Создан наногенератор для микроскопических устройств

Нужно ли человеку лететь на Марс? (В. Сурдин, Наука и жизнь)
gazeta59@bk.ru
Выпуск № 81
Трудно найти более преданных фанатов космонавтики, чем астрономы моего поколения: рожденные в начале 1950х, мы входили во взрослый мир вместе с первым советским спутником (1957) и полетом Гагарина (1961), а заканчивали
школу и выбирали профессию в годы потрясающих экспедиций американских "Аполлонов" на Луну (1969-1972). Для большинства из нас именно
эти события определили выбор профессии. Казалось бы, перспектива экспедиции на Марс должна воодушевлять именно нас. Однако большинство астрономов, в том числе и я, скептически смотрят на эту затею. Почему?
Ответ прост: если затевается дорогостоящее предприятие, то в первую очередь следует задать вопрос: кому это нужно? Руководители
нашей космонавтики заявляют: "Особенность российской космической промышленности такова, что для ее сохранения такие проекты необходимы..." Тут самое время вспомнить один из бессмертных законов Паркинсона: для чего бы ни было создано учреждение (министерство, отрасль промышленности и т. п.), в конце концов оно начинает работать только для самосохранения. Великие проекты дают великие возможности... их руководителям. Многим из нас памятны грандиозные затеи наподобие поворота сибирских рек. А если говорить конкретно о затевающей полет на Марс РКК "Энергия", то мы знаем, чего стоило создание так и не полетевшей ракеты Н-1 и как напрягалась вся страна, чтобы построить советский шаттл "Буран". И где же он теперь? Где те "передовые российские технологии", которые разрабатывались для этого монстра?
Не хочу бить по больному месту. Мне так же трудно об этом писать, как создателям "Бурана" будет обидно читать эти строки. Как-никак, а
"Буран" все же был создан и даже совершил один полет. Тогда мы последний раз доказали всему миру, что МОЖЕМ, когда очень захотим. А
американцы и европейцы в те же годы без лишнего шума запускали один за другим относительно недорогие и очень умные зонды, долетевшие
до всех крупных планет Солнечной системы и сделавшие практически все открытия
первого уровня, "снявшие сливки" научных сенсаций. Можно сказать, что на межпланетных просторах "открытие Америки Колумбом" уже состоялось. Если же говорить
конкретно о Марсе, то впереди у нас детальное и кропотливое исследование этой интереснейшей планеты, более других похожей на Землю. Но нужно ли для этого посылать на Марс человека?
С точки зрения астрономов и планетологов, экспедиция людей на Марс - бессмысленная трата сил. Не будем обсуждать риск для экипажа: смельчаки всегда найдутся. Посмотрим на эту идею с точки зрения "затраты - прибыль". Такое чрезвычайно
Панорамный снимок марсианской поверхности, полученный
американским марсоходом Спирит в районе кратера Гусева. дорогостоящее предприятие позволит провести краткое (две недели? год?) изучение
Вогнутая форма поверхности – результат искажений, возник- одной крошечной области на поверхности планеты. Будут установлены метеостанции,
ших из-за того, что аппарат был наклонен вперед под углом сейсмографы и доставлены на Землю образцы грунта. Все это с гораздо меньшими
27 град. В реальности каменистая площадка, названная Home затратами и большим размахом могут сделать автоматы. Стоимость пилотируемой и
Plate (Домашнее плато), относительно ровная. Панорама, ох- автоматической экспедиций на Марс несопоставима: экспедиция с людьми обходится
ватывающая угол зрения в 160 град, представляет собой ком- почти в 100 раз дороже!
бинацию 246 отдельных изображений, полученных с испольМарс - хоть и небольшая, но весьма разнообразная планета. Кто может сказать,
зованием шести различных фильтров. Цвета близки к натугде должны высадиться космонавты: в горах или ущельях, в экваториальной пустыне
ральным (фото: NASA/JPL-Caltech/USGS/Cornell)
или у снеговых полярных шапок? А десятки автоматических лабораторий можно разбросать по всем уголкам планеты. В сотни мест можно
сбросить пенетраторы - небольшие аппараты, жестко врезающиеся в поверхность и проникающие на глубину в несколько метров. Они будут
работать годами и посылать на Землю уникальную информацию без риска для людей и бюджета страны.
В 1997 году американский зонд "Марс Пасфайндер" совершил мягкую посадку на Марс и доставил туда прямо-таки игрушечный самоходный аппарат "Соджорнер", который в течение нескольких месяцев чрезвычайно эффективно исследовал поверхность планеты вблизи места посадки. В начале 2004 года опустились на Марс и уже третий год успешно работают там американские марсоходы "Спирит" и "Оппортьюнити".
Оснащенные прекрасной научной аппаратурой, они прошли десятки километров геологического маршрута под управлением опытнейших планетологов, совершили множество открытий без какого-либо риска для здоровья людей и за весьма умеренные деньги. А на Земле уже испытаны
значительно более подвижные, живучие и интеллектуальные роботы, способные к длительным автономным экспедициям по поверхности Марса, к сбору образцов грунта, их анализу и даже доставке на Землю. Автоматы уже привезли нам образцы вещества комет и межпланетную пыль,
скоро прибудет вещество с астероидов, а доставка марсианского грунта запланирована на 2014-2016 годы; впрочем, это может произойти уже в
2011-м.
Разреженная атмосфера Марса, с одной стороны, позволяет использовать в качестве носителя научных приборов аэростаты, а с другой не мешает детально исследовать с орбиты поверхность планеты. С борта искусственных спутников Марса можно составить детальнейшую карту поверхности, на которой будут видны все бугорки размером более ладони. Именно такая задача стоит перед "Орбитальным разведчиком"
(Mars Reconnaissance Orbiter), который летит сейчас к Красной планете.
К сожалению, все это не наши проекты. Мы так и не научились делать легкие и надежные автоматы, способные после длительного космического полета исследовать далекие планеты. И ведь самое обидное не в том, что нам это не по силам: отечественные аппараты первыми и
очень неплохо исследовали Луну и Венеру. Просто в нашей стране никогда не было потребности в изощренных, долгоживущих научных приборах, способных вернуть новыми знаниями вложенные в них деньги. Советская система требовала мощной военной техники, для создания которой денег не жалели. На это же работала и космическая отрасль. Ей и сейчас для "жизнедеятельности организма" необходимы огромные финансовые вливания, а что это дает нашей не самой благополучной стране, не совсем ясно.
До сих пор я сознательно не произносил слова "престиж". Не потому, что это маловажное понятие. В 1960-е годы именно "престиж" заставил американцев долететь до Луны. Но станет ли для нашей страны престижной экспедиция на Марс? Поймут ли сограждане, зачем потрачены десятки (в лучшем случае!) миллиардов долларов? Способен ли каждый наш житель отдать несколько месячных зарплат на то, чтобы несколько крепких парней прогулялись по Марсу? Напомню: настоящие ученые останутся на Земле, а полетят летчики и инженеры, основным занятием которых будет ремонт космического корабля, а не поиски жизни на Марсе.
Кстати, о жизни. До сих пор не ясно, есть ли она на Марсе и была ли она там в прошлом. Но ежели мы занесем туда земную органику, то
уже никогда не сможем разобраться с собственно марсианской жизнью. Поэтому до тех пор, пока Марс подробно не исследуют автоматы, путь
человеку туда заказан.
Я не исключаю даже, что пилотируемые космические аппараты - это такая же тупиковая ветвь техники, как дирижабли графа Цеппелина
или батискафы Пикара. В свое время эти аппараты были великими достижениями инженерного искусства, но их век быстро истек, идеи не получили развития, иные направления оказались перспективнее. Развитие микромеханики и микроэлектроники вполне ясно указывает нам даль-
нейшие пути развития космонавтики - автоматы, причем все более миниатюрные, дешевые и умные.
Как мы помним, никто из ученых не был против того, чтобы ради политических амбиций люди побывали на Луне: 40 лет назад эти экспедиции действительно принесли пользу науке и при этом не повредили природу Луны. Однако сегодня, когда речь заходит о Марсе, мнение ученых совсем иное. Марс - уникальный заповедник, возможное пристанище (или хранилище останков) внеземной жизни. Пока на Марс можно допускать только тщательно стерилизованную технику и необходимо полностью исключить его контакты с земной биосферой.
Разумеется, рано или поздно пилотируемая экспедиция на Марс состоится. Быть может - всего одна. Человека трудно удержать от желания ступить ногой на край Ойкумены. Но, как говорится, всему свое время. В ближайшие десятилетия Марс будут исследовать роботы. А там
посмотрим...
Создан наногенератор для микроскопических устройств (www.membrana.ru)
Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang), профессор школы материаловедения и инжиниринга института технологии Джорджии (School of
Materials Science and Engineering), создал наногенератор, способный вырабатывать крошечное количество электричества из внешних механических возмущений — потока воды или воздуха, других источников механической энергии.
При помощи процесса осаждения пара сложного состава на подложке из сапфира, предварительно покрытого наночастицами золота в
качестве катализатора, профессор Ван и его коллеги сумели вырастить на крошечном пятачке "лес" из вертикально стоящих нанопроводков из
оксида цинка (пьезоэлектрик и полупроводник). Столбики эти имели размеры от 200 до 500 нанометров в длину и от
20 до 40 нанометров в диаметре. Шаг проводов составлял приблизительно 100 нанометров. Плёнка оксида цинка также возникала на поверхности подложки, создавая электрическое соединение для всех нанопроводников.
По замыслу авторов проекта, наногенераторы, такие как этот прототип, будут производить ток по мере того, как
внешние возмущения будут сгибать и затем отпускать нанопровода (примерно, как сгибаются и разгибаются упругие
шерстинки, когда вы проводите рукой по ковру). Используя наконечник атомного силового микроскопа для сгибания
этих столбиков, Ван показал, что они действительно производят напряжение, как пьезоэлектрики.
Решётку из таких проводков, или "коврик", можно изготовить куда меньшего размера — в масштабе нескольких
микронов. Тогда эти генераторы можно встроить в разнообразные сверхминиатюрные устройства. Вроде датчиков в
Профессор Ван держит теле пациента. "Наши тела способны преобразовывать химическую энергию глюкозы в механическую энергию муспервый прототип наноге- кулов, — пояснил Ван, — эти наногенераторы могут взять эту механическую энергию и преобразовать её в
рератора. Внизу - поверхность наногенерато- электрическую для того, чтобы приводить в действие устройства в теле. Это может открыть огромные возра при большом увели- можности для вживляемых медицинских устройств".
Кстати, для подобных приборов есть ещё два любопытных новейших варианта получения энергии: переработка
чении (фотографии Gary
Meek и Z.L.Wang).
энергии электромагнитного фона технической цивилизации и топливные элементы, работающие на крови.
Южный полюс Венеры впервые позирует аппарату Venus Express (www.membrana.ru)
Европейский аппарат Venus Express передал первые кадры Утренней звезды. И они уже преподнесли сюрприз. Эти снимки были выполнены 12 апреля (почти сразу после прибытия космического посланника Европы на место своей работы) с расстояния 206,452 тысячи километров от планеты.
Учёные особенно были заинтригованы тёмным вихрем, находящимся почти точно над южным
полюсом Венеры. Эта облачная структура предварительно "подозревалась", но до сих пор ещё никогда не снималась космическими аппаратами. Она удивительно соответствует аналогичной структуре
над северным полюсом.
Специалисты миссии довольны, что включение ряда научных инструментов спутника прошло
без задержки, и комбинированный спектрометр видимого и инфракрасного диапазона поставляет такие тонкие детали атмосферы.
Разрешение этого снимка южного полюса составило 50 километров на пиксель (кадр в высоком разрешении — тут, JPEG). Но команда Venus Express подчёркивает — далее аппарат ещё сильнее приблизится к планете, и разрешение съёмки увеличится в 100 раз.
На дневной стороне кадр показывает солнечный свет, отражённый от вершин облаков, летящих приблизительно в 65 километрах выше поверхности планеты. Вечерняя половина отснята через
ИК-фильтр на длине волны 1,7 микрона, и в основном показывает динамические спиральные структуры облаков в более низкой атмосфере, приблизительно на 55-километровой высоте. Более тёмные
области соответствуют толстому облачному покрову, в то время как более яркие — тонкому, позволяющему видеть тепловую радиацию поверхности Венеры.
Южный полюс в искусственных цветах. Слева солнечная сторона, справа - ночная (фото ESA).
Самому маленькому в мире автомобилю приделали мотор (Компьюлента)
Создав самый маленький в мире автомобиль, учёные из университета Райса на достигнутом не
остановились и приделали наномашине мотор. Модифицированный наномобиль оснащён ротором, который при попадании на него света начинает вращаться и приводить машину в движение. Мотор и молекулярная рама были разработаны Беном Ферингой из Гронингенского университета в Нидерландах, а затем адаптированы под наномобиль.
Наномобиль состоит из жесткого шасси и четырёх свободновращающихся алкиновых осей. Колеса из фуллерена-60, использовавшиеся в предыдущей модели машины, сильно взаимодействовали с
ротором, поэтому их поменяли на сферические молекулы p-карборана. Сейчас мотор уже установлен и
настроен, и учёные проводят испытания автомобиля на ровной поверхности.
Модифицированный наномобиль