Юный техник, 2011 № 08 - Журнал «Юный техник»

VASIMR использует пару радиоантенн для ионизации и разогрева газов (например, аргона) и ускорения реактивной струи с помощью магнитного поля. В отличие от обычных химических ракетных двигателей, VASIMR развивает меньшую тягу, однако по сравнению с ионными ракетными двигателями он должен обладать довольно большим удельным импульсом — до 30 000 с — и скоростью истечения реактивной струи до 300 км/с.

Двигатель также способен регулировать тягу, он конструктивно прост и компактен и может непрерывно работать в течение нескольких дней или недель, что позволяет разогнать корабль до больших скоростей, а потом так же его затормозить. Все это и позволит сократить продолжительность полета на Марс почти в 5 раз.

Публикацию подготовил С. СЛАВИН

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Путешествие к центру Земли

Помните, как герои одного из романов Жюля Верна отправились в путешествие к центру Земли, пользуясь природными пещерами? На самом деле, к сожалению, столь глубоких пещер на нашей планете не существует. Нет пока и технических возможностей создать некий подземоход, который бы смог добраться до центра нашей планеты. Поэтому приходится действовать окольными путями.

Ученые из Southampton Oceanography Centre при Университете Саутгемптона, США, всерьез заговорили о возможности бурения сверхглубокой скважины. Руководитель исследований, доктор Деймон Тигл, объявил о намерении начать работы по достижению нижних слоев мантии — земного слоя, лежащего между корой и ядром. Проект потребует бурения скважины глубиной более 20 км, часть из которых составляет цельная скальная порода.

Бурильную установку намерены расположить в океане, поскольку земная кора там значительно тоньше. Тем не менее, температура мантии может превышать 1200 градусов Цельсия, а это губительно для любого современного бура.

Проблему представляет даже… атмосферное давление: на 20-километровой глубине давление воздуха может перевалить немыслимую отметку в 1900 бар! Единственная надежда бурильщиков — использовать бур с несколькими полостями, охлаждаемый изнутри циркулирующей морской водой, закачиваемой внутрь под давлением. Местом для проведения эксперимента выбран Тихий океан. Конкретный район пока что уточняется.

Вместе с американцами активное участие в этой программе намерены принять исследователи из Национального океанографического центра Великобритании и французского университета Монпелье. Стоит отметить, что задача исследователей существенно облегчилась после предыдущих экспериментов, когда было пробурено более 1,5 км ниже морского дна, где толщина земной коры составляет от 8 до 10 км. Так что некоторый опыт у исследователей уже есть.

Предположительно, ученые могут выбрать одну из трех точек для бурения: у берегов Гавайских островов, Калифорнии и Коста-Рики. Первый участок удобен тем, что кора там образуется быстрее, чем в других океанах, а значит, имеет более однородную структуру, которую легче бурить. «В случае успеха, это будет первое взятие проб с такой глубины», — отметил уже упомянутый нам Деймон Тигл, профессор геохимии в Университете Саутгемптона.

Главный инструмент в выполнении этой операции корабль-дрель Chikyu («Земля») стоимостью 535 млн. долларов, постройка и оснащение которого были завершены в Японии в апреле 2004 года. Мы уже рассказывали вам о нем вкратце (см. «ЮТ» № 6 за 2006 г.). Сегодня у нас есть возможность дополнить ранее предоставленные сведения.

Специализированное судно Chikyu — это совместное детище компаний Mitsui Engineering & Shipbuilding и Mitsubishi Heavy Industries. По сравнению с ветераном подводного бурения Joides Resolution новый японский бурильщик — настоящий великан. Длина судна — 210 м, ширина — 38 м, водоизмещение — около 58 тыс. т.

Но, конечно, самое впечатляющее на Chikyu — это бурильная установка. Максимальная длина ее буровой колонки составляет 12 км. А глубина воды в точке, которую судно может бурить, не превышает 7 км. При этом на максимальную глубину (вода плюс морские отложения и кора) Chikyu может опускать буры с научным оборудованием и извлекать керны пород.

А на океанских глубинах до 4 км судно может бурить и такие скважины, по которым наверх откачиваются раздробленные породы с водой, а также донные отложения — весьма ценный материал для исследований. Для этого по центру пустотелого бура вниз подается вода под огромным давлением, а обратно она идет по внешнему кольцевому зазору, поскольку буровая колонна напоминает телескопическую систему из нескольких труб разного диаметра.

Схема бурения с плавучей буровой.

Буровая установка ночью.

Буры для разных пород.

Плавучая буровая установка — это целый завод.

Разумеется, пока судно проводит бурение, оно должно оставаться на месте. Для этого у Chikyu есть система GPS-навигации и целых семь поворачивающихся водометных движителей суммарной мощностью почти 11 мегаватт. Этого достаточно, чтобы не бояться любых течений и ветров.

Эксперты называют предстоящее бурение одной из самых амбициозных научных программ человечества, наряду с исследованиями Марса, Сатурна и далеких звезд. Ведь о том, что океан и недра нашей планеты скрывают не меньше тайн, чем космос, говорится уже давно.

Правда, как отметил Тигл, чтобы добраться до этих тайн, команде исследователей придется придумать новые бурильные инструменты, которые будут в состоянии противостоять чрезвычайно высоким температурам и давлениям.

Кроме того, исследователи помнят, что многие из предпринятых ранее попыток глубинного бурения оказались не совсем удачными. Многие эксперты опасаются, что и эта окажется безуспешной. «Наша живая планета всегда сопротивлялась подобному вмешательству, — говорят они. — Подобные эксперименты очень опасны. Мантия Земли предельно энергонасыщена, и результатом бурения может стать рукотворный вулкан, последствия извержения которого могут оказаться непредсказуемы…»

Тем не менее, приступая к нынешней попытке, исследователи полны оптимизма. В результате бурения они надеются заполучить образцы «настоящей» мантии, лежащей ниже литосферы. То, что периодически выбрасывают на поверхность Земли вулканы, ученых не устраивает, поскольку при извержении происходят многочисленные процессы, меняющие химический состав и структуру лавы.

Пока же напомним, что ныне глубина рекордной скважины СГ-3, расположенной на Кольском полуострове, составляет 12 261 метр ниже уровня моря. Бурение проводилось с 1970 по 1990 год. С тех пор скважина была законсервирована и в 2010 году была официально закрыта. Так что у зарубежных исследователей есть все шансы побить этот рекорд. Начало всей операции планируют на 2018 год.

С. СЕРЕГИН

АЛМАЗНЫЕ НЕДРА

Как полагают, внутри нашей планеты углерод под колоссальным давлением может превратиться в алмаз. Чтобы проверить это, международная группа ученых из США, Франции, Китая, России, Канады и Великобритании создает Deep Carbon Observatory.

Несмотря на свое название, это не астрономическая обсерватория, а общее название проекта, включающего в себя ряд экспериментов, которые помогут исследователям как бы заглянуть внутрь Земли.

В данном случае ученые надеются смоделировать процессы круговорота углерода в недрах планеты, на глубине в тысячи километров под нашими ногами.

Проект Deep Carbon Observatory, кроме прочего, должен охватить массу аспектов существования и превращений углерода на Земле — от парниковых газов, таких как метан, до образования алмазов. Кроме того, в рамках проекта предполагается исследовать и совершенно экзотические формы углерода — такие как полимерный диоксид, который может встречаться в мантии, в условиях огромных давлений.

Основным инструментом должна стать камера высокого давления с алмазными наковальнями, в которой будут воспроизведены условия давления и температуры, существующие в недрах планеты. Пучок нейтронов позволит смоделировать течения жидкостей сквозь расплавленную каменную породу. Планируются также и опыты с микроорганизмами, способными существовать при высоких температурах и давлении.

В общей сложности работы по проекту Deep Carbon Observatory займут около десяти лет.

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!

Молекулярная гастрономия, или как алхимики наших дней узнали, что творится в кастрюле

Мы редко задумываемся, что происходит в кастрюле или сковородке во время приготовления того или иного блюда. И напрасно. От того, насколько правильно протекает физико-химический процесс на плите, во многом зависит не только вкус, но и полезность пищи для нашего организма.