Материал: rk0005
E-mail: ra@sea.com.ua http://www.sea.com.ua
26
НОВОСТИ, ИНФОРМАЦИЯ
ность; Gt - усиление передающей антен- |
плекса. Самописцы размещались в от- |
ны; Ac - собирающая площадь прием- |
дельном шкафу внутри помещения. |
ной антенны; Pdet - минимальная мощ- |
В то время транзисторы были еще |
ность, обнаружимая приемной систе- |
крайне несовершенны, их предельные |
мой; к - постоянная Больцмана; Ts - шу- |
рабочие частоты не шли ни в какое |
мовая температура системы; B - шири- |
сравнение с сегодняшними. Поэтому |
на полосы; τ - постоянная времени си- |
"приемник Дрейка" был собран на ра- |
стемы. |
диолампах. |
К 1959 г. радиотелескопы были на- |
Какие же параметры, по мнению |
столько усовершенствованы, что вели- |
Дрейка, должен был иметь инозвездный |
чина R достигла нескольких десятков |
искусственный сигнал? Ведь именно |
световых лет! Знаменитый ученый-ра- |
они определяли структуру приемного |
диоастроном и философ Фрэнсис |
устройства. Было сделано следующее |
Дрейк (США) впоследствии отмечал: |
основное допущение. Мощность искус- |
"... Радиотелескопы стали достаточно |
ственного сигнала как функция време- |
чувствительными для поисков межзве- |
ни непостоянна (сигнал модулирован). |
здных сигналов, что привело к рожде- |
Конечно, вид модуляции предсказать |
нию проекта "ОЗМА" в Национальной |
заранее невозможно. Поэтому было |
радиоастрономической обсерватории. |
сделано еще одно допущение, что мож- |
Согласно этому проекту, велись поис- |
но ожидать некую последовательность |
ки сигналов от двух ближайших звезд |
коротких импульсов. В то же время |
солнечного типа Тау Кита и Эпсилон |
длительность каждого импульса не |
Эридана с помощью 30-метрового ра- |
должна быть слишком малой, чтобы |
диотелескопа. Выбор частоты 1420 МГц |
использовать при приеме "время на- |
был сделан нами по той простой и бес- |
копления τ". Чем оно больше, тем |
спорной причине, чтобы разработан- |
"дальнобойнее" канал межзвездной |
ное оборудование можно было исполь- |
связи. Было принято, что величина τ |
зовать для обычных радиоастрономи- |
должна составлять несколько часов! |
ческих наблюдений, и никто не мог бы |
Коккони и Моррисон к этому време- |
нас обвинить в выбрасывании денег на |
ни имели ряд математических выкладок, |
ветер..." |
согласно которым при обработке полу- |
В том же 1959 г. началась работа по |
ченного сигнала можно определить па- |
созданию аппаратуры для проекта "ОЗ- |
раметры планеты, на которой распола- |
МА", название для которого взято из |
гался бы гипотетический передатчик (в |
знаменитой сказки "Волшебник из стра- |
частности, орбитальную скорость и пе- |
ны Оз". Использовались новейшие (и |
риод обращения вокруг своей звезды). |
вполне реальные) радиотехнические |
Поскольку лучевая скорость передатчи- |
идеи. Фрэнсис Дрейк, возглавивший |
ка по отношению к приемнику при об- |
разработку приемного устройства, вре- |
ращении планеты "Х" вокруг звезды |
мени не терял, и уже к лету 1960 г. спе- |
периодически изменяется, то за счет |
циализированный радиотехнический |
эффекта Доплера, это приводит к де- |
комплекс был готов. |
виации (изменению) частоты сигнала. |
Сравнительно небольшое одноэтаж- |
Анализ этой девиации позволит полу- |
ное помещение, расположенное рядом |
чить важнейшую информацию о про- |
с радиотелескопом Грин Бэнк, было |
должительности года на планете "Х". |
забито сложнейшей аппаратурой до от- |
Оказалось, что дополнительный ана- |
каза. В стандартных экранированных |
лиз сигналов может выявить и другие |
стойках по периметру операторской |
важнейшие данные о природе планеты. |
размещались блоки приемной аппара- |
Так, определив период обращения пла- |
туры и встроенные контрольно-изме- |
неты "Х", можно достаточно уверенно |
рительные устройства, следящие за эле- |
оценить ее массу, а также с помощью |
ктрическими режимами работы ком- |
третьего закона Кеплера найти рассто- |
Конструктор ¹ 5/2000 |
|
яние от планеты до звезды! Это позволило бы оценить температурные условия на поверхности планеты. Все это было глубоко проанализировано при реализации проекта "ОЗМА".
Рассмотрим блок-схему "приемника Дрейка" (см. рисунок). Как уже отме- чалось, в качестве приемной антенны использован радиотелескоп Грин Бэнк
ñдиаметром зеркала 27 м. Для программы "ОЗМА" его модифицировали, смонтировав два дополнительных рупора. При неподвижном зеркале стало возможным обозревать одновременно два различных участка звездного неба! В один из рупоров поступает излучение из узкого участка неба, в котором находится интересующая исследователей звезда, вокруг которой может вращаться планета "Х". В другой - излучение из соседнего участка, который заведомо никаких "подозрений" не вызывает. Если периодически переключать вход приемника от одного рупора к другому, то получится что-то вроде "мигалки". После долгих дебатов Дрейк утвердил ча- стоту переключения входов 5 Гц.
Радиотелескоп периодически "смотрит" то на звезду, то на соседнюю область неба. Если придет гипотетиче- ский сигнал, то "полезный" сигнал, промодулированный импульсами 5 Гц, поступит с антенного узла на входной блок приемника. В качестве предварительного узкополосного УВЧ Дрейк использовал параметрический усилитель на частоту 1420 МГц, охлаждаемый жидким азотом. Ширина полосы параметрического усилителя 300 Гц, и любая девиация частоты входного сигнала могла быть однозначно отнесена к До- плер-эффекту, возникающему при обращении планеты "Х". С его выхода усиленный сигнал подается на вход первого смесителя, где он смешивается с сигналом частотой 1390 МГц. К стабильности этой частоты предъявлялись очень строгие требования, поэтому разработчики поступили следующим образом. Создали кварцевый генератор
ñсобственной частотой 1 МГц. В результате ряда схемно-конструктивных реше-
НОВОСТИ, ИНФОРМАЦИЯ
ний его нестабильность была зафик-
сирована на уровне 10-9 (0,001 Гц). Но даже этого было недостаточно! С помощью блока строжайше выдерживалась фаза колебаний. Сверхкачественный опорный сигнал подалсяся на умножитель частоты - стойку с большим коли- чеством резонансных систем. Нестабильность частоты сигнала 1390 МГц на выходе умножителя не превышала 1,5 Гц!
Малошумящий усилитель первой промежуточной частоты (30 МГц) имел полосу пропускания около 200 Гц (чтобы не "зарезать" Доплер-эффект). С помощью высокостабильного гетеродина сигнал с выхода второго смесителя преобразуется во вторую промежуточную частоту, равную 4 МГц.
Особенностью этой части "приемника Дрейка" являлось то, что полоса УПЧ2 выбрана очень узкой (порядка 10 Гц). Чтобы не "потерять" при этом Доплер-эффект, гетеродин генерирует "качающуюся" частоту, давая возможность УПЧ2 "захватить" узкополосный сигнал, поступаюший далее на третий смеситель. На него заводится также сигнал от отдельного кварцевого генератора, частота которого 4,465 МГц.
Сигнал стандартной промежуточ- ной частоты (465 кГц) усиливается УПЧ3 и поступает на четвертый смеситель, куда поступает сигнал от еще одного генератора "качающейся частоты". Его полоса "качания" - несколько сотен герц при "центральной" частоте 465 кГц.
С выхода УПЧ4 сигнал распараллеливается и поступает в два канала обработки, отличающиеся только шириной полосы сравнения, которая определяется параметрами фильтров. Один из фильтров широкополосный, второй узкополосный, и построены они так, что когда через них проходит широкополосный сигнал, электрические потенциалы на выходах фильтров одинаковы. Будучи поданными на вход дифференциального устройства они дадут на его выходе нулевой потенциал. Но если через фильтры проходит узкопо-
Конструктор ¹ 5/2000
ua.com.sea.http://www ua.com.ra@sea mail:-E
27
E-mail: ra@sea.com.ua http://www.sea.com.ua
28
НОВОСТИ, ИНФОРМАЦИЯ
лосный сигнал, то потенциал на выходе узкополосного фильтра будет больше, чем на выходе широкополосного. На выходе дифференциального устройства появится сигнал, т.е. "приемник Дрейка"воспринимает только узкополосные сигналы, даже в том случае, если они замаскированы широкополосной помехой! Ширина полосы фильтра регулируется, а связанная с этим перестройка приемника не требует много времени. Таким образом, на выходе синхронного детектора будет сигнал только в том случае, когда на вход приемника поступает узкополосный сигнал, направление прихода которого соответствует направлению на исследуемую звезду.
В то время еще не существовало не только персональных компьютеров, но даже удобных экранных систем для отображения полученной информации. Потому в качестве оконечных устройств использовались три самописца. Один из них контролировал "полосу сравнения", другой - "полосу сигнала". А третий, ради которого и строился на грани возможностей радиотехники тех лет "приемник Дрейка", контролировал "канал сигнала межзвездной связи"!..
Наблюдения начались осенью 1960 г. и продолжались почти 11 мес. Стрелка третьего самописца изо дня в день упорно чертила ровную линию...
Искусственные сигналы ни от Тау Кита, ни от Эпсилон Эридана (расстояние от Солнца около 11 световых лет) так и не были обнаружены.
Когда проводился анализ результатов "неудачных" поисков искусственных сигналов, то мнения членов комиссии резко разделились. Стало ясно, что такую величайшую проблему, как СЕТI, одним "кавалерийским наскоком" не преодолеть. Потому что это не столько техническая, сколько философская проблема - где искать и как искать? Конечно, шансы на успех были заведомо невелики. Если в это же время планетой "Х" велись переда- чи в направлении, не совпадающем с
Конструктор ¹ 5/2000
направлением главного лепестка приемной антенны, сигнал не был бы обнаружен. В том же случае, если исследователи задались бы несколько большим радиусом поиска (например, 100 световых лет), было бы совершенно неясно, на какую из десятка тысяч звезд нацеливать антенну. Мы не затрагиваем и еще более глубинную проблему - философскометодологической основы поиска инозвездных сигналов!
Тем не менее с точки зрения электроники и радиотехники создание "приемника Дрейка" - это очень серьезная удача! Был реализован "в металле" ряд замечательных технических идей по проблемам синтеза электронных цепей высокой сложности для создания устройств высочайшей чувствительности, стабильности и точности. Радиотехника обогатилась значительным количеством новых схемно-конст- руктивных решений, поскольку чувствительность сложнейшего радиотехнического комплекса "ОЗМА" была доведена до предельного значения, которое только можно было достичь в те годы. "Приемник Дрейка" позволял обнаружить при воздействии космических помех сигнал, эффективная мощность которого не превышала
1,7õ10-23 Âò/ì2!
Совершенно по-новому были сконструированы сверхстабильные генераторы приемника. Огромным шагом вперед была и автоматика, позволявшая операторам комплекса быстро и надежно управлять устройствами. Это оказало немедленное положительное влияние на развитие радиоастрономической аппаратуры во всем мире, и некоторые технические решения "приемника Дрейка" стали стандартными.
Ламповая радиотехника была доведена в "приемнике Дрейка" до предела своих возможностей и дала в руки исследователей исходные данные, которые позволили приступить к предварительным проработкам неизмеримо более совершенной приемной системы, известной как "проект Циклоп".
Новинки техники
Недавно с помощью радиоэлектроники был нанесен страшный удар по вредным домашним насекомым и грызунам. Одна американская фирма выпустила в продажу прибор, который заставляет тараканов, муравьев, пауков, клещей, мух, мышей и крыс покидать дом. Борьба с противником ведется сразу на двух фронтах. Во-первых, в комнатной проводке дома наводится электромагнитное поле. Во-вторых, удар по врагу наносят акустическим путем. Два мощных динамика излучают ультразвуковые колебания с уровнем 120 дБ. Их частота не воспринимается ухом человека, но непрошенных обитателей дома вынуждает бежать прочь. Интересно, что динамики включают через случайные промежутки времени. По мнению фирмы, именно это мешает насекомым и грызунам "привыкнуть" к ультразвуку. Немаловажная деталь – кошки, собаки и другие домашние животные не разбегаются вместе с мышами и тараканами. И еще надо отметить особую гуманность прибора – он не уничтожает противника, а просто заставляет его отступить на новые позиции. Куда? Ну, например, к соседу. Чтобы и он купил чудо-прибор...
* * *
Хитроумные японцы разработали и выпустили в продажу весьма оригинальный приборчик – электронную сваху. Малогабаритное устройство (9х4 см) снабжено микропроцессором и приемопередатчиком с дальностью действия около 20 м. Купив такую игрушку, мужчины и женщины программируют ее, вводя свои основные "параметры", а также требования к партнеру. Кроме того, указывают цель знакомства – от невинного желания поболтать до серьезных брач- ных намерений. Затем хозяин игрушки включает ее, кладет в карман и выходит на улицу. Навстречу ему идет девушка его мечты с таким же электронным прибор- чиком. Приборчики вступают в связь и при определенном совпадении их программ подают звуковой сигнал. А далее все развивается по извечным законам природы. Приборчик приобрел популярность. Им заинтересовались и в некоторых странах Европы. Так что мы стоим на пороге новой революции в области общения людей друг с другом.
* * *
Фирма "Тайгер Электроникс" разработала новый вариант игры в настольный теннис. Над столом установлен источник лазерного излучения. Его луч и играет роль теннисного шарика. Ракетки игроков имеют специальное покрытие, отражающее падающий луч на другую половину стола. Все это сопровождается звуковыми эффектами, имитирующими удар «шарика» о ракетку и поверхность стола.
Материал подготовил И.Гусаченко
НОВОСТИ, ИНФОРМАЦИЯ
Знаете ли Вы, что...
"Здрафтвуйте, Седор Феменович! Седор Феменович, фкажите, любите ли Вы вкуфные фадовые яблоки?” В этой фразе нет опечаток. Не правда ли, выглядит смешно? Но попробуйте передать их по телефону, и Ваш собеседник будет уверен, что он слышал: "Здравствуйте, Федор Семенович! Федор Семенович, скажите, любите ли Вы вкусные садовые яблоки?" Такая удивительная неспособность заметить умышленные искажения речи связана с особенностями нашей речи и слуха. Обычный городской телефон пропускает полосу частот примерно 250–3000 Гц. Более высокие частоты он не воспроизводит. Поэтому при разговоре по телефону до нашего слуха доходит лишь часть звуковых колебаний, необходимых для распознавания того или иного звука. Мы различаем ряд согласных только по смыслу передаваемого слова и по привыч- ке воспринимать их как те согласные, которые должны стоять в этом слове.
* * *
Глаз человека и радиоприемник – приборы одинакового назначения. И тот и другой являются приемниками электромагнитного излучения. Различие только в частоте (длине волны). Длина волны радиоволн – от миллиметров до десятков километров, а оптические волны имеют длину 0,4–0,7 мкм. Наиболее легко сравнимым показателем радиоприемника и глаза является их чувствительность. Чувствительность че- ловеческого глаза определена очень точно. Наш глаз реагирует на освещенность около 10 лк, что соответствует электромагнитному полю интен-
сивностью 1,5•1012 Âò/ì2. Чувствительность приемника 1-го класса должна быть не хуже 50 мкВ, т.е. мощность поля у приемной антенны равна
1,3•10-13 Вт. Это примерно в 10 раз чувствительнее глаза. Интересно, что полоса частот, воспринимаемая глазом
4•1014–8•1014 Гц, тогда как вся полоса частот, используемая радиотехни-
кой, охватывает полосу частот 105 – 3•1011 Гц, т.е. в миллионы раз меньше.
Конструктор ¹ 5/2000
ua.com.sea.http://www ua.com.ra@sea mail:-E
29
E-mail: ra@sea.com.ua http://www.sea.com.ua
30
МЕХАНИЗМЫ
"Бесшатунный двигатель"
Принцип устройства и преимущества
Âстатье "Двигатель внутреннего сгорания - возможности совершенствования" (см. РК2/2000, с.36) рассказывалось о принципах совершенствования ДВС. Статья не осталась без внимания, и редакция получила письма с просьбой продолжить тему . Об устройстве двигателя на базе бесшатунного силового механизма и его достоинствах рассказывается в предлагаемой Вашему вниманию статье.
Âоснову схемы "бесшатунного двигателя" заложен принцип возвратнопоступательного точного механизма (рис.1). По шестерне 1 с внутренним за-
цеплением обкатывается шестерня 2, диаметр которой равен половине диаметра начальной окружности шестерни 1. Начальная окружность - условная окружность, от которой идет расчет остальных параметров шестерни для того, чтобы зубчатое зацепление работало исправно. Отношение количества зубьев этих шестерен равно 1/2.
Точка С при движении без скольжения окружности с центром в точке В
В.Н. Балбышев, г. Киев
внутри окружности с центром в точке А будет совершать прямолинейное возвратно-поступательное движение при единственном, но непременном условии - радиусы этих окружностей должны быть в пропорции 1:2.
В классическом четырехзвенном кривошипно-шатунном механизме действуют те же правила тригонометрии, но при вдвое больших габаритах. В нашем случае сам кривошип как бы складывается пополам, и одна из его половинок выполняет функцию шатуна. При этом она освобождается от раскачивающих сил, свойственных шатуну.
Именно по этим признакам автор первого в мире подобного двигателя Сергей Степанович Баландин назвал свою конструкцию бесшатунным силовым механизмом (БСМ). Это вполне оправдано с точки зрения правил лингвистики, так как слово шатун образовано от глагола шатать. В английском языке, например, слова шатун нет. Есть понятие connecting road, что переводится как связующее звено между поршнем и валом. Но вернемся к механике.
Ðèñ.1 |
Ðèñ.2 |
Конструктор ¹ 5/2000