Техника - молодёжи 1965-10, страница 39

Г. СМИРНОВ, инженер

ИСТОРИЯ ОДНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ ХИМЕРЫ

Популярность романа А. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» свидетельствует о том, какое огромное влияние на умы изобретателей может оказать литературное мастерство писателя, делающее на редкость правдоподобными любые технические химеры. После выхода этого романа в свет научные учреждения, имеющие отношение к оптике, были завалены проектами устройств для сжигания на расстоянии. Некоторые изобретатели справедливо указывали, что гиперболоид в аппарате Гарина надо заменить на параболоид и что положение фокус второго зеркала указано у А. Толстого неправильно. Но, увы, даже устранение этих ошибок не привело к успеху. По количеству и бесплодности предложений идея о сжигании на расстоянии уступала лишь вечному двигателю.

«ГИПЕРБОЛОИДЫ», КОТОРЫХ НЕ БЫЛО...

Ппять о лазерах», — подумает читатель, увидев слово "«гиперболоид», взятое в кавычки.И верно, в псследнее время сопоставление квантовомеханнческих генераторов и аппарата инженера Гарина стало почти традиционным. Однако на этот раз речь пойдет не о лазерах, а именно об установках, послуживших прототипом гиперболоида.

Простейшая конструкция такого аппарата приписывается Архимеду, который больше 2 тысяч лет назад якобы ухитрился сжечь римский флот с помощью зеркал, отражающих лучи солнца в одну точку. Однако история эта столь сомнительна, что советский оптик профессор Г. Г. Слюсарев считает ее выдуманной каким-то средневековым изобретателем, который ссылкой на столь высокий авторитет пытался придать значимость своим собственным опытам в светотехнике.

Сравнительно несложные расчеты показывают, сколь мала вероятность того, что Архимед действительно мог совершить приписываемый ему подвиг. Для мгновенного воспламенения дерева требуется температура в 1500° С, которая может быть достигнута лишь тогда, когда на каждый квадратный сантиметр поверхности падает излучение мощностью в 100—150 вт. Солнечные же лучи вблизи земной поверхности несут мощность лишь в 0,14 вт на квадратный сантиметр. Если на их пути поставить поглощающий экран, он начнет нагреваться. По мере повышения температуры экран излучает все больше и больше энергии, пока, наконец, не установится равновесие между излучаемой и поглощаемой мощностью. Поверхность, покрытая сажей или черным барха-эм поглощает 96—99% падающих на нее солнечных лучей Квадратный сантиметр такой поверхности излучает при температуре 120° С те же 0,14 вт мощности. Ясно, что с помощью прямых солнечных лучей никакое тело на поверхности земли не может быть нагрето выше этой температуры. Однако оптические системы, направляющие солнечные лучи с большой поверхности на маленькую площадку, позволяют увеличить мощность и повысить температуру освещаемого тела.

Теоретически осуществление прибора для сжигания на расстоянии, безусловно, возможно. Однако законы оптики утверждают, что при заданном источнике излучения и задан

ной дальности единственный способ повысить температуру цели — это увеличить поперечные размеры системы. Поджечь сухое дерево на расстоянии 30 м можно с помощью вогнутого зеркала диаметром 3 м. Но чтобы сделать то же самое на расстоянии 1 км, диаметр системы необходимо увеличить до 500—700 м. Уже одно это сводит к нулю достоинства такой системы как оружия.

«Позвольте, — может сказать читатель, — все эти рассуждения не имеют отношения к гиперболоиду инженера Гарина, ёедь его устройство не было простым отражателем. Вспомните, как с помощью своего аппарата он сжимал в тончайший световой шнур излучение от пламени обычной' свечи, прожигавшее насквозь стальные плиты».

Вот здесь-то А. Толстой и преступил границы научной достоверности, ибо с помощью оптической системы невозможно получить температуру большую, чем температура источника света. Другими словами, какие бы «оптические манипуляции» ни производились со светом свечи, температура пламени которой 1000° С, с ее помощью невозможно плавить сталь. Точно так же в фокусе самых гигантских зеркал невозможно получить температуру выше, чем на поверхности солнца, то есть выше 6000°.

ВСЕПРОЖИГАЮЩИЙ «ЗАЙЧИК»

И все же идея сжигания на расстоянии (в отличие от идеи вечного двигателя) в принципе не порочна. Вся беда в том, что, гонясь за военным применением таких систем, изобретатели пытались приспособить их к условиям, где они заведомо были невыгодны. Но когда отказывались от мысли о военном использовании с его непременным требованием дальности действия, сразу же выяснялись чрезвычайно важные и перспективные области применения otj жа ель-ных устройств. Уже сейчас работают мощные установки, которые не только могут сжигать дерево, но и добела раскалять огнеупоры, плавить и испарять самые тугоплавкие металлы. И все это на расстоянии, правда не превышающем поперечные размеры системы. Так, 400 м — небольшое расстояние по сравнению с размерами стадиона. Поэтому, по мнению американского физика Пирса, болельщики могут буквально сжечь неугодного им судью. Им надо лишь запастись кусками картона с наклеенной на них фольгой и разом направить все солнечные зайчики в одну точку. В таком случае чаша стадиона окажется гигантским вогнутым зеркалом вроде тех, которыми ученые пользуются уже не одно столетие.

Было время, когда солнечные установки считались источниками самых высоких температур. Линзы и зеркала давно использовались учеными для расплавления металлов, сжигания трудновоспламенимых веществ. Но самый поразительный зажигательный прибор построил в 1747 году французский естествоиспытатель Бюффон. 168 зеркал, подвижно закрепленных в общей оправе, поджигали дерево на расстоянии 60 м; на 40 м они плавили свинец; на 18 — серебро. На этой же установке были проведены и первые химические исследования.

Спустя 27 лет Лавуазье для доказательства того, что алмаз является углеродом, построил д| ухлинзовую солнечную печь. Гигантские линзы диаметром 88 и 130 см он изготовил из выпуклых стекол, пространство между которыми было заполнено спиртом. На этой yci ановке Лавуазье плавил даже платину, достигнув рекордной температуры в 1750° С.

Позднее, с появлением электрической дуги, солнечные печи утратили «высокотемпературную» монополию, но они применяются и до сих пор благодаря своим очень важным качествам.

Современные гелиопечи, конечно, мало похожи на нехитрые устройства ученых прошлого. На Пиренеях, например, сооружена гигантская установка с десятиметровым параболоидом, набранным из 3500 маленьких стеклянных зеркал. Диаметр солнечного «зайчика» — 50 мм, а его температура — 3400° С. Мощность установки — 75 квт — достаточна Для того, чтобы плавить 60 кг стали в час. Сталь, полученная в этой сравнительно дорогой печи, абсолютно «стерильна». Ведь солнечные лучи можно фокусировать сквозь стекло или кварц внутрь камеры, где металл находится в вакууме или атмосфере защитного газа. В выплавленном таким методом металле удается избавиться от загрязнений и примесей, неизбежных при других методах плавки. Регулируется солнечная печь довольно просто: часть ее зеркап затеняют и этим сразу же снижают температуру.

Солее крупные гелиоустановки позволят довести температуру до 4700° С, а количество расплавляемого металла —

35