ходьба, письмо, спорт, танцы, труд). Это один из самых онтогенетически ранних видов памяти;

эмоциональная – запоминание определенного эмоционального состояния и его воспроизведение при повторении ситуации, когда оно возникло в первый раз. Этот вид памяти также возникает у ребенка очень рано, согласно современным исследованиям уже на первом году жизни, хорошо развит у детей дошкольного возраста.

Характеризуется следующими особенностями:

а) особая прочность;

б) быстрое формирование;

в) непроизвольность воспроизведения;

зрительная – преобладает сохранение и воспроизведение зрительных образов. У многих людей именно этот вид памяти является ведущим. Иногда зрительные образы воспроизводятся настолько точно, что напоминают фотографический снимок. О таких людях говорят, что у них эйдетическая память (эйдос – образ), т. е. память, обладающая фотографической точностью.

Эйдетическая память у многих людей хорошо развита в дошкольном возрасте, но у отдельных лиц (чаще это люди искусства) она сохраняется на протяжении всей жизни. Например, В. А. Моцарт, С. В. Рахманинов, М. А. Балакирев могли запомнить и воспроизвести на инструменте сложное музыкальное произведение после всего лишь одного восприятия;

слуховая – способствует хорошему запоминанию и воспроизведению самых разнообразных звуков. Особенно хорошо развита у музыкантов, акустиков и т. п. Как особую разновидность этого вида выделяют словесно-логическую память – это чисто человеческий вид памяти, благодаря которой мы можем быстро и точно запоминать логику рассуждений, последовательность событий и т. п.;

обонятельная – хорошо запоминаются и воспроизводятся запахи;

вкусовая – преобладание в процессах памяти вкусового анализатора;

осязательная – хорошо запоминается и воспроизводится то, что человек смог ощупать, к чему прикоснулся руками и т. п.

Последние три вида памяти не являются для человека столь значимыми, как ранее перечисленные, однако их важность резко возрастает, если функционирование какого-либо из основных анализаторов нарушается, например, когда человек теряет зрение или слух (известно много случаев, когда слепые люди становились отличными музыкантами).

Существует целый ряд профессий, где именно эти виды памяти являются востребованными. Например, дегустаторы должны обладать хорошей вкусовой памятью, парфюмеры – обонятельной. Очень редко бывает, когда у человека преобладает какой-либо один вид памяти. Гораздо чаще в качестве ведущей выступает зрительно-слуховая память, зрительно-двигательная, двигательно-слуховая. Помимо приведенных классификаций память может различаться по таким параметрам, как скорость, длительность, прочность, точность и объем запоминания. Многообразие видов памяти позволяет достигать успеха в различных видах деятельности

Типы памяти:

Наглядно-образная. Благодаря наглядно-образной памяти мы хорошо запоминаем лица, звуки, предметы, их цвет, т.е всё что мы видим.

Словесно-логическая. Словесно-логическая память помогает нам запоминать такие абстрактные понятия, как формулы, схем, термины и т.п

Эмоциональная. Эмоциональная память лучше всего сохраняет пережитые чувства.

5.Типы восприятия

Одна и та же информация, полученная каким-либо определенным способом, воспринимается каждым человеком по-разному. Кто-то после минутного прочтения одной из страниц книги может без труда пересказать ее содержание, другой же не запомнит практически ничего. А вот если такому человеку прочитать тот же текст вслух, он с легкостью воспроизведет в памяти услышанное. Такие различия определяют особенности восприятия информации людьми, каждые из которых присущи определенному типу. Всего их четыре:

Визуалы

Аудиалы

Кинестетики

Дискреты

Зачастую очень важно знать, какой тип восприятия информации является для человека доминирующим и чем он характеризуется. Это значительно улучшает взаимопонимание между людьми, дает возможность максимально быстро и полно донести нужные сведения до своего собеседника.

Визуалы

Это люди, для которых главным органом чувств в процессе познания окружающего мира и восприятия информации является зрение. Они прекрасно запоминают новый материал, если видят его в виде текста, картинок, схем и графиков. В речи визуалов часто встречаются слова, так или иначе связанные с характеристикой объектов по их внешним признакам, самой функцией зрения («посмотрим», «светло», «яркий», «будет видно», «мне кажется»). Такие люди говорят обычно громко, быстро, активно жестикулируют при этом. Визуалы большое внимание уделяют своей внешности, окружающей обстановке

2) Аудиалы

Для аудиалов гораздо проще усвоить то, что они один раз услышали, а не сто раз увидели. Особенности восприятия информации такими людьми заключаются в их умении слушать и хорошо запоминать сказанное как в разговоре с коллегами или родственниками, так и на лекции в институте или на рабочем семинаре. Аудиалы имеют большой словарный запас, с ними приятно общаться. Такие люди умеют прекрасно убеждать собеседника в разговоре с ним. Активному времяпровождению предпочитают спокойные занятия, любят слушать музыку.

3) Кинестетки.

Осязание, обоняние и вкус играют важную роль в процессе восприятия информации кинестетиками. Они стремятся потрогать, ощупать, попробовать предмет на вкус. Значима для кинестетиков и двигательная активность. В речи таких людей часто встречаются слова, описывающие ощущения («мягкий», «по моим ощущениям», «хватать»). Для ребенка-кинестетика необходим телесный контакт с близкими людьми. Для него важны объятия и поцелуи, удобная одежда, мягкая и чистая постель.

4) Дескреты.

Способы восприятия информации напрямую связаны с органами чувств человека. Основная масса людей получает знания при помощи зрения, слуха, осязания, обоняния и вкуса. Однако типы восприятия информации включают в себя и тот, который связан в первую очередь с мышлением. Людей, воспринимающих окружающий мир подобным образом, называют дискретами. Их довольно мало, причем встречаются они только среди взрослых, так как у детей логика развита недостаточно. В молодом возрасте основные способы восприятия информации дискретами – визуальный и аудиальный. И лишь с возрастом они начинают активно размышлять об увиденном и услышанном, открывая при этом для себя новые знания.

6. Варианты запоминания

Мозг человека — уникальный механизм, в котором хранится огромное количество загадок и тайн. Одной из главных функций мозга является способность запоминать вещи, события, образы.

Ученые выделяют три способа запоминания: механический, логический и мнемонический. Разберем подробно каждый из них.

Итак, вот три способа запоминания:

1) Механический

Начнем с механического. Итак, механический способ запоминания — это заучивание наизусть. Выучив что-то, некоторые люди запоминают надолго, а некоторые нет. Механизм работы понятен и много раз испытан. Он вызывает тягостное состояние и неприязнь к предмету, который надо запомнить.

2) Логический

Логический метод встречается очень часто. Он основан на том, что запоминая нужный материал, мы ищем в нем связи с теми знаниями, которые мы уже имеем в запасе. Этот метод зависит от того, насколько хорошо ты понимаешь запоминаемый материал. Он подразделяет несколько способов запоминания:

смысловые опорные пункты — полезен при обработке большого количества материала. В тексте выделяются главные мысли, и уже, отталкиваясь от них, мы можем воспроизводить в памяти нужные детали.

отсечение главного — мы выделяем не главные, а второстепенные пункты, а, обдумывая их, мы можем прийти к главной мысли нужной нам темы.

мнемонический.

Самым интересным способом запоминания является мнемонический. При запоминании мы переводим информацию в образы, которые гораздо легче запомнить. Например, после разговора с человеком через некоторое время вы сможете вспомнить, как он выглядел, во что был одет, какая была погода, время дня и т.д.

7. Виды роботов.

В настоящее время существуют несколько видов роботов:

промышленные

строительные

сельскохозяйственные

транспортные

бытовые

боевые

охранные

исследовательские

Промышленные роботы предназначены для автоматизации всевозможных технологических операций (например, сварка, штамповка, металлообработка, сборка готовых изделий и т.д.) на производстве какой либо продукции. Применяются практически во всех отраслях промышленности (машиностроение, приборостроение, нефтехимическая, металлургическая, атомная, автомобильная, авиационная и др.).

Строительные роботы позволяют аналогичным образом автоматизировать огромное количество различных операций, выполняемых в процессе ремонта помещений или строительства новых объектов. Учитывая мировые объемы строительства и неуклонный рост населения планеты, роботизация строительства сейчас весьма актуальна.

Сельскохозяйственные роботы предназначены для выполнения трудоемких и монотонных процессов в сельском хозяйстве. В настоящее время ведется интенсивная разработка таких роботов, и даже есть примеры их использования, например, в Японии.

Транспортные роботы используются, как следует из наименования для автоматического перемещения грузов, либо автономного управления различными транспортными средствами. Транспортными роботами являются самоходные тележки, автопилоты и т.д.

Бытовые роботы применяется в быту и офисах. Ярким примером бытовой автоматизированной машины является набравший приличную популярность робот-пылесос. К бытовым роботам также можно отнести коммуникативных роботов, обеспечивающих эффект присутствия удаленных друг от друга людей, либо способных самостоятельно вести диалог с человеком, и, конечно, многочисленные робоигрушки, предназначенные для развлечений и образовательных в области робототехники целей. В перспективе ожидается появление и более функциональных систем, умеющих выполнять более сложные домашние обязанности такие как: мытье посуды, стирка грязного белья, приготовление пищи и т. п.

Боевые (военные) роботы призваны вывести вооруженные конфликты на качественно иной уровень и предназначены для минимизации непосредственного участия человека в боевых действиях с целью сокращения или исключения вовсе людских потерь, а также для работы в условиях, несовместимых с возможностями человека в военных целях. Разновидностей боевых роботов столько же, сколько и боевых задач для войсковых подразделений: беспилотные с дистанционным управлением самолеты (вертолеты) — разведчики, подводные аппараты и надводные корабли, роботы-минеры, роботы-саперы, роботы-патрульные, роботы для переноски военной амуниции. В силу сложности поставленных перед ними задач современные боевые роботы управляются оператором, но ведутся разработки полностью автономных боевых роботов с искусственным интеллектом, способным принимать решать, однако что не может не вызывать, многочисленные споры сторонников и противников данных машин на правовом поле в части определения ответственности за действия боевых роботов и их последствия.

Перед охранными роботами ставятся задачи по защите вверенных территорий или помещений. В простейшем случае указанные роботы выполняют патрулирование охраняемых периметров и в случае фиксации проникновения злоумышленников сигнализируют об этом дежурным операторам. В последнее время появляется тенденция к оснащению робо-охранников нелетальными видами оружия.

Исследовательские роботы используются для сбора всевозможных видов информации об исследуемых объектах, ее переработки и передаче оператору. Объектами могут быть самыми разнообразными: поверхности планет, подводное пространство, подземные шахты, пещеры, полости эксплуатируемых трубопроводов, зараженная местность и другие труднодоступные для человека области.

8. Роботы для изучения английского языка

Изучение английского языка в современном мире не останавливается на книгах, фильмах и музыке. В наше время появляются много различных роботов, которые помогают в изучении. Можно выделить два вида таких роботов: роботы, похожие на человека и приложения "Чат-боты", которые устанавливаются на смартфоны, планшеты и компьютеры, где человек изучает язык с помощью беседы с ботом.

Выводы

В ходе изучения материалов по данной теме мы познакомились с различными видами памяти и возможностями запоминания информации, в том числе возможными методами изучения английского языка. Также рассмотрели виды роботов и их роль и пользу в жизни человека.

На основании проведенного анализа полученной информации, мы решили попробовать создать своего робота для изучения английского языка.

Автономный космический корабль, без оператора ориентируется на поверхности планеты. На роботе установлены два датчика. Датчик остановки: если робот упирается в какое-либо препятствие, срабатывает датчик и робот останавливается. Активируется второй датчик. Фотодатчик: этот датчик считывает цвет препятствия. Если препятствие светлое, то робот поворачивает налево, если тёмное – направо, и продолжает движение по прямой. Таким образом, космическому кораблю можно задать маршрут, настроив угол поворота.

ВВЕДЕНИЕ

Планетоход — это аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты. Все когда-либо использовавшиеся в космосе планетоходы были либо транспортными, для передвижения членов экипажа космической экспедиции, либо исследовательскими — дистанционно управляемыми роботами.

Теоретически возможно также использование планетоходов для проведения строительных работ, как передвижных ретрансляторов и передвижных убежищ. Кроме того, подобные планетоходам дистанционно управляемые аппараты могут использоваться на Земле для выполнения работы, опасной для людей — например, при разминировании или в условиях высокой радиоактивности.

Основной целью работы над моим проектом является создание прототипа автономного робота-планетохода для работы на поверхности различных планет.

Задачи:

1.Собрать информацию о существовании аналогов автономного планетохода.

2.Собрать работающую модель устройства.

3.Написать и установить программу в устройство.

4.Провести тестирование робота.

Новизна заключается в том, что искусственный интеллект робота собран из российского оборудования ROBOTOLOGIA с мультипроцессорным робоконструктором «Робоград». Сам робот является результатом сотрудничествалаборатории робототехникинашего лицея и российской фирмы «Роботология».

ГЛАВА I

1.1ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СУЩЕСТВОВАНИИ АНАЛОГОВ АВТОНОМНЫХ ПЛАНЕТОХОДОВ

Планетоход — это космический аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты или небесного тела. Некоторые планетоходы были сконструированы для перемещения членов экипажа космической экспедиции; другие были дистанционно управляемыми, частично или полностью автономными роботами. Планетоходы доставляются на поверхность планеты при помощи специальных космических кораблей — посадочных модулей.

Назначение

Все когда-либо использовавшиеся в космосе планетоходы были либо исследовательскими, либо транспортными. Теоретически возможно также использование планетоходов для проведения строительных работ, как передвижных ретрансляторов и передвижных убежищ. Кроме того, подобные планетоходам дистанционно управляемые аппараты могут использоваться на Земле для выполнения работы, опасной для людей — например, при разминировании или в условиях высокой радиоактивности.

Преимущества и недостатки

Планетоходы обладают несколькими преимуществами перед неподвижными аппаратами: они обследуют бо́льшую территорию, могут уже в процессе работы направляться для исследования заинтересовавших учёных объектов, способны менять положение относительно Солнца, чтобы эффективно использовать солнечные батареи в зимний период. Кроме того, подобные аппараты вносят вклад в развитие систем дистанционного управления подвижными роботами.

Преимущества перед орбитальными аппаратами — это способность проводить исследования объектов размером вплоть до микроскопического и выполнять эксперименты. Недостатками по сравнению с орбитальными аппаратами является более высокая вероятность неудачи миссии, вследствие сложности посадки или других проблем и ограниченность исследуемой площади районом места приземления (который может быть задан лишь приблизительно).

Требования и особенности

Планетоходы доставляются на объект исследования космическими кораблями и работают в условиях, сильно отличающихся от земных. Это вызывает некоторые специфические требования к их устройству.

1)Надежность

Планетоход должен обладать стойкостью к перегрузкам, низким и высоким температурам, давлению, пылевому загрязнению, химической коррозии, космическому излучению, сохраняя работоспособность без ремонтных работ в течение необходимого для выполнения исследований времени.

2)Компактность

Объем космических кораблей ограничен, поэтому в конструкции планетоходов и при их укладке уделяется внимание экономии пространства. Может складываться ходовая часть планетохода, либо аппарат в целом; также выполняется крепление аппарата к кораблю. Устанавливаются средства развертывания планетохода в рабочее положение и отделения от посадочного модуля. Так, крепления марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити» к их посадочным модулям удалялись при помощи небольших пиротехнических зарядов.

3)Дистанционное управление и автономность

Планетоходы (и другие аппараты), находящиеся на небесных телах, значительно удаленных от Земли, не могут управляться в режиме реального времени из-за значительной временной задержки приёма отправленных команд управления и сигналов обратной связи от аппарата. Задержка возникает, поскольку радиосигналу требуется время, чтобы дойти до удаленной планеты или от неё до Земли. Поэтому такие планетоходы способны некоторое время функционировать, в том числе передвигаться и выполнять исследования, автономно благодаря заложенному в них программному обеспечению, получая команды лишь время от времени.

ГЛАВА II

2.1 ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЮ

При разработке конструкции робота, я решил, что мой робот должен соответствовать следующим требованиям:

1.Малый расход материалов (экономичность).

2.Изделие должно быть выполнено из материалов, экологически безопасных.

3.Небольшие затраты времени на изготовление.

4.Изделие должно быть функциональным.

5.Изделие должно быть прочным.

6.Изделие должно быть удобным и безопасным в эксплуатации.

7.Изделие должно выглядеть эстетично.

2.2 УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТА

Автономный космический корабль, без оператора ориентируется на поверхности планеты.

На роботе установлены два датчика.

Датчик остановки: если робот упирается в какое-либо препятствие, срабатывает датчик и робот останавливается. Активируется второй датчик.

Фотодатчик: этот датчик считывает цвет препятствия. Если препятствие светлое, то робот поворачивает налево, если тёмное – направо, и продолжает движение по прямой.

Таким образом, космическому кораблю можно задать маршрут, настроив угол поворота.

Корпус сделан из пластика с помощью 3D ручки. Корпус легко снимается для быстрого доступа к контроллеру.Также продуман механизм быстрого съёма винтов для удобной транспортировки робота. Винты на роботе сделаны механически подвижными.

Винты космическому кораблю предлагаются в качестве альтернативного источника энергии, переводящего механическую энергию в электрическую. Например, подобные источники энергии возможно использовать на Марсе во время песчаных бурь, когда солнечные батареи бесполезны.

Электрическая схема соединения узлов робота

Н.А. Семихатов - советский инженер-конструктор, учёный в области теории, методологии проектирования, экспериментальной обработки и изготовления систем автоматизации и управления движущихся объектов и сложных технологических процессов.

В работе рассматриваются основные этапы биографии Н.А. Семихатова, приводятся значительные или важные события, в которых он принимал участие, оцениваютсярезультаты деятельности, их значение для современности.

Целью работы является анализ основных достижений. Поставлены следующие задачи: изучить литературу и источники информации в интернете по избранной теме; представить информацию в виде таблицы. Объектом исследования является жизнь и деятельность академика Н.А. Семихатова. В качестве предмета исследования выбраны научно-теоретическая, практическая, преподавательская, общественная деятельность академика Н.А. Семихатова.

Оригинальность работы заключается в том, что информация представлена в виде таблицы.

 1.Основные этапы биографии

Николай Александрович Семихатов родился 10 декабря 1918 года в селе Полчаниновка Саратовской области. Он родился в полной, дружной и трудолюбивой семье.

Отец Александр Николаевич (1832-1956), предки которого были потомственными священниками, стал известным российским гидрогеологом, доктором геолого-минералогических наук, профессором, заслуженным деятелем науки и техники РСФСР. Мать Софья Викторовна (1879-1973), имея дворянское происхождение, стала первой женщиной-геологом, доктором геолого-минералогических наук, профессором, заслуженным деятелем науки РСФСР.

В семье были еще младшие дети: брат Михаил Александрович, ставший академиком РАН, доктором геолого-минералогических наук, и сестра Ольга Александровна, доктор биологических наук, главный научный секретарь ботанического сада Санкт-Петербурга.

Николай Семихатов не пошел «проторенной» родителями дорогой в геологию, а выбрал свою профессию. Еще в детстве у Николая Александровича проявилась техническая направленность. Ему все время хотелось что-то создавать, конструировать, он интересовался механизмами, изучал их строение. После окончания школы он поступил в Московский энергетический институт на электрофизический факультет.

Во время учебы в Московского энергетического института (МЭИ) летом 1941 г. был мобилизован на строительство оборонительных сооружений в районе Вязьмы. Затем эвакуирован на Алтай. В 1942 году после окончания электрофизического факультета МЭИ работал инженером НИИ, занимавшегося системами управления оборонной техники, в Барнауле. Участник Великой Отечественной войны. В сентябре 1942 года добровольцем ушел на фронт; в должности командира огневого взвода воевал на Западном, Ленинградском и Втором Украинском фронтах. Служил в составе 5-й гвардейской артиллерийской дивизии РГК. Четырежды ранен, награжден боевыми орденами и медалями. До 1946 г. проходил службу в Южной группе войск, после чего вернулся в Москву.

С 1946 г. работал на конструкторских и инженерных должностях в НИИ-885 в отделе возглавляемом Н.А.Пилюгиным: старший инженер, затем был назначен руководителем научно-исследовательской группы, старшим научным сотрудником.

Осваивал опыт трофейной ракетной техники. С 1947 г. принимал участие в испытаниях немецких ракет А-4 («Фау-2»).

Под его руководством разрабатывались счетно-решающие приборы для систем управления отечественных ракетных комплексов. При его участии закладывались теоретические и практические основы специальных СУ для баллистических ракет. С 1953 г. главный инженер и главный конструктор СКБ-626. В 1958 г. назначается главным инженером и научным руководителем НИИ-592, в который преобразовано Специальное конструкторское бюро № 626. В 1959 году ему присвоена ученая степень кандидата технических наук. С 1968 по 1978 годы он - главный конструктор, первый заместитель директора НИИ автоматики по научной работе. Руководитель и участник разработки вооружения ВМФ. В 1976 году ему присуждена ученая степень доктора технических наук. С 1978 года Н.А.Семихатов - главный конструктор - первый заместитель генерального директора НПО автоматики. В 1981 году ему присвоено ученое звание профессора. Под его руководством созданы системы управления БРПЛ. Закончил Свердловский Институт управления. С 1993 г. советник генерального директора НПО автоматики.

В 1984 г. избран член-корреспондентом АН СССР, с 1992 - академик Российской Академии наук. Н.А.Семихатов - член бюро научного совета РАН по проблемам движения и навигации, где возглавляет секцию, член Уральского физического общества, нескольких научных советов, из ран действительным членом нескольких отраслевых академий России. Автор научных трудов и изобретений по проблемам развития систем управления и вычислительной техники. Автор более 400 научных трудов и изобретений. С 1976 года заведует кафедрой в Уральском политехническом институте. Под его руководством защищено 5 докторских и 46 кандидатских диссертаций. Почетный гражданин Свердловской области.

В течение 30 лет Николай Александрович Семихатов был депутатом Октябрьского районного и Свердловского городского Советов народных депутатов.

2.Семья, увлечения, черты характера

По примеру своих любимых родителей, «женился единожды и на всю жизнь»[7]. Жена Ариадна Владимировна была врачом-рентгенологом. Любимая жена, поставившая на первое место семью, а не карьеру, и двое сыновей создали надежный «тыл», необходимый для спокойного погружения в работу. Для сыновей отец был «образцом для подражания»[10]. Ариадна Владимировна и Николай Александрович прожили долгую совместную (47 лет) и счастливую жизнь как одно целое, на одном дыхании.

Н.А. Семихатов был разносторонне развитой личностью, не зацикленной только на своей работе.

Интересно, что Семихатов был заядлый автолюбитель и водил машину до 82 лет. Также увлекался фотографией, классической музыкой, поэзией, бардовскими песнями, умел шутить и придумывать розыгрыши. «Его интересовало все новое в науке и технике, промышленности, а также в политике и окружающем среде»[10]. Умел ценить время и правильно организовывать свои дела, потому и многое успевал.

Умел дружить. Примером можно считать дружбу с академиком В.П. Макеевым, с которым были соратниками и единомышленниками, понимали и уважали друг друга.

Многочисленые источники дают возможность составить портрет этого яркого человека и талантливого учёного.

Это был высокого роста стройный и красивый мужчина с «шевелюрой, подпирающей косяк двери, здоровый и сильный, хмуроват, со строгим взглядом»[10]. Можно выделить такие черты, присущие Семихатову: энергичный, активный, неравнодушный, настойчивый и упорный в достижении целей, обладающий твердым характером, с творческим подходом в поиске новых путей, аккуратный, умеет искать и признавать ошибки, «четко излагающий свои мысли»[11], профессионал, преданный своему делу, «неразговорчивый, очень скромный человек»[10]. Порядочный, честный и заботливый, непафосный, незаносчивый; обладал огромным интеллектом, талантом, большой эрудицией техническими знаниями, незаурядными организаторскими способностями и хорошим вкусом; внимательный, с уважением относящийся к родным, близким и коллегам. Отзывчивый, энтузиаст с богатыми идеями и непримиримый к равнодушию.

Как руководитель был жестким, требующим точного выполнения порученного задания, не любил «разгильдяйства, расхлябанности и недисциплинированности»[10], «не терпел неточностей, расплывчатых, а то и просто абсурдных, по его выражению, формулировок»[11]. За это Николая Александровича уважали коллеги.

3.Главный конструктор систем управления БРПЛ

«Академик Семихатов всю свою сознательную жизнь занимался созданием баллистических ракет»[11].

Еще в 1942 году в НИИ-20 (г.Барнаул) Николай Александрович начал работать над созданием систем радиоуправления ракет, но война прервала его деятельность, к этой работе он вернулся только в 1946 году.

Работать по специальности инженера начал в Московском НИИ-885 под руководством Н.А.Пилюгина. Тогда он знакомился и изучал трофейные немецкие ракеты, а из их деталей пытался собрать собственные.

В середине 1953 г., его перевели в Свердловск в качестве главного конструктора в СКБ-626. Ему исполнилось 34 года. «Дело было новое, доселе неизведанное, и это возбуждало и придавало сил»[11]. Укрепление обороноспособности в те годы стало главной задачей страны. От правильно выполненной работы каждого предприятия зависел успех общего дела. Можно только представить, насколько ответственной была роль главного конструктора.

Что такое баллистическая ракета (далее БР)? «Это разновидность ракетного оружия. Большую часть полета совершает по баллистической траектории, т.е. находится в неуправляемом движении»[2]. А ракета – это «средство доставки к цели боеприпаса, в том числе ядерного» [7]. «Ядерный боеприпас – оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии»[2]. Скорость и направление ракеты сообщаются системой управления (далее СУ) полетом.

СУ – это «комплекс приборов, устройств и агрегатов, предназначенных для контроля состояния, поддержания боевой готовности, подготовки пуска и управления полетом БР с целью поражения объектов противника»[3]. Носителем БР является подводная лодка (далее ПЛ). СУ БР образно можно сравнить с ее мозгом. И предстартовая подготовка, и управление в полете по определенной циклограмме – это ее задачи. Это значит, и тангаж, и рысканье , и определение по звездам или искусственным спутникам - за все в ответе бортовая СУ [11].

  • Академик Н. А. Семихатов неоднократно отмечал, что из всех инженерных систем, которые работают на оборону, подводная лодка является самой сложной и совершенной[11].

Основные характеристики ракетных комплексов подводных лодок с баллистическими ракетами показаны в Таблице 1 (Приложение).

Перед учеными стояли, казалось, невыполнимые задачи. Для того, чтобы ракета попадала точно в цель, надо было учесть качающееся движение ПЛ и характер движения цели, точное местонахождение их в момент пуска ракеты, управляемость и устойчивость ракеты при старте; размеры, масса СУ и ракеты должны быть сведены к минимуму. А еще «флот попросил конструкторов подумать о возможности поражать лодочной ракетой малоразмерные движущиеся цели»[11] (то есть надводные корабли).

Сам конструктор о поставленной страной задаче говорил: «Семихатов, надо сделать! Нам надо, чтобы лодка не всплывала и не обнаруживала себя, чтобы ракета стартовала из-под воды. Я не обсуждаю, можно это сделать или нет. Я говорю – мне для этого необходимо вот это и вот это. Выпускалось соответствующее постановление ЦК партии и Совмина, и нас оснащали всем необходимым»[8].

Семихатов предложил установить на борт ракеты цифровой вычислительный комплекс (далее ЦВК)[11]. Раньше эти ЦВК занимали много места. Необходимость уменьшить размеры и увеличить эффективность СУ стала главной задачей.

Первой ракетой Семихатова принято считать Р-11ФМ (разработка С.П. Королева на основе Р-11М для ПЛ, 1959 г.), хотя он только дорабатывал её СУ. Изменения были более чем серьезные, так как делалась новая система управления и прицеливания, а также обеспечивалась возможность ведения стрельбы при довольно сильном волнении моря с надводного положения ПЛ, т. е. при сильной качке. Она является и первой в мире стратегической ракетой, оснащенной ядерным зарядом.

Создание и усовершенствование новых возможностей СУ, так называемых «мозгов»[11] ракет, требовало терпения, дисциплины и ответственности. Помогало «умение искать и признавать ошибки и готовность проводить испытания, испытания и испытания, ровно столько, сколько нужно» [11].

С учетом полученного опыта ставились новые задачи, и начинался поиск решений. На многих этапах в разработке ракетно-ядерного арсенала СССР смог обогнать США, дать отпор и заставить уважать себя.

В дальнейшем стали появляться все более усовершенствованные ракеты: Р-13, Р-21, Р-27, Р-27У, Р-27К, Р-29, Р-29Р, Р-39, Р-29РМ, Р-39УТТХ«Барк», Р-29РМУ1, Р-29РКУ1, Р-29РМУ2«Синева» [2].

За 1959-1989 гг. созданы и сданы на вооружение СУ БР подлодок ВМФ и ряда оперативно-тактических ракет сухопутного базирования («Темп-С», Р-17).

В СУ БР морского базирования:

- обеспечены наведение и старт ракеты с подвижного основания подводной лодки в надводном положении (Р11ФМ, Р-13);

- обеспечена управляемость и устойчивость ракеты при старте с движущейся в подводном положении лодки (Р-27, Р-29), учитывая погодные условия;

- создана возможность выбора цели при круговом секторе (180 град.);

- решена задача боеготовности ракеты;

- усовершенствована точность попадания в цель (РСМ-54) за счет ЦВМ (цифровая вычислительная машина) по результатам и показаниям бортовой аппаратуры и системы астроориентации (по звездам) (Р-29, Р-29Р) и спутниковой ориентации (Р-29РМ, Р-29РМУ);

- обеспечена работоспособность СУ в условиях противодействия противника и стойкость к поражающим факторам ядерного взрыва;

- увеличены сроки эксплуатации СУ за счет новых материалов и покрытий;

- уменьшены габариты и масса СУ (вычислительная машина крепилась к борту ракеты) (Р-27К, Р-29);

- разработана СУ для ракеты на твердом топливе (Р-39);

- внедрены методы защиты от сбоев по внутренним и внешним причинам (Р-39);

- созданы образцы ракетной техники для успешного полета Ю.А.Гагарина в космическое пространство («Восток») [12].

Ракетно-ядерный потенциал страны выполняет «роль сдерживающего фактора в международных отношениях»[10], заставляет считаться с нашей страной. Благодаря возросшей мощи морских стратегических ядерных сил СССР, США согласились заключить с нами международные правовые акты ОСВ-1, ОСВ-2 (об ограничении стратегических наступательных вооружений). Поэтому, можно сказать, что деятельность главного конструктора «служила защите нашего государства и его граждан»[10].

Безусловно, создание БР морского базирования – дело коллективное, но правильно придумать, организовать и воплотить проект жизнь, напрямую зависит от грамотного и профессионального руководителя, каким и был Н.А.Семихатов.

По словам Н.А. Семихатова, «Главный конструктор – достаточно эрудированный инженер, который хорошо понимает общее развитие проблемы, который в определенной степени знает науку, знает производство, возможности этого производства, знает уровень этого производства. Наверное, главный конструктор должен тоже обладать определенными свойствами и возможностями увлекать за собой людей, потому что без этого ни одной большой проблемы решить, наверное, не удастся».

Для достижения успеха мало одного главного конструктора, нужен коллектив разработчиков, умеющих смело и масштабно мыслить. И такой коллектив создавался им постоянно и неуклонно. Одним из элементов воспитательной системы Н.А. Семихатова были еженедельные КТС (координационно-технические совещания), знаменитые в НПОА «Семихатовские вторники». Через эти «вторники» прошли практически все ведущие специалисты объединения. Главный конструктор не допускал докладов и выступлений по шпаргалкам, требовал доклады, что называется «из головы».

Николай Александрович говорил о своей должности так: «Я был главным конструктором СУ БР морского базирования. Это очень неприятная должность, хотя все думают, что это очень просто».

«Для Н.А. Семихатова и его коллектива в технике, особенно в той, которой он занимался, не было слова "невозможно"!» [4]

Николай Александрович – конструктор «с даром Божьим»[11], потому что надо было придумать то, чего раньше не было. Для этого необходимо обладать не только разносторонними знаниями, талантом, но и творческим началом. Академик Семихатов внес неоспоримый вклад в развитие этой отрасли, за что был неоднократно награжден орденами, медалями, Демидовской премией.

Он «научил ракеты летать».

4.Научно-производственное объединение автоматики (НПОА) им. Н.А.Семихатов 

Николай Александрович Семихатов – основоположник научной школы и конструкторского подхода к созданию систем управления ракетных комплексов. На протяжении сорока лет он занимал должность главного конструктора НПО автоматики, и с 2004 года это научно-производственное объединение носит имя Николая Александровича.

В сентябре 1941 г. на базе эвакуированного Киевского радиозавода был создан Союзный завод № 626, на котором во время войны изготавливались танковые переговорные устройства.

В 1946 г. с помощью оборудования, вывезенного из побежденной Германии, для нужд армии и населения на предприятии было освоено серийное производство репродукторов, радиоприемников, радиол cерии "Урал", самолетных и танковых переговорных устройств, приемных буквопечатающих аппаратов, измерителей помех.

В 1952 г. на предприятии образовано в качестве дублера Московского НИИ 885 специальное конструкторское бюро СКБ-626 для разработки и изготовления систем управления баллистическими ракетами.

В 1956 г. СКБ и радиозавод были преобразованы соответственно в Союзный НИИ и Опытный завод.

С этого времени на предприятии создаются первые системы управления оперативно-тактических ракет и ракет для вооружений подводных лодок различной модификации и комплектации:

СУ для ракетного комплекса ВМФ (первый в мире ракетный комплекс для подводных лодок) - 1959 г.;

СУ оперативно¬-тактической ракеты Советской армии (реконструированная ракета известна в мире как "Скад") - 1961 г.;

СУ для ракетного комплекса с ракетами, впервые в мире стартующими из-под воды, - 1962 г. [13].

В 1977 г. на базе НИИ автоматики и Завода автоматики создается Научно-производственное объединение автоматики с большим научно-техническим потенциалом и мощной экспериментальной, производственной и испытательной базой.

Впервые в Советском Союзе в бортовых системах управления ракетных комплексов и корабельной аппаратуре используются цифровые вычислительные машины, разработанные и внедренные в производство специалистами предприятия, впервые в мировой практике создаются системы управления с астрокоррекцией и коррекцией с помощью навигационных спутников Земли создаются системы, использующие информацию о рельефе местности. [13].

Изготовленное на предприятии оборудование установлено на подводных лодках класса "Мурена", "Дельта 4" ("Дельфин") и "Акула".

Практически все разработки НПО автоматики в области ракетно-космической техники отмечены Ленинскими и Государственными премиями. За заслуги в области ракетного приборостроения предприятие было удостоено: в 1961 г.- ордена Трудового Красного Знамени; в 1975 г.- ордена Октябрьской революции.

В настоящее время главным направлением работы предприятия остается создание систем управления на новой элементной базе для перспективных баллистических ракет морского базирования.

Важными являются и разработки космической тематики. НПО автоматики активно участвует в программах Федерального космического агентства, разрабатывая системы управления для средств выведения полезной космической нагрузки: ракет-носителей тяжелого, среднего и легкого класса, доразгонных ступеней, орбитальных блоков, спускаемых аппаратов.

С момента создания и до настоящего времени предприятие занимается работами, связанными с автоматизацией, связью, передачей информации в области энергетики, ЖКХ, энергосбережения, нефтегазового комплекса, транспорта.

На предпрятии много лет работали Замятин Евгений Валерьянович (1925-2006), Берия Серго Лаврентьевич (1924-2000) — инженер-конструктор в области радиолокации и ракетных систем, сын Лаврентия Берии, Филиппов Герман Александрович (1934-2014), Величко Игорь Иванович (1934 - 2014).

5.Не только «ракетных дел» мастер

Академик Н.А.Семихатов был не только «ракетных дел»[11] мастером, его интересовали самые разные отрасли знания, он рассуждал о связи науки о космосе и земных проблем. НПОА (Научно-производственное объединение автоматики) (ранее СКБ-626) разрабатывало комплектующие для первого в мире искусственного спутника Земли ПС-1, запущенного в космос. Участвовали в обеспечении космического полета Ю.А.Гагарина, за что главный конструктор Н.А.Семихатов получил звание Героя Социалистического Труда и золотую медаль «Серп и Молот».

Но начались непростые для страны времена – эпоха перестройки, развал СССР. Не стало госзаказов, а значит не стало ни работы, ни зарплаты. Семихатов и в той сложной ситуации старался помочь преодолевать трудности, написав письмо Президенту РФ с предложениями о возможности выхода предприятия из кризиса. Но оказалось, что не все так просто: «оборонка» потихоньку начала разваливаться, и это болезненно отразилось на академике. В годы перестройки Николай Александрович становится советником гендиректора НПОА, и тогда появилась возможность всерьез заняться наукой.

Академик Семихатов – автор более 400 научных трудов и изобретений, создатель научной школы, традиции которой продолжают многочисленные ученики. Им подготовлено 46 кандидатов и 5 докторов технических наук. С 1976 года заведовал кафедрой в Уральском политехническом институте.

По инициативе Семихатова в 1995 году создана «Лаборатория биоинженерии», где он стал научным руководителем с огромным желанием «поставить опыт Военно-промышленного комплекса (ВПК) на службу физиологической науке»[11]. Так, следующим постоянным местом работы академика стал Екатеринбургский филиал Института физиологии КНЦ УрО РАН. Там он начал трудиться над автоматизацией экспериментов в физиологии миокарда. Летом 1995 года Лаборатория соединилась с Институтом машиноведения УрО РАН и Николай Александрович назначается научным руководителем отдела вычислительных систем. И здесь его энергия неиссякаема: заводы-автоматы, роботизированные производства, электронное приборостроение.

Еще одним достижением является организация секции по электронике и вычислительной технике бортовых систем. Как сторонник привлечения молодых умов в науку параллельно научной работе академик Семихатов возглавляет с 1977 по 1998 гг. кафедру «Технология производства радиоаппаратуры» в УПИ (Уральский политехнический институт), где с удовольствием делится своим огромным опытом.

Не забывал Николай Александрович и родную для него артиллерию. Он руководил работами инициативной группы инженеров НПОА по автоматизации управления огнем артиллерии.

6.Оценка результатов деятельности, их значение для современности

Больше 70 лет мы живем без большой войны, и в этом заслуга не только тех, кто водрузил Знамя Победы над рейхстагом, но и тех, кто обеспечивает оборону страны. Три конструктора, работавших на Урале, обеспечили ВМФ оружием, равному которому нет в мире. Это Виктор Макеев, Евгений Забабахин и Николай Семихатов[6].

«Наши (ракетные) комплексы должны быть не хуже и не на уровне американских, а лучше их по эффективности и техническому совершенству» - писал В. П. Макеев[11].

Уральский период жизни академика Н. А. Семихатова связан с временами, когда наша страна в условиях холодной войны должна была заставить вероятного противника признать нас равными партнерами и сесть за стол переговоров для того, чтобы ограничить гонку вооружений. И такие договоренности в конце концов состоялись (ОСВ-1 и ОСВ-2) [3]. В этом немалая заслуга уральских оборонщиков, и, прежде всего, Николая Александровича Семихатова, академика, Героя Социалистического труда, конструктора, как говорят в народе, «от бога» [11].

В течение сорока лет (с 1953 по 1992 год) Семихатов Николай Александрович являлся главным конструктором НПО «Автоматика», которое ныне носит его имя. Под его научно-техническим руководством и при непосредственном участии коллектива единомышленников НПО, в становление которого он вложил много сил и энергии, было создано специальное, эксклюзивное в те годы направление в теории и практике управления баллистическими ракетами, действующими в экстремальных условиях. Уникальная система управления – первый в мире ракетный комплекс для подводных лодок до сих пор не имеет аналогов в мире [8].

Академик Н. А. Семихатов и коллектив объединения никогда не повторяли прошлых решений. Каждая система управления была шагом вперед, каждая разработка отличалась новизной. Часто это были пионерные решения на грани возможного.

Известный конструктор подводных ракетоносцев С. Н. Ковалев подчеркивал, что к созданию атомных подводных лодок были привлечены все лучшие силы науки и промышленности страны. Перечисляя имена ученых и конструкторов, он назвал Н. А. Семихатова «великим прибористом».

Долгие годы главная задача объединения состояла в создании систем управления баллистических ракет подводных лодок. И практически все, что делалось для решения этой задачи, может быть охарактеризовано одним словом — «впервые»!

Впервые «научили» ракету стартовать с качающегося основания.

Впервые сумели обеспечить управляемость и устойчивость ракеты при старте с движущейся в подводном положении лодки.

Впервые сконструировали системы управления в соответствии с достаточно жесткими ограничениями по объемно-массовым характеристикам (в отличие от ракет наземного базирования).

Впервые была материализована идея коррекции полета ракеты по показаниям бортовой аппаратуры. Главный конструктор предложил поставить на борт ракеты цифровой вычислительный комплекс. В итоге была создана и установлена на ракете бортовая ЦВМ(цифровая вычислительная машина). Отныне ракеты, стартовавшие борта ПЛ, стали способны поражать подвижные морские цели.

Если сегодня задать вопрос «Чем же занимался на Урале академик Семихатов?», то ответ должен быть следующим: учил летать ракеты, которые из-под воды способны поразить вероятного противника практически в любой точке земного шара, делал для них «мозги». Недаром В. С. Губарев статью о нем назвал «Голова уральского дракона»[6].

Все поставленные задачи совершенствования отечественного вооружения с обеспечением дальности, точности и скорострельности стрельбы по движущимся целям при замене сухопутной ракетной техники на морскую академиком Н.А.Семихатовым были выполнены с честью.

На уральской земле Н.А.Семихатов состоялся и как способный опережать время конструктор, и как признанный ученый.

Результаты деятельности Н.А. Семихатова, их значение представлены в Таблице 2 (Приложение)

Заключение

Николай Александрович Семихатов - ученый в области систем управления сложными подвижными системами и вычислительных средств, известный конструктор систем управления баллистических ракет морского базирования.

Оглядываясь на весь жизненный путь Н.А. Семихатова, начиная с его юношеского увлечения техникой и заканчивая его последними днями, можно подчеркнуть самую главную черту его характера – стремление делать необычное. И ракетная техника, особенно в далекие послевоенные годы, увлекла его своей необычностью, дерзким будущим, огромными перспективами. Николай Александрович предвидел и глубоко понимал, каким весомым вкладом в научно- технический прогресс она может стать, как будет способствовать укреплению обороноспособности нашей страны в те трудные годы. Ее совершенствованию он отдал все свои силы, знания, талант. Главный конструктор систем управления ракетных систем.

В знак признания заслуг Н.А. Семихатова В 2004 году НПО автоматики присвоено имя Академика Н.А. Семихатова. 10 декабря 2008 года на стене здания ФГУП НПО автоматики установлена мемориальная доска. В Северодвинске, на стене дома № 57, по улице Первомайской, где с 1974-го по 1984 год жил Николай Александрович, в июле 2007 года открыта мемориальная доска.

В память о Н.А.Семихатове учреждена стипендия его имени молодым ученым. А в 2003 году Федерация Космонавтики России выпустила медаль имени академика Н.А.Семихатова. Ею награждаются за большой вклад в развитие ракетно-космической техники.

10 апреля 2002 года Николая Александровича не стало, но дело всей его жизни не умерло, а продолжает развиваться и совершенствоваться.

Причастность к большой цели делает человека всемогущим, и он воплощает в жизнь, казалось бы, невозможное. Н.А.Семихатов «всегда стремился обогнать время»[11]. «Вся его жизнь как полет ракеты - всегда в цель».

Список литературы

  • 1.Величко, И.И., Кутовой, Е.М. Баллистические ракеты с ядерными боеголовками для подводных лодок [Электронный ресурс] - http://protechek-net.ru/referaty_po_psixologii/referat_ballisticheskie_rakety_s.html
  • 2. Википедия Свободная энциклопедия - Режим доступа : https://ru/wikipedia.org/wiki/ Баллистическая ракета
  • 3.Военный энциклопедический словарь ракетных войск стратегического назначения.-М.: Большая Российская энциклопедия /под ред. Сергеева И.Д., 1999. — 634 с.
  • 4.Вспоминая о Н.А. Семихатове [Электронный ресурс] -http://processor.imach.uran.ru/files/lab/fop/MemorySemihatov.pdf
  • 5.Главное дело академика Семихатова [Электронный ресурс] -http://www.upmonitor.ru/news/652359a/
  • 6.Губарев, В. С. (1938-). Секретные академики [Текст] : кто сделал СССР сверхдержавой : [12+] / В. С. Губарев. - Москва : Вече, 2015. - 318, с. 211–231
  • 7.Дуняшин, А. Б. Шесть океанов под килем : Рассказ об ученых, инженерах, рабочих Науч.-произв. об-ния автоматики - создателях систем упр. ракет.-косм. комплексов / Андрей Дуняшин. - Екатеринбург : ПАКРУС, 2004 (Екатеринбург : ГИПП Урал. рабочий). – 333.
  • 8.Накануне.ru - Режим доступа: www.nakanune.ru/news/2013/4/12/22305978
  • 9. Оружие отечества - Режим доступа: http://museum.ifmo.ru/file/person/561/kniga2009.pdf
  • 10.Саенко, П. А. Мы учим летать ракеты / Павел Саенко. - Екатеринбург : Квадрат, 2008. - 238.
  • 11.Саенко, П.А.Николай Семихатов [Текст] / Павел Саенко. - Екатеринбург : Изд. дом Сократ, 2014. – 302.
  • 12.Семихатов, Н.А., Чеботарев, В.В. Создание систем управления баллистическими ракетами подводных лодок [Электронный ресурс] -https://flot.com/science/sor4.htm
  • 13.Шалимов, Л.Н. Системы управления баллистическими ракетами подводных лодок[Электронный ресурс] - http://elib.biblioatom.ru/text/rol-nauki-v-sozdanii-podvodnogo-flota_2008/go,531/Приложение
  • Приложение
    Таблица 1.
    Основные характеристики ракетных комплексов подводных лодок с баллистическими ракетами [1]

    Наименование ракеты
    Р-11ФМ
    Р-13
    Р-21
    РСМ-25
    РСМ-40
    РСМ-50
    РСМ-52
    РСМ-54
    Год принятия на вооружение
    1959
    1960
    1963
    1968
    1974
    1977
    1983
    1986
    Стартовый вес (т)
    5,47
    13,74
    19,63
    14,3
    33,3
    35,3
    90,1
    40,3
    Забрасываемая масса (кг)
    975
    1597
    1179
    650
    1100
    1650
    2550
    2800
    Длина х диаметр ракеты (м)
    10,3х0,88
    11,8х1,3
    14,2х1,3
    9,06х1,5
    13,0х1,8
    14,6х1,8
    16,0х2,4
    14,8х1,9
    Тип двигательной установки
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    РДТТ
    ЖРД
    Количество ступеней
    1
    1
    1
    1
    2
    2
    3
    3
    Тип системы управления
    инерциальная
    астроинерциальная
    Астрорадио-
    инерциальная
    Тип головной части
    МГЧ
    МГЧ
    МГЧ
    МГЧ и кассетная ГЧ
    МГЧ
    МГЧиРГЧ
    РГЧ
    РГЧ
    Максимальная дальность стрельбы (км)
    150
    600
    1420
    3000
    межконтинентальная
    Тип амортизации ракеты
    рычажно-пружинная
    резино-металлическая
    амортизационная ракетно-стартовая система
    резино-металлическая
    Вид предстартовой подготовки
    ручная
    автоматизированная
    Положение ПЛ при пуске ракеты
    надводное
    подводное
    подводное и надводное
    Волнение моря при старте ракеты (баллы)
    до 4-5
    до 5
    всепогодный пуск ракеты
    Тип подводной лодки
    АВ611, 629
    629, 658
    629А, 658М
    667А, 667АУ
    667Б, 667БД
    667БДР
    941
    667БДРМ
    Количество ракет на ПЛ
    2,3
    3
    3
    16
    12,16
    16
    20
    16
    • Таблица 2
    • Результаты деятельности Н.А. Семихатова, их значение
    Этапы и даты жизни и деятельности
    Достижения
    Результат
    Награды
    1
    2
    3
    4
    1938-1942 гг. Московский энергетический институт, электрофизический факультет
    Получение знаний по выбранной профессии
    Приобретение профессии
    Диплом об окончании института
    Война. 1942 г. – работа в НИИ-20 (г.Барнаул)
    Разработка системы радиоуправления ракет
    Получение определенного опыта
    -
    1942 г. – доброволец Красной Армии. 1942-1945 гг. – лейтенант, командир огневого взвода 2-ой батареи
    1-го дивизиона
    254 Минометной Ленинградской ордена Б.Хмельницкого II степени бригады
    5-ой гвардейской Артиллерийской Сталинградской Краснознаменной Дивизии прорыва Резерва Главного Командирования на Западном, Ленинградском и 2-ом Украинском фронтах.[8].
    Четырежды ранен.
    Вклад в победу в Великой Отечественной войне: под Витебском, Орлом и Смоленском (Смоленская наступательная операция). Участие в освобождении Венгрии (Венская наступательная операция), восточной части Австрии, Чехии (Пражская наступательная
    операция)
    .
    Получение боевого опыта

    Два ордена «Отечественной войны» I степени (в 1944г. и в 1985 г.) Орден «Отечественной войны» II степени
    (в 1944 г.)
    Орден «Красной звезды» (в 1945 г.)
    медали,
    11 благодарностей
    И.В.Сталина
    Сентябрь 1946 г. – работа в НИИ-885 (г.Москва) старшим инженером, старшим научным сотрудником
    Разработка счетно-решающих приборов для систем управления отечественных ракетных комплексов. Заложены основы специальных СУ БР[6]
    Усиление обороны страны путем создания и развития спецсистем управления (СУ) баллистическими ракетами (БР).
    -
    Сентябрь 1953 г.- 1992 г. переведен в СКБ-626 (г.Свердловск) главным инженером и главным конструктором. 1958 г. – работа в НИИ-592 (ранее СКБ-626) 1968 – 1978 гг. – первый заместитель директора НИИ автоматики по научной работе 1976-1992 гг. – главный конструктор и первый заместитель гендиректора НПОА (ранее СКБ-626)
    1992 г. – советник НПОА
    Созданы и сданы на вооружение СУ БР подлодок ВМФ и ряда оперативно-тактических ракет сухопутного базирования («Темп-С», Р-17). В СУ БР морского базирования: – обеспечены наведение и старт ракеты с подвижного основания подводной лодки в надводном положении (Р11ФМ, Р-13);
    - обеспечена управляемость и устойчивость ракеты при старте с движущейся в подводном положении лодки (Р-27, Р-29), учитывая погодные условия;
    - возможен выбор цели при круговом сек
В статье описывается исследование эффективности использования минерала шунгита как сорбента и катализатора нейтрализации проливов ядовитого ракетного топлива на основе «гептила» в формате экспериментального моделирования процесса заражения и последующего обеззараживания почвы в условиях химической лаборатории.

Введение

«Гептил» – 1,1-диметилгидразин, несимметричный диметилгидразин (НДМГ) является органическим производным гидразина H2N–NH2, которое образуется в результате замещения в молекуле гидразина атомов водорода на метильные радикалы –СН3 (рисунок 1) [1].

Рисунок 1. Модель молекулы и структурная формула НДМГ

«Гептил» – на сегодняшний день лучшее в мире ракетное топливо, с помощью которого на орбиту выводят космические корабли с "дешевой" себестоимостью пусков. Через некоторое время от ракетоносителя отделяется первая ступень и падает на землю. Поскольку топливо наливают с запасом, оно сгорает не полностью и после падения выливается до 1,5 тонн ядовитой жидкости [2]. «Гептил» – токсичное вещество I класса опасности обладает способностью кумулироваться в окружающей среде [3].

Северные ракетные площадки нашей страны расположены в арктической и субарктической климатических зонах, что определяет их труднодоступность и очень слабую способность к самоочищению. Загрязнение локализуется в радиусе 60-100 м от мест падения. Исследование загрязненных компонентами ракетного топлива зон показало, что уменьшение концентрации «гептила» в почве до уровня ПДК составляет более чем 20 лет. На полигоне "Плесецк" зафиксированы максимальные концентрации «гептила» в грунте 268,4 мг/кг (2 684 ПДК). При каждом новом запуске ракеты типа «Протон» ядовитый «гептил» продолжает наносить огромный вред природе и здоровью людей [4].

Существующие методы нейтрализации «гептила» дорогостоящи и малоэффективны для труднодоступных зараженных территорий Алтая, Якутии и Печорского края.

Основная часть

Чтобы предотвратить вытекание «гептила» и заражение почвы нужно использовать вещество, способное одновременно и сорбировать «гептил», и разлагать его на безопасные продукты. Цель данной работы – исследование эффективности использования минерала шунгита как сорбента и катализатора нейтрализации «гептила».

Шунгит – древняя горная порода, почти на 30% состоящая из особой аллотропной формы углерода – фуллерена C60 (рисунок 2).

Рисунок 2. Фуллерен С60: структура и внешнее включение.

Учёные объясняют уникальные свойства шунгита его необычной структурой, её основой являются многослойные фуллереновые глобулы размером около 10 нм, образующие в породе матрицу, в которой равномерно распределены дисперсные алюмосиликаты со средним размером около 1 мкм. Такая, практически наноразмерная, структура очень активна в окислительно-восстановительных реакциях, обладает сорбционными и каталитическими свойствами [5]. Оказавшись на поверхности шунгита, «гептил» разлагается на составляющие – его молекула как будто рвется на части, и из них, как из элементов конструктора, образуются практически безвредные вещества: метан, азот и вода, при недостатке шунгита добавляются ди- и триметиламины, их токсичность всё же в десять раз меньше, чем у «гептила» [6].

В рамках исследования была смоделирована и экспериментально апробирована методика процесса нейтрализации в почве пролива ракетного топлива на основе «гептила» с применением шунгита. Технология моделирования состояла из двух этапов: качественного и количественного анализов.

На этапе качественного анализа прорастили экспериментальный посев гороха PisumsativumL в почве одного типа и одинаковой массы. Затем осуществили единовременный полив 1-ой и 2-ой серии ростков раствором «гептила» одинаковой концентрации, одинакового объема. Во 2-ой серии почву сразу обработали одинаковым избыточным количеством шунгита, 1-ю серию оставили необработанной. В течение 2-х недель единовременно поливали все ростки одинаковым объемом воды и наблюдали за ростом гороха. Экспериментальный посев хранился в одинаковых условиях. Состояние ростков фотографировали в начале эксперимента, через неделю и через две недели. Наблюдения за развитием ростков гороха в течение 14 дней показали, что ростки гороха 1-ой серии (без шунгита) заметно отстают в росте и развитии зеленой массы от ростков гороха 2-ой серии (обработанной шунгитом). Через 3 дня взяли пробы почвы каждой серии; усреднили пробы в пределах серии (смешали в одну пробу образцы данной серии) для количественного определения «гептила» в почвах.

На этапе количественного анализа была проведена водная экстракция «гептила» из почвенной пробы, содержание «гептила» в экстракте определялось спектрофотометрическим методом.

Ввиду отсутствия в структуре «гептила» хромофорных групп, он не поглощает в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, что делает невозможным его прямое определение, поэтому была проведена предварительная дериватизация – процесс введения хромофорных групп в молекулу «гептила». В результате получили гидразон – соединение с похожей химической структурой, нос отличающейся от исходного вещества способностью к светопоглощению [7]. В данном исследовании в качестве дериватизирующего агента был взят коричный альдегид OHC–CH = CH – C6H5.

В продукте реакции – гидразоне коричного альдегида (рисунок 3)

                       (СH3)2N–NH2 + OHC–CH = CH – C6H5 =

                                   = (СH3)2N–N=HC–CH = CH – C6H5 + H2O

присутствует хромофорная группа: сопряжение ароматического цикла – C6H5 и азометиновой группы –N=HC–.

Рисунок 3. Раствор гидразона коричного альдегида (внешний вид продукта)

Воздушно-сухую навеску почвы 1-ой серии (зараженную «гептилом»), так называемую пробу 1, массой 50 г поместили в коническую колбу объемом 250 мл, добавили 50 мл дистиллированной воды, закрыли пробкой и интенсивно перемешивали в течение 20 минут. После отстаивания осторожно, не взбалтывая, отфильтровывали через бумажный фильтр 50 мл экстракта [6]. Фильтрат разбавили в 10 раз дистиллированной водой, чтобы снизить концентрацию «гептила» до нужного соотношения с коричным альдегидом (1:800) в последующей реакции образования гидразона. Добавили 5 мл рабочего раствора коричного альдегида. Установили кислотность среды при помощи индикатора, добавлением смеси этилового спирта и щавелевой кислоты (4:1) достигли pH~4,5-5,5 (кислотность подзолистых почв лесной зоны). Далее выдерживали раствор на кипящей водяной бане (термостатировали) в течение 10 минут до появления желтой окраски гидразона, затем раствор медленно охлаждали до комнатной температуры [8].

Оптическую плотность анализируемой пробы измеряли на спектрофотометре в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см при длине волны 415 нм относительно «нулевого» раствора – дистиллированной воды. [7].

Исследования проводились на УФ спектрофотометре UV-2600 (производитель "Shimadzu ", Япония) в лаборатории спектральных методов исследования Центра коллективного пользования "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза УрО РАН.

Все действия повторили с навеской почвы 2-ой серии (зараженной «гептилом», но обработанной шунгитом), проба 2. В качестве образца сравнения детектировали аттестованный раствор «гептила» с концентрацией 0,0001 мг/л, проба 3.

Сравнили полученные результаты измерений оптической плотности, используя спектры на рисунке 4. Оптическая плотность раствора сравнения – аттестованного раствора «гептила» (синяя линия) равна 0,02; раствора вытяжки из почвы с «гептилом» без шунгита (серая линия) – 0,0075; раствора вытяжки из почвы с «гептилом», обработанной шунгитом (желто-зеленая линия) – 0,0025.

Рисунок 4. Спектры фотометрического определения «гептила» в пробах почв.

По данным спектров сделали количественные расчеты концентрации «гептила» в почве серий 1,2.

Массовую долю «гептила» в каждой пробе рассчитывали методом сравнения оптических плотностей двух растворов с использованием расчетной формулы из закона Бугера-Ламберта-Бера [7]:

А = I / I0 или A = abх

a – коэффициент погашения, постоянная, зависящая от длины волны λ, л/моль см

b – длина оптического пути, см

х – массовая доля, мг/кг

Оптические плотности измеряли относительно «нулевого» раствора в тех же кюветах при той же длине волны, т.е. ab = const. Значение оптической плотности первого раствора равно: А1 = abх1, значение оптической плотности второго раствора равно: А2 = abх2,разделив одно выражение на другое получим: А12 = х12, в данном эксперименте х1 =0,0001, А1 = 0,02; тогда

для пробы №1:0,02/0,0075 = 0,0001/х2, откуда х2 равно 0,00004 мг/кг или 0,04 мкг/кг, для пробы №2:0,02/0,0025 = 0,0001/х2,откуда х2 равно 0,0000125 мг/кг или 0,0125 мкг/кг.

Таблица 1

Содержание «гептила» в почве через 3 дня

проба оптическая плотность при 415 нм (А2) массовая доля «гептила», мкг/кг (х2)
№1 почва + «гептил» 0,0075 0,04
№2 почва + «гептил» + шунгит 0,0025 0,0125

Таким образом, концентрация «гептила» в почве пробы №2 меньше, чем в почве пробы №1 в 0,04/0,0125 = 3,2 раза

Экономическая оценка затрат показала следующие результаты. Шунгит – дешевый материал, ежегодная добыча которого исчисляется многими тысячами тонн.Прогнозные ресурсы по всем месторождениям составляют около 1 млрд. тонн [9]. Стоимость «сырого» шунгита в Интернет-магазине 80-100 рублей за 1 кг.

Для нейтрализации 2,5 мг «гептила» в данном эксперименте было израсходовано 50 г шунгита, следовательно, на 1,5 т остатка «гептила» в упавшей ступени ракеты потребуется 30 т шунгита, затраты составят 3 млн. руб.В пересчете на 19 запусков с космодрома Плесецк в 2017 году получается это около 60 млн. руб. Это гораздо меньше, чем затраты на ликвидацию экологических последствий от выжигания остатков топлива или обработки хлорной известью «гептилового пятна», после чего почва оказывается «мертвой» в среднем на 20 лет.

Заключение

Таким образом, исследование процесса нейтрализации «гептила» шунгитом, с учетом эффективности его действия, доступности и экономически разумных затрат, доказывает целесообразность применения шунгита в качестве «противоядия» ракетному топливу, содержащему «гептил».

Перспективой развития исследования является разработка конструкции топливного фильтра на основе шунгита, что решит проблему пролива ядовитого топлива и заражения почвы труднодоступных территорий.

Ссылки на источники

1. Терней А. Современная органическая химия. URL: http://bookfi.net/book/470278

2. Греков А.П., Веселов В.Я. Гидразин космический. Журнал «Химия и жизнь», №7. – 1979. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2707/

3. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности (с Изменениями N 1,2) URL: http://docs.cntd.ru/document/5200233

4. Мотылев С. Водный гиацинт в гептиловом болоте. Журнал «Химия и жизнь», №11. – 2002. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2680/

5. Мосин О. Шунгит – природный нанотехнологический материал. URL: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=3304

6. Максименко О. Победа шунгита над гептилом. Журнал «Химия и жизнь», №12. – 2006. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2468/

7. Смоленков А., Родин И., Шпигун О. Спектрофотометрические и флуориметрические методы определения гидразина и его метилированных аналогов. / Журнал аналитической химии. Т.67, №2. URL: http://naukarus.com/spektrofotometricheskie-i-fluorimetricheskie-metody-opredeleniya-gidrazina-i-ego-metilirovannyh-analogov

8. Струков В., Темердашев З., Шпигун О., Киселёва Н. Способ определения несимметричного диметилгидразина в водных растворах. Патент РФ №2276350, МПК (6) G 01 N 21/78.

URL: http://bd.patent.su/2276000-2276999/pat/servl/servlet543c.html

9. Филиппов М. Шунгитоносные породы Карелии: черная олонецкая земля, аспидный сланец, антрацит, шунгит. - Петрозаводск: Изд-во Карельского НЦ РАН, 2004. - 488 с.

В статье описывается технология выделения хитина из нетрадиционного природного источника – экзоскелетов южноамериканских тараканов вида Blaberus craniifer, а также приводятся количественные показатели спектрофотометрического определения чистоты полученного материала и экономическая оценка метода.

Введение

Хитин – природный биополимер, обладающий высокой биологической активностью, совместимостью с тканями человека, животных и растений, и, что особенно ценно, он не загрязняет окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами природных микроорганизмов. Хитин в природе является основой скелетной системы, поддерживающей клеточную структуру тканей в панцирях ракообразных, кутикуле насекомых, клеточной стенке грибов и бактерий, и таким образом имеет достаточно широкую натуральную сырьевую базу [1].

Проблемой более широкого применения хитина является его высокая себестоимость и низкая рентабельность использования традиционных природных хитинсодержащих источников (панцирей ракообразных) [2].

Актуальной задачей является поиск доступного и биоразлагаемого сырья, способного снизить затраты на производство хитина. Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые в силу своего быстрого воспроизводства могут обеспечить большую биомассу, содержащую хитин, в условиях работы на МКС и других ситуациях освоения космического пространства.

Основная часть

В данном проекте проведено исследование целесообразности использования хитинсодержащих экзоскелетов тараканов в качестве сырья для производства хитина и его производных.

Экспериментально апробированный метод получения хитина из экзоскелетов тараканов [3] включал следующие этапы: 1) отбор и подготовка сырья, 2) выделение хитина экстракционным методом, 3) оценка чистоты полученного образца методом ИК-спектроскопии, 4) определение практического выхода и стоимости продукта.

Для эксперимента были взяты взрослые особи Blaberus craniifer – одного из видов южноамериканских тараканов под названием «мёртвая голова». Тараканы были препарированы: удалены все части, не содержащие хитин (полученные биологические отходы были использованы как удобрение для комнатного растения), хитиновые оболочки промыты водой, влагосодержащая масса взвешена, затем высушена в микроволновке при температуре 60°С в течение 15 минут, сухая масса также взвешена.

Экстракция и очистка хитина осуществлялись в ходе последовательных операций: 1) первичное выведение липидов: промывание ацетоном, 2) первичная депротеинизация: обработка избытком 4% раствора гидроксида натрия NaOH в течение 60 минут при 1000С, 3) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 4) первичная деминерализация: обработка избытком 15% раствором HCl в течение 30 минут, 5) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 6) повторное выведение липидов: промывание ацетоном, 7) повторная депротеинизация: обработка избытком 4% раствора гидроксида натрия NaOH в течение 30 минут при 1000С, 8) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 9) повторная деминерализация: обработка избытком 15% раствором HCl в течение 15 минут, 10) промывка водой образца. нейтрализация жидких отходов, 11) сушка в микроволновке при 600С 12 часов, взвешивание и упаковка материала.

Чистота полученного образца хитина определялась методом ИК-спектроскопии. Были сняты ИК-спектр диффузного отражения (рисунок 1) и ИК-спектр нарушенного полного внутреннего отражения (рисунок 2) в интервале длин волн от 4 000 до 400 см-1, так как именно в этом интервале находятся характеристические частоты поглощения основных функциональных групп органических молекул [4].

Рисунок 1. ИК-спектр диффузного отражения образца хитина.

Рисунок 2. ИК-спектр нарушенного полного внутреннего отражения образца хитина.

Максимумы поглощения при длинах волн от 1700 до 1 000 см-1 ИК-спектровобоих видов имеют незначимое расхождение с характеристическими частотами определенных функциональных групп [4] и подтверждают наличие хитина в исследуемом образце (таблица 1).

Таблица 1

Максимумы ИК-поглощения полученного образца

в ИК-спектре стандарти-зированного образца в ИК-спектре диффузного отражения, см-1 в ИК-спектре нарушенного полного внутреннего отражения, см-1 характеристическая длина волны фрагмента структуры хитина, см-1
1 652 1 656 1 653 1 655 аминогруппы–NH2
1 621 1 623 1 619 1 622 протонированные аминогруппы –NH3+
1 376 1 378 1 375 1 379 группы ОН0
1 260 1 257 1 259 1 258 карбонильные группы >С=О
1 154 1 156 1 154 1 153 связи С–О в кольце

Сравнение ИК-спектров диффузного отражения полученного образца и стандартизированного образца из электронной библиотеки спектрометра – chitinSigma (выделенный из ракообразных (порошок) с содержанием основного вещества не менее 97%) – показывает совпадение или незначительное расхождение пиков поглощения при длинах волн (в см-1) 3 426 и 3 423, 3 101 и 3 103, 2 873 и 2 874, 1 554 и 1 553, 1 309 и 1 309, 1 114 и 1 112, 1 069 и 1 069, 951 и 953, что свидетельствует о практически совпадающей чистоте полученного и стандартного образцов хитина (рисунок 3).

Рисунок 3. Сравнение ИК-спектров полученного образца (красная линия) и стандартизированного образца хитина ракообразных chitin Sigma (коричневая линия)

Следовательно, полученный в результате эксперимента образец хитина имеет высокую степень чистоты и соответствует международным стандартам получения хитинсодержащих материалов из традиционных источников.

Исследования проводились на ИК Фурье спектрометре Nikolet 6700 c Раман-модулем Nicolet NEXUS в Центре коллективного пользования "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза УрО РАН. По результатам эксперимента был осуществлен расчет количественного выхода хитина.

Таблица 2

Результаты взвешивания образца хитинсодержащего сырья

вид сырья масса, г
влагосодержащий образец, m1 59,4
сухой образец, m2 14,24
конечный продукт, m3 3,765

Практический выход хитина в эксперименте составил ω = (3,765/ 14,24) × 100% = 26,44 %. Количественный выход практически не отличается от практического выхода при использовании в качестве сырья традиционных источников, например, акклиматизированного камчатского краба – от 18% до 32% [5].

По результатам эксперимента была произведена экономическая оценка затрат на получение хитина данным методом.

В эксперименте в качестве сырья использовались препарированные образцы пяти взрослых особей тараканов Blaberus craniifer, в расчете на одну имаго, масса хитина составит: 3,765 : 5 = 0,753 г

Для сравнения: из одного взрослого рака вида Astacus astacus L. (10 см и более длиной) можно получить 10 г хитина, стоимость 1 г которого на мировом рынке от 10$ [6]. Расчет такого же дохода на определенное количество тараканов составляет: 10 г : 0,753 г = 13,28 т.е. такой же доход дадут не более 14 тараканов.

Таблица 3

Сравнение некоторых характеристик рака Astacus astacus L. и таракана Blaberus craniifer.

характеристика таракан Blaberus craniifer рак Astacus astacus L.
период взросления 4-6 месяцев 3,5-4 года
условия обитания влажные тропические леса Южной Америки, во влажном инсектарии при комнатной температуре живет повсюду пресная чистая вода: реки, озёра, пруды, быстрые или проточные ручьи, тёплая вода до 16-22 °C, очень чувствителен к загрязнению воды
разведение разводится повсеместно как корм в естественной среде практически истреблен – восстанавливается интродукцией
стоимость взрослой особи 20-30 руб выше в 20-30 раз
скорость выделения хитина не более16 часов

3-5 суток

Сопоставление некоторых характеристик рака Astacus astacus L. [7] и таракана Blaberus craniifer [8]. указанное в таблице 3, показывает, что тараканы более неприхотливы к условиям обитания, имеют период взросления гораздо меньший, чем у рака, и стоят намного дешевле.

Заключение

Данный способ производства хитина является весьма выгодным, благодаря высокой скорости размножения тараканов и низкой стоимости их разведения. Важным преимуществом указанной технологии является бóльшая скорость непосредственного выделения: для получения из экзоскелетов тараканов готового хитина требуется всего 16 часов, что во много раз меньше, чем длительность выделения хитина из других сырьевых источников (3-5 суток).

Таким образом, хитинсодержащие тараканы являются перспективным сырьём для получения хитина с высокой степенью чистоты.

Логическим направлением развития исследования является разработка наноматериалов на основе хитина для создания, например, легких и прочных контейнеров для космических исследований или даже скафандров для космонавтов.

Ссылки на источники

1.Гамзазаде А. Структурная неоднородность как фактор изменчивости свойств хитина и хитозана. М.: Высшая школа. – 2004.

2. Лебская Т., Толкачева В., Шаповалова Л. Научные и практические аспекты применения биологически активных веществ из морских животных. // Материалы отчетной сессии ПИНРО по итогам научно-исследовательских работ в 1998-1999 гг. Мурманск: ПИНРО. – 2000.

3. Материалы восьмой международной конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. М.: РосХит. – 2006.

4. Никольский А., Суворов А., Химия: учебник для вузов. СПб.: Химиздат, – 2001.

5. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. /под ред. Скрябина К.Г. и др. М.: Наука, – 2002.

6. Пищевые добавки от производителей и поставщиков по конкурентным ценам. URL: https://russian.alibaba.com/g/chitin-chitosan.html

7. Супрунович А., Макаров Ю. Культивируемые беспозвоночные. Пищевые беспозвоночные: мидии, устрицы, гребешки, раки, креветки.  URL:  http://ashipunov.info/shipunov/school/books/suprunovich1990_pischev_bespozv.pdf

8. Электронный каталог Catalogue of Life: 20th December 2017. 

URL: http://www.catalogueoflife.org/col/details/species/id/0dbfefc35bac71f71eef38c6515b266b

Подписка на новости
Контакты

Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

Тел.: +7 (343) 355-93-88

info@cosmoport.club