Содержание
Незаметные сложности ракетной техники. Часть 2: Твердотопливные двигатели / Хабр
В комментариях к первой статье мне справедливо указали, что я совсем не рассказал о твердотопливных двигателях, которые применяются в космонавтике. Действительно, в одну статью даже простой ликбез не влез. Поэтому приглашаю желающих почитать продолжение.
Предания старины глубокой
Черный (дымный) порох изобрели китайцы в девятом веке. И уже в одиннадцатом веке появляются документальные свидетельства о создании боевых ракет на черном порохе («Уцзин цзунъяо» 1044 год ):
Обратите внимание на дизайн ракеты по центру. Эта компоновка боевых ракет оставалась неизменной восемьсот с лишним лет, до начала двадцатого века, а фейерверки с ней производятся до сих пор!
Человеческая мысль не стояла на месте. Уже в 1409 году в Корее додумались до системы залпового огня (Хвачха):
Также есть легенда о китайском чиновнике Ван Ху, который приблизительно в шестнадцатом веке собрал аппарат из кресла, двух змеев (не во всех вариантах легенды) и сорока семи ракет (очевидно, от снарядов типа Хвачхи):
Увы, тогдашние изобретатели были бесстрашны от незнания, про методику лётно-конструкторских испытаний не думали, и страдали излишним оптимизмом.
Поэтому первое испытание оказалось последним. Когда стих рёв двигателей, и рассеялся дым, ни Ван Ху, ни его аппарата не нашли.
Ракеты вместе с завоевателями с Востока (монголы, османы) пришли в Европу. Само слово «ракета» — от итальянского «маленькое веретено». С различной интенсивностью ракеты применялись по всей Европе и Азии.
Следующим заметным этапом была четвертая англо-майсурская война (1798—1799). Ракеты Майсура впервые в мире имели стальную оболочку, различное назначение (зажигательные, противопехотные с режущими кромками) и массированно использовались. Корпус ракетчиков Типу Султана насчитывал пять тысяч человек.
Впечатленные англичане, к тому же захватившие в Серингапатаме в качестве трофеев сотни ракет, решили воспроизвести технологию. Так родились ракеты Конгрива, которые широко использовались в наполеоновских войнах и последующих конфликтах, и даже просочились в гимн США.
Начиная с середины девятнадцатого века нарезная артиллерия начала выигрывать у ракет и по дальности и по точности, а залповое применение по типу Хвачхи было забыто.
Поэтому боевые ракеты постепенно сходили со сцены, однако, даже в Первой мировой войне они ещё использовались. На фотографии французский «Ньюпор-16» с ракетами «Le Prieur» для борьбы с дирижаблями и воздушными шарами. Несмотря на электрозапал и установку на самолёте, это старые добрые пороховые ракеты такой же компоновки, что и у китайцев одиннадцатого века.
Выезжала на берег «Катюша»
Ракеты на черном порохе не стали сложней и мощней из-за ограничений самого пороха. Нельзя было сделать пороховую шашку с устойчивыми параметрами в партии, большого калибра, и горящую хотя бы пару секунд. Для развития твердотопливных ракет требовался новый материал. В конце девятнадцатого века был изобретен бездымный порох. Однако на артиллерийском бездымном порохе ракету сделать не получалось. Начались поиски бездымных ракетных порохов.
Наибольшего успеха в этом деле добилась Газодинамическая лаборатория Тихомирова и Артемьева в СССР. Они создали т.
н. баллиститный порох, из которого уже можно было сделать достаточно большие шашки и поставить их в реактивные снаряды. К тому же вовремя вспомнили про идею залпового огня. Так родились «Катюши» — снаряды РС-82 и РС-132 для авиации, М-8 и М-13 для наземных установок. Более подробно про пороха, их виды и производство можно почитать здесь.
Успехи технологии привели к тому, что во время Второй мировой войны СССР активнее других стран использовал боевые ракеты на твердом топливе. Оружие оказалось очень эффективным, применялось с воздушных, наземных, корабельных носителей, были разработаны новые модификации большей дальности или калибра.
Стойкий смесевой сержант
Баллиститный порох имел свои физические ограничения. Максимальный диаметр шашки измерялся в сантиметрах, а время горения — в секундах. Даже если бы фон Браун хотел, он не смог бы сделать Фау-2 на баллиститном порохе. Нужен был новый вид твердого топлива. Им стало т.н. смесевое топливо («rubber fuel»).
В 1942 году Джон Парсонс создал первые экземпляры двигателей на смесевом топливе, используя асфальт. А эксперименты с компонентами обнаружили, что наиболее эффективным топливом является смесь перхлората аммония (окислитель), алюминия и полиуретана (горючее) и полибутадиена для улучшения параметров горения, формования и хранения двигательной шашки. Первой ракетой с двигателем на смесевом топливе стала MGM-29 «Сержант» (первый полёт — 1956 г), двигатель которой имел диаметр 0,7 метра и работал 34 секунды. Это был качественный прорыв — ракета массой 4,5 т. и длиной 10 м. могла забросить боеголовку весом 0,8 т на 135 км, и не требовала колонны автомашин с компонентами топлива и десятки минут на заправку.
После ракет средней дальности была разработана МБР «Минитмен» на смесевом топливе. Её преимущества можно увидеть, сравнивая с похожими советскими проектами. Дело в том, что в СССР Королёв попытался создать баллистическую ракету на баллиститном порохе (РТ-1) и на смесевом топливе советской рецептуры с худшими характеристиками (РТ-2).
Сравнение характеристик очень наглядно:
Обратите внимание на то, что в ракете РТ-1 пришлось делать фактически сборку из четырех отдельных двигателей из-за ограничений на диаметр шашки баллиститного пороха. У РТ-2 и «Минитмена» шашка одна, большая, но на первой ступени 4 сопла.
Особенности твердотопливных двигателей
Возможность создать двигатель очень большой тяги
Самым мощным ракетным двигателем в истории был твердотопливный ускоритель «Спейс Шаттла». Его начальная тяга составляет 1250 тонн, а пиковое значение достигает 1400 тонн, что приблизительно в 1,8 раз больше тяги самых мощных ЖРД (F-1 и РД-170). Самый мощный из эксплуатируемых двигателей тоже твердотопливный — это боковые ускорители «Ариан-5», их тяга составляет 630 тонн.
Профиль тяги задается при конструировании
ЖРД можно дросселировать — менять величину тяги, иногда в весьма большом диапазоне. Твердотопливный двигатель горит неуправляемо, и величину тяги можно регулировать только с помощью внутреннего канала специального профиля.
Разные профили канала позволяют иметь разные профили тяги во времени:
Невозможность аварийного выключения
После того, как РДТТ включился, выключить его нельзя. На боковые ускорители «Спейс Шаттла» ставили заряды взрывчатки, чтобы в случае катастрофического отказа они не летели в произвольном направлении. Все полёты шаттлов проходили с людьми, и знание того, что в бункере сидит специальный человек (RSO), который взорвёт ускорители в случае аварии, добавляло нервозности. Боковые ускорители «Челленджера» в катастрофе 1986 года не были повреждены взрывом центрального бака и были подорваны несколько секунд спустя.
Невозможность повторного запуска
Вытекает из предыдущего пункта. На каждое включение надо иметь отдельную ступень с двигателем. Это важно для разгонных блоков, которые должны включаться уже в космосе несколько раз.
Отсечка тяги
При необходимости выключить досрочно нормально работающий РДТТ (например, при разгоне до нужной скорости при стрельбе на неполную дальность), единственное, что можно сделать — это т.
н. отсечка тяги. Специальные заряды вскрывают верхнюю часть камеры сгорания, обнуляя тягу. Двигатель ещё работает некоторое время, но пламя вырывается с обеих сторон, что, фактически, не добавляет скорости.
Меньший удельный импульс
Удельный импульс (мера эффективности топлива) РДТТ ниже, чем у ЖРД. Это приводит к тому, что в боевых МБР обычно на одну ступень больше. Жидкостные УР-100 и Р-36 имеют две ступени, что оптимально по баллистике, а на твердотопливные «Тополя» приходится ставить три ступени. Поэтому массовое совершенство РДТТ хуже.
Простота изготовления и эксплуатации
После заливки топлива в камеру сгорания оно становится похожим на резину по консистенции и не требует дополнительных операций. В отличие от разгонных блоков на ЖРД, которые надо заправлять и проверять на космодроме, разгонные блоки с РДТТ приходят готовые от производителя. Боевые ракеты с РДТТ также приходят от производителя готовыми и стоят на дежурстве десятилетиями, не требуя дополнительных операций с топливом со стороны персонала.
Справедливости ради необходимо отметить, что боевые МБР с ЖРД также приходят от производителя «ампулизованные», не требуя заправки в шахте.
Сложность механизмов управления
В ЖРД можно отбирать компоненты после ТНА и использовать их в гидравлических рулевых машинах для отклонения сопла. В РДТТ такой возможности нет, поэтому приходится ставить мощные аккумуляторы или генераторы для рулевых машин. Например, на твердотопливном ускорителе «Спейс Шаттла» стояли специальные газогенераторы, сжигавшие гидразин из отдельных баков и питавшие гидравлические рулевые машины, которые отклоняли сопло для управления полётом. На ТТУ РН «Титан-4» стояли баки с тетраксидом азота, который несимметрично впрыскивался в сопло через управляемые форсунки, создавая асимметрию тяги.
На разгонных блоках приходится ставить отдельные двигатели ориентации на жидком топливе, а на время работы двигателя обеспечивать стабилизацию раскруткой.
Невозможность регенеративного охлаждения
Стенки камеры сгорания изолированы ещё не сгоревшим топливом, это безусловный плюс РДТТ, но с соплом ситуация обратная.
Дело осложняется тем, что температура горения твердого топлива выше, а продукты сгорания обладают гораздо большим, нежели в ЖРД, эрозионным эффектом. Сопло разъедается продуктами сгорания, что ещё ухудшает параметры двигателя из-за нарушения геометрических параметров сопла. Без потока компонентов, которыми можно охлаждать сопло, приходится придумывать другие методы. Их два — охлаждение излучением и испарением (абляцией). Критическое сечение (самая узкая часть сопла, там наибольшие нагрузки) выполняется из очень твердых и жаропрочных материалов (специально обработанный графит), менее нагруженные части — из теплостойких материалов. Более подробно можно почитать здесь.
Но эти решения имеют свою цену — сопло РДТТ тяжелее, чем у ЖРД. Очень хорошо это видно на фотографиях из этого хабрапоста:
Слева ЖРД, справа РДТТ
Заключение
В современной ракетной технике РДТТ нашли четыре основные ниши:
- Военные ракеты. РДТТ обеспечивают высокую боеготовность, простоту и надежность двигателей межконтинентальных и прочих ракет.
- Стартовые ускорители. Возможность создать очень мощный и дешевый двигатель используется, когда необходимо оторвать от земли более эффективный, но менее мощный ЖРД.
- Разгонные блоки. Распространенность, простота, надежность, освоенность промышленностью, легкость хранения привели к широкому использованию РДТТ в качестве разгонных блоков в США. Удельный импульс РДТТ всего на ~10% меньше, чем у пары гептил/амил (масса РБ IUS даже меньше «Бриза-М» из-за меньшей широты космодрома), а в полтора раза более эффективные водород/кислородные блоки не использовались в «Спейс Шаттлах», которые не так давно выводили большое количество спутников.
- Фейерверки и ракетомоделизм. Простота изготовления маленького РДТТ привела к тому, что ракеты используются в фейерверках (там почти наверняка черный порох) и в ракетомоделизме. Простые составы домашнего производства или покупные (есть стандартные в магазинах) позволяют делать небольшие ракеты для развлечения и обучения.
P.S. Ещё будет третья часть. Про виды жидкого топлива, размеры ступеней, стартовые сооружения и деньги. Не очень скоро — через одну статью.
Чего нам ждать от китайских автокомпаний: колонка Андрея Дорофеева
«Скоро мы все пересядем на китайские автомобили!» — нередко утверждают те, кого восхищает бурное развитие китайского автопрома. «Слышим об этом уже 5 или 10 лет», — иронизируют их оппоненты. Но чего на самом деле ожидать от китайских автоконцернов в ближайшие годы и какие возможности у них уже сейчас есть на рынке Таможенного Союза? Свой прогноз в авторской колонке на нашем сайте даёт эксперт, топ-менеджер автоиндустрии Андрей ДОРОФЕЕВ.
Китайские автомобили уже не первый год вызывают горячие споры среди отечественных автомобилистов, дилеров и автомобильных журналистов. Кому-то они не нравятся, у кого-то – вызывают восторг. Но факт остаётся фактом: в России они прижились (в основном усилиями четвёрки лидеров среди легковушек – Geely, Ghery, Haval (GWM) и Changan) и продолжают увеличивать своё присутствие.
Как писали ранее «Китайские автомобили», доля автобрендов из КНР в сегменте легковых автомобилей выросла за 2021 год почти в 2 раза — с 3,7% до 6,9%. Реализовано более 115 тысяч штук — впечатляющий результат китайской сборной!
- Мы пересчитали всех «китайцев». Полная статистика продаж автомобилей в РФ в 2021 году
А недавняя встреча лидеров России и Китая в день открытия Пекинской Олимпиады лишь подтвердила стратегическое намерение двух сторон – углублять и расширять сотрудничество, в сфере автомобилестроения в том числе. В связи с этим, какие возможности открываются у китайских автоконцернов на нашем рынке?
***
Уверен, что в течение 2-3 лет на территории Таможенного Союза появится ещё до 5 проектов сборочных производств китайских брендов – как среди легковых автомобилей, так и в сегменте комтранса.
О возможном союзе Chery и «Соллерса»/УАЗа только ленивый не написал на прошедшей неделе. Changan, Haima, FAW и BYD уже предпринимали попытки сборки своих моделей в России.
Поэтому второй раз им наверняка будет проще организовывать производство – самостоятельно либо в сотрудничестве с местными партнёрами. Среди коммерческих автомобилей следует выделить наиболее заметную промышленную кооперацию JAC c КамАЗом (проект «Компас») и Foton c «Группой ГАЗ» (проект «Валдай Next»).
Однако это всё-таки скорее отечественные проекты, и китайские корпорации тут выступают в роли поставщиков компонентов, нежели самостоятельных игроков на нашем рынке. А вот белорусский среднетоннажный грузовик МАЗ-365120 по сути является полноценным китайским грузовиком Shacman Delong K3000 и скорее китайским же экспортным проектом. Местная добавленная стоимость в нём невысока. Думаю, что на рынке Таможенного Союза скоро появятся производственные проекты и других восточных игроков в сегменте среднетоннажных грузовиков как под собственными брендами, так и с шильдиками местных марок.
- Почему БелАЗ и МАЗ начали выпуск китайских грузовиков? Фото первых моделей
***
Помимо появления новых брендов и новых продуктов на автомобильном рынке меняется сама концепция продаж.
Корпорации пробуют напрямую работать с покупателями, минуя дилеров, которые продемонстрировали всем свою алчность на фоне тотального дефицита машин. Автокомпании, и не только китайские, стали самостоятельно предлагать не только машины, но и услуги: Car-as-a-service, Truck-as-a-service, Battery-as-a-service. Последняя (фактически аренда батарей для электромобилей) особенно популярна в КНР — как с легковыми, так и с грузовыми автомобилями.
- Батареи для нуждающихся. В Китае придумали, как сделать электромобили доступнее
К чему, я, собственно, всё это рассказываю? А вот к чему. Помните, совсем недавно крупнейшая транспортная китайская корпорация DiDi презентовала в Сколково электротакси на базе микровэна D1 от BYD?
На фото: минивэн BYD D1
Так вот. Напомню, что автомобили BYD официально не продаются в РФ, на территории Таможенного Союза отсутствует представитель производителя (читай дистрибьютора, который отвечает за сертификацию, гарантию, своевременную поставку запчастей и т.
п.) и найти такой автомобиль в автосалонах страны нельзя, ведь и официальных дилеров BYD у нас нет. Но! Весь фокус заключается в том, что поставки автомобилей этого бренда таки будут возможны, если у OEMа будет единственный покупатель – таксомоторная компания, у которой пассажиры и будут брать электрокары в аренду с водителем. А вопросы с сервисом и гарантией агрегатор такси сам будет решать с производителем напрямую. Поэтому не удивляйтесь, если через несколько лет при заказе трансфера, например, в приложении Wheely к вам подадут не Е-класс из Штутгарта, а китайский седан BYD Han или люксовый минивэн Hongqi.
- Премиальный минивэн от Hongqi. Новые шпионские фото
Внимание, вопрос! Вы видите в этой «пищевой цепочке» где-то автомобильных дилеров в классическом понимании? Не видите? В том-то и весь цимес, что на рынке, где существуют классические дилерские сети, сильные западные бренды и лояльные этим брендам клиенты, проще, дешевле и быстрее заполучить свой кусок пирога, минуя «дилеростроительство».
Не эту ли бизнес-модель для себя выбрали менеджеры BYD перед «объявлением войны» на нашей территории? А может, и другие китайские автокорпорации?
Не будет преувеличением предположить, что скоро на нашем рынке появятся китайские бренды, чьи модели невозможно будет приобрести в личное пользование, а можно только арендовать в каршеринге, заказать в такси или взять по подписке.
- Зарядка у моря. Как работает каршеринг на китайских электромобилях в Крыму
***
На фото: кроссовер Haima 6P
Теперь расскажу, что ещё нам с вами следует ожидать в течение этой декады. Во-первых, осмелюсь предположить, что после неудачных попыток в ближайшие годы повторно попробуют зайти на наш рынок Brilliance, BYD, Haima, но уже с легковыми моделями нового поколения, которые наравне будут конкурировать с западными брендами, а возможно, и опережать их. Собственно, корпорация BYD, которая уже завоевала рынок электробусов в Европе, вывела кроссовер Tang в Норвегии и активно продвигает в ЕС свой электрический LCV, не скрывает, что не позднее 2024 года будет готова предпринять новый блицкриг в России с легковыми электрокарами и e-LCV.
ГАЗ и УАЗ, держитесь!
Также по-настоящему развернуть на наших просторах свои плечи смогут DongFeng, FAW, GAC. Все эти три мощные корпорации у себя на Родине являются серьёзными трендсеттерами. Для сравнения GAC и DF за прошлый год продали по 400 (четыреста!) тысяч машин у себя дома. И продавать в России меньше, чем тот же Changan, им будет не айс.
- Триумф китайских брендов. Статистика продаж автомобилей в КНР за 2021 год
Во-вторых, допускаю, что начнут пробовать на зубок наш рынок как «старички» китайской автоиндустрии — концерны BAIC и SAIC, так и новички — совсем неизвестные отечественным водителям китайские бренды, о которых никто ранее и не слышал в наших краях – Dayun, Cowin, Roewe, Venucia. Все эти компании заинтересованы в экспансии и росте, а потому рано или поздно и их нога ступит на нашу землю, а точнее колеса заедут на наши дороги.
***
На фото: электрический шутинг-брейк Zeekr 001
В-третьих, аналогично тому как Chery запустила в РФ свой премиальный суббренд Exeed, в фарватере своих материнских компаний (Geely, GWM/Haval, DongFeng, GAC) — будут заходить их BEV- и PHEV-суббренды – Zeekr, Wey, Ora, Voyah, Aion и т.
д., как только почувствуют, что спрос и прибыль от продажи автомобилей New Energy будет превышать расходы на их омологацию и продвижение.
- Nio, Ora, Wuling и много BYD. Какие китайские электромобили появились в России в 2021 году
В-четвёртых, помимо электрокаров китайских автомейджоров, как грибы после дождя начнут пробиваться у нас и восточные EV-стартапы. Собственно, в России уже официально, от уполномоченного дистрибьютора, продаются «электрички» Weltmeister и Skywell. А серые дилеры активно завозят несертифицированные Nio, Xpeng, Li One и прочий эксклюзив. Уверен, что как только на нашем рынке появится заметная сеть электрозарядных станций, мы увидим в Таможенном Союзе официальных представителей и других китайских электрических стартапов – Leap Motor, Wuling, Aiways, Denza, Neta и прочих.
И в-пятых, появление «чёрных лебедей» — абсолютно новых, совсем не автомобильных игроков, а представителей индустрии IT, — способно в принципе перевернуть рынок автомобилей.
Вы наверняка слышали и читали о mobility-проектах Google, Apple, Sony. Свои проекты беспилотных автомобилей семимильными шагами развивают IT-гиганты Baidu и Alibaba в Китае. Поэтому не исключено, что до 2030 года по нашим дорогам будут бегать и китайские робокары в сотрудничестве с «Яндексом», ВК или Tinkoff. Кто знает?!
- От телефонов к автомобилям. Как Huawei и другие китайские компании врываются в автоиндустрию
***
Достаточно ли аргументов я привёл, чтобы убедить, насколько серьёзно будет влияние китайского автопрома в нашей стране и всём Таможенном Союзе в третьем десятилетии XXI века? И останется ли вообще место на нашем рынке для западных и отечественных автоконцернов? Да, конечно, «европейцы», «японцы» и «корейцы» просто так своих позиций не сдадут. Но их доля будет неизменно снижаться под постоянным натиском восточных новичков. И среди топ-10 автомобильных брендов в России по количеству проданных машин не менее пяти будут китайские. Не верите? Откройте эту статью лет через пять — в феврале 2027 года — и проверьте, насколько мои прогнозы оказались верны.
🙂
Андрей ДОРОФЕЕВ, автомобильный эксперт, топ-менеджер автоиндустрии
Ранее в этом блоге:
- Какие проблемы до сих пор не решили китайские автокомпании в России. Колонка Андрея Дорофеева
В рубрике «Блоги» мнение авторов может не совпадать с мнением редакции. По вопросам создания своего блога на сайте «Китайские автомобили» пишите на [email protected]. Номер для сообщений в Whatsapp или Telegram: +79009260175.
Если вы нашли ошибку или хотите что-то сообщить редакции сайта, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
Сделано в (древнем) Китае: потрясающие изобретения с Дальнего Востока момент (отличный пример — iPhone). Но, как обнаруживает Джеймс М. Рассел в своей новой книге «
Платоновский будильник », в которой собрана коллекция удивительных прорывов и устройств на протяжении всей истории, некоторые невероятные изобретения пришли с Дальнего Востока.
Вот три таких изобретения, которые показывают, как долго Китай находится в авангарде науки и техники.
Механические часы
Первое изобретение, 8 век нашей эры
Иногда радость истории заключается в мелких деталях, таких как оригинальные названия изобретений. Первые в мире механические часы получили название «Водяная сферическая карта неба с высоты птичьего полета».
Изобретенный И Сином, буддийским математиком и монахом, в 725 году нашей эры, он был разработан как астрономический инструмент, который, кстати, также работал как часы. Несмотря на название, это не были, строго говоря, водяные часы (те, в которых количество воды используется для непосредственного измерения времени). Однако приводился он в действие водой — поток падающей воды делал полный оборот колеса за сутки.
Гидромеханическая башня с часами китайского инженера Су Сун
Внутренний механизм был сделан из золота и бронзы и содержал сеть колес, крючков, штифтов, валов, замков и стержней.
Колокол автоматически отбивал часы, а барабанный бой отмечал каждую четверть часа.
Еще одним великолепным названием часов был «Космический двигатель», построенный китайским изобретателем Су Сун между 1086 и 1092 годами нашей эры для императора династии Сун. Это тоже были механические астрономические часы, но они были огромными, занимали несколько этажей башни высотой более 10 метров (35 футов). Он был сделан из бронзы и приводился в движение водой. Наверху сфера на платформе отслеживала движение планет. Часы оставались на месте и работали до 1126 года, когда они были потеряны во время татарского нашествия.
Еще нравится это
Арбалет
Первое изобретение c. 6th Century BC
Арбалет представляет собой механическое применение принципа лука и стрелы. Обычно он состоит из горизонтального лука (известного как «стержень»), который крепится к прикладу. Снаряды, которыми он стреляет, называются болтами или стрелами.
Арбалеты были еще одним важным шагом в способности людей вести войну. В то время как стрельба из лука была высококвалифицированным ремеслом, которому, как правило, должны были учиться с детства посвященные лучники, арбалетом мог овладеть любой солдат или новобранец после нескольких недель обучения. Это позволило гораздо большему количеству армий привести в боевое состояние за короткий промежуток времени.
Римский арбалет-баллиста из Discorso della Religione Antica de Romani, 1570
Самые ранние достоверные свидетельства существования арбалета, которые у нас есть, относятся к 6 веку до н.э. в Древнем Китае и соседних областях. В тексте 4-го века до н.э. упоминается гигантский арбалет, который использовался в 6-м или 5-м веке до нашей эры, в то время как классический текст Сунь-Цзы по военной тактике «Искусство войны» , датируемый 500–300 годами до нашей эры, упоминает арбалет несколько раз.
Что касается артефактов, то бронзовые арбалетные болты, датируемые серединой V века до н.
э., были обнаружены в захоронениях по всему Китаю, а запасы арбалетов, достаточно маленькие, чтобы их можно было держать в руках, были найдены при раскопках в Цюйфу, Шаньдун, датируемые 6 век до н.э.
Более спорный вопрос — когда впервые были использованы многозарядные арбалеты. Это арбалеты, которые могут быстро стрелять несколькими болтами. Есть некоторые предположения, что они могут быть датированы более ранним периодом, но обычно их приписывают известному военному советнику Чжугэ Ляну (181–234 гг. по Р.Х.).
Его версия, которая была бы смертоносной при использовании большими рядами солдат, могла стрелять двумя-тремя болтами одновременно. У него был магазин с болтами над луком и рычажный механизм для пополнения болтов. Оружие этого периода имело дальность действия около 100 метров (330 футов).
В средневековье китайцы также разработали 12-зарядный многозарядный арбалет, который продолжал использоваться до девятнадцатого века и сравнивался с пулеметом с точки зрения его разрушительной способности.
Сейсмоскоп Чжана
Дата изобретения II век н.э.
Сейсмоскоп: современная копия прибора Чжан Хэна для обнаружения землетрясений © SSPL/Getty Images землетрясения и вулканическая активность из-за крошечных движений земли, которые они вызывают. Примечательно, что первый сейсмометр был изобретен почти 2000 лет назад в Китае. Он известен как сейсмоскоп Чжан Хэна.
Его изобретатель Чжан Хэн считал, что основной причиной землетрясений является хаотическое движение воздуха, предположив, что:
… пока [воздух] не перемешивается, а скрывается в пустом пространстве, он невинно покоится, не давая проблемы с предметами вокруг него. Но всякая причина, приходящая на него извне, возбуждает его, или сжимает, и загоняет в узкое пространство… и когда возможность бегства отрезана, тогда «Глубоким ропотом Горы ревет он вокруг преград», что после долгих ударов он смещается и подбрасывается вверх, становясь тем свирепее, чем сильнее препятствие.
..
В устройстве Чжана подземные толчки заставили бронзовый шар выпасть из любой из восьми трубок (в форме драконьих голов). Затем мяч попал в рот металлической жабе, положение которой указывало направление сейсмической волны.
Точно неизвестно, как работало устройство. Восемь подвижных рычагов определенно подняли защелку с помощью рукоятки и рычага, который выпустил шар. По-видимому, устройство также включало маятник, подвешенный к стержню. Это говорит о том, что движущей силой была инерция — возможно, небольшое движение маятника вызвало движение, которое трансформировалось в небольшое усилие на правильном рычаге.
Однако нет четких исторических документов или сохранившихся примеров, поэтому современные попытки реконструкции включают в себя значительную степень предположений и интерпретаций нескольких упоминаний об устройстве в современных текстах. Тем не менее кажется очевидным, что сейсмоскоп Чжана действительно использовал технологию, аналогичную ранним современным сейсмографам.
После смерти Чжана только в 1783 году итальянский ученый по имени Скьянтарелли применил простой сейсмограф, который использовал его для измерения сильного землетрясения в Калабрии.
Чжан Хэн, китайский да Винчи
Фарфоровая статуэтка китайского астронома, математика и сейсмолога Чжан Хэна (78-139 гг. н.э.) 78–139 гг. н.э.), чей опыт в самых разных областях, включая математику, естественные науки, инженерное дело, картографию, искусство и поэзию, привел к тому, что его называют Леонардо да Винчи древнего Китая.
Первоначально он был второстепенным государственным служащим, но дослужился до главного астронома и дворцового служителя при императорском дворе. Помимо сейсмоскопа, он изобрел водяную астролябию (трехмерную модель Солнечной системы), дал улучшенную оценку числа пи и каталогизировал более 2500 звезд.
Он также подробно описал Луну, ее «темную сторону» и то, как лунные и солнечные затмения доказывают, что Луна должна быть сферическим объектом.
И если всего этого было недостаточно для одного человека, он был еще и известным поэтом, чье творчество все еще изучалось спустя годы после его смерти.
Будильник Платона и другие удивительные древние изобретения Джеймса М. Рассела уже вышел в твердом переплете (£9,99, Michael O’Mara Books)
Следите за Science Focus в Twitter, Facebook, Instagram и Flipboard
80 лет с момента изобретения, Китай борется с реактивными двигателями
Реактивный двигатель имеет долгую и легендарную историю. Его развитие произошло спонтанно среди нескольких не связанных между собой групп в начале 20 века. Фрэнк Уиттл подал британский патент на конструкцию в 1930 году, а Ганс фон Охайн начал исследования месторождения в Германии в 1935 году. Исходя из работы Охайна, первый полет реактивного самолета состоялся 27 августа 1939 года. Во время Второй мировой войны небольшое количество военных реактивных самолетов поступило на вооружение, и винт был на исходе, если говорить о высокоэффективной авиации.
С изобретением реактивного двигателя в далеком прошлом можно было бы простительно думать, что эта технология уже давно освоена во всем мире. Однако последние отчеты показывают, что это не так. Отличным примером является Китай, сталкивающийся с проблемами при разработке реактивных двигателей для местных военных самолетов.
Тщательно оберегаемые секреты
В 2017 году разработка наконечников для шариковых ручек в Китае стала главной новостью страны. Источник: Синьхуа
В эпоху Интернета и открытого исходного кода технологии стремительно распространяются по всему миру. В сфере потребительского рынка компании стремятся продать свой продукт как можно большему количеству клиентов, отправляя свои новейшие товары по всему миру, чтобы их конкуренты не сделали это первыми. В случае продуктов, в большей степени зависящих от инфраструктуры, развертывание происходит медленнее. Автомобили с водородным двигателем доступны только в некоторых регионах, а такие услуги, как потоковая передача мультимедиа, могут потребовать времени для решения юридических вопросов, связанных с правами на демонстрацию материалов в разных странах.
В этих случаях мы часто видим отставание не более чем на 5-10 лет, если предположить, что технология доживет до зрелости.
В большинстве случаев, если есть рынок для технологии, кто-то стоит в очереди, чтобы продать ее. Однако некоторые из них могут оказаться более сложными, чем другие. Шариковая ручка — один из примеров технологии, которую большинство из нас сочло бы причудливой и посредственной. Однако, несмотря на то, что Китай производит более 80% шариковых ручек в мире, он не может производить все ручки внутри страны. Наконечники для шариковых ручек китайского производства работали плохо, в результате чего писалось нечетко. Это привлекло внимание государственных чиновников, что привело к стремлению улучшить местную технологию шариковых ручек. В 2017 году им это удалось, впервые выпустив высококачественные шариковые ручки.
Секреты создания идеальной стали и превращения ее в гладкий катящийся шарик, подходящий для письма, были сложными и разнообразными. Японские, немецкие и швейцарские компании, поставлявшие в Китай наконечники для шариковых ручек, получали от торговли солидную прибыль.
Делиться инсайдерскими знаниями о том, как это делается, будет означать только попытку разрушить их собственный бизнес. Таким образом, Китаю пришлось действовать в одиночку, на решение проблемы ушло 5 лет.
Производители ручек не стремились улучшить свою продукцию; китайский потребитель был больше ориентирован на цену, чем на качество. Как только правительство сделало это предметом национальной гордости, все изменилось. А вот с реактивными двигателями дело обстоит иначе.
Вы не можете получить это где-либо еще
В последние годы Китай в основном полагался на российские истребители, такие как Су-27. Источник: Дмитрий Пичугин
В последние десятилетия Китай тесно сотрудничает с Россией в плане крупных военных приобретений. За прошедшие годы он приобрел военные самолеты, такие как Су-27, для ВВС Народно-освободительной армии, после того как страны сблизились после распада Советского Союза. J-10 и JF-17 разных лет. В то время как у Китая, похоже, не было проблем с развитием аэродинамики и авионики, надежные реактивные двигатели мирового класса до сих пор ускользали от них.
Попытки использовать китайские конструкции самолетов были затруднены из-за нежелания России напрямую продавать двигатели для истребителей, предпочитая вместо этого продавать самолеты целиком. Отношения еще больше обострились в течение года из-за попыток Китая реконструировать иностранные разработки. После подписания контракта на производство 200 самолетов Су-27 на месте Китай остановил производственную линию всего после выпуска 100 единиц. Решив изучить и изменить дизайн, последующий J-11 взъерошил перья как нелицензионная копия.
Аналогичные усилия были предприняты для ускорения разработки реактивных двигателей путем копирования двигателей зарубежных производителей. В отчетах предполагается, что CFM-56, закупленный в США в 1980-х годах, мог быть отправной точкой для конструкции WS-10. Несмотря на доступ к оборудованию, прогресс был медленным. Отсутствие человеческого капитала, инсайдерских знаний, а также производственного оборудования и материалов может сделать копирование сложной конструкции трудным или невозможным.
Ранние доработки получившегося двигателя WS-10 не соответствовали проектным целям, которые были направлены на то, чтобы соответствовать двигателю Су-27 АЛ-31 по тяге и надежности. Капитальный ремонт требовался каждые 30 часов против 400 часов для российского эталона. Неподтвержденные данные свидетельствуют о том, что WS-10 также требуется больше времени для создания тяги.
Проблемный реактивный двигатель Liming WS-10. До сих пор двигатель изо всех сил пытался соответствовать эталону, установленному Saturn AF-31, продаваемым в России. Источник: GlobalSecurity.org
Проблемы в основном связаны с материалами и обработкой. Компоненты реактивного двигателя должны выдерживать огромные температуры и давление, при этом вращаясь на высоких оборотах в течение нескольких часов подряд. Для используемых материалов необходимо учитывать такие факторы, как термоциклирование и распространение трещин, чтобы двигатель не разрушился раньше времени. Надежность так же важна, как и производительность, поскольку вся тяга в мире бесполезна, если самолету требуется замена двигателя после каждого полета.
Ключи к производству сырья, а также к созданию готовых деталей с высокими допусками являются тщательно охраняемыми национальными секретами. Шпионские фотографии легко сделать на авиашоу, а чертежи можно легко украсть — часто так же просто, как найти файлы САПР и отправить их домой. Получить данные о металлургии, материалах и производственных процессах может быть сложнее.
После 25 лет попыток создать конкурентоспособный двигатель для реактивного истребителя Китай все еще пытается соответствовать характеристикам конструкции, уходящей корнями в 1970-е годы. Первоначальные серийные модели новейшего китайского истребителя-невидимки J-20 использовали модернизированный WS-10B, но серийные модели, похоже, по-прежнему полагаются на российские двигатели Saturn AL-31. Планируется, что WS-15 китайского производства поступит на вооружение в течение нескольких лет, но до тех пор J-20 будет уступать по тяге своим конкурентам. В истребительном бою, где энергия решает все, это серьезный недостаток, который Китай будет стремиться исправить.