News image News image News image News image News image News image News image News image


Радикальная нанотехнология
Энциклопедия - Возникновение и развитие нанонауки

Радикальная нанотехнология — нанороботы (предполагаемые конструкции и результаты их использования в настоящее время существуют лишь в фантастических рассказах и кинофильмах). Они способны к перемещению в окружающей среде и снабжены бортовой системой управления. Нанороботы могут быть использованы для решения широкого круга задач, включая диагностику и лечение болезней, в том числе борьбу со старением, для перестройки организма человека «по заказу», изготовления сверхпрочных конструкц вплоть до лифтов «Земля-орбита» и даже «Земля-Луна», терраформирования (изменения) Луны, других планет, их естественных спутников и т.д.

Один из самых известных последователей идей Дрекслера и значительный мыслитель в области молекулярной нанотехноло-гии — австралийский ученый и писатель Джон Сторрс Холл ( John Starrs Halt). Он основал сайт новостей sd. nanotech Usenet, которым руководил на протяжении десяти лет. Холл в течение двух лет работал в качестве главного специалиста Nanorex Inc. Он написал несколько научных работ по нанотехнологии и разработал такие идеи, как конструкторский туман ( Utility fogj, космический пирс — концепция космического гибрида пирса-башни ( Space Pier) и космический автомобиль ( flying car).

В 2006 году Институтом предвидения нанотехнологии ( Foresight Nanotech Institute) Д. Холл награжден премией Р. Фейнмана, не только за научные работы, но и популяризацию идей области молекулярной нанотехнологии.

Время от времени доктор Холл на различных конференциях по нанотехнологиям представляет концепцию космического пирса как один из фантастических проектов, реализация которого будет технически и экономически возможна методами молекулярной нанотехнологии.

Идея космодрома, использующего силы земного притяжения и центробежного ускорения в виде системы супервысоких башен, связанных между собой специальной дорогой, достаточно стара. Еще в 1686 году в одном из писем Исаак Ньютон рассуждал об использовании в качестве средства передвижения конструкции (повозки), основанной на этих принципах.

В 1895 году основоположник отечественной космонавтики Константин Эдуардович Циолковский в своей работе «Грезы о Земле и небе» также выдвинул аналогичные идеи транспортных космических систем: космического лифта и Центробежного ускорителя.

Основная идея такого космодрома — необходимость покроить конструкцию из синхронных башен высотой от 100 км (62 мили) до 300 км (186 миль).

Вся система должна быть соединена специальным токопроводящим рельсом или каким-то иным способом, позволяющим использовать для разгона индукционные (электромагнитные) поля (рис. 41).

Космический корабль (космический автомобиль) поднимается вертикально вверх на первую башню высотой 100 км над уровнем земли и устанавливается на этот рельс (путь). Затем за счет электромагнитных сил и центробежного ускорения Земли он разгоняется до необходимых скоростей, достаточных для выхода в открытый космос, полетов на Луну, Марс или Венеру.

В общем, упрощенно можно сравнить данную идею с катанием с горки на санях. Чем выше горка, тем быстрее едешь, при этом для движения вниз не затрачивается никаких дополнительных усилий (энергии), кроме как силы притяжения. В случае с космическим автомобилем имеется еще один дополнительный разгонный фактор — центробежные силы от вращения Земли вокруг своей оси.

Такая фантастическая идея имеет множество климатических, социальных, технических и технологических проблем, делающих ее невыполнимой в ближайшее время. Ведь для строительства подобной конструкции потребуется расширение производственных мощностей по производству различных наноструктур высокого качества, прежде всего трубок (наномолекулярное производство). Проект потребует до 100 тыс. тонн практически идеального нанотрубчатого графита большой длины для строительства башен и прокладки кабельных сетей протяженностью порядка 80 тыс. км.

Идея космического лифта в настоящее время кажется более осуществимой.

Космический лифт — фантастическая научно-техническая концепция специального устройства по выведению грузов и спутников на планетарную орбиту или за ее пределы с помощью высокопрочного троса, протянутого от земной поверхности к геостационарной орбитальной станции. По тросу должен двигаться подъемник, перевозящий необходимый груз. За пределами геостационарной орбиты за счет центробежной силы лифт будет ускоряться без дополнительных затрат энергии, что позволит даже отправлять его вовне планетарной орбиты. Для сбалансирования собственного веса троса со станции в противоположную сторону должен спускаться другой трос.

В 1960 году идея космического лифта была обоснована и достаточно подробно разработана ленинградским инженером Юрием Николаевичем Арцутановым.

В 1978 году один из известнейших научных фантастов Артур Кларк ( Arthur Charles Clark) написал получивший широчайшую известность роман о космическом лифте «Фонтаны рая».

Кларку принадлежит и идея так называемого «полулифта» — троса, протянутого от аппарата на геостационарной орбите (такие спутники неподвижно расположены над заданной точкой земной поверхности на высоте 36 тыс. км) не до самой поверхности Земли, а только на половину расстояния.

Однако и конструкция космического лифта (полулифта) в той или иной степени требует применения новых высокопрочных материалов. От троса требуется сочетание высочайшей прочности на разрыв (около 20 000 МПа, тогда как у лучших легированных сталей она не превышает 1700 МПа) и Малого удельного веса (плотности), ориентировочно втрое легче алюминия.

Так, стальной трос, если его подвесить над поверхностью Земли, под действием собственного веса разрывается при длине около 70 км, углеродные волокна оборвутся при высоте не более 140 км, искусственный материал кевлар продержится около 200 км, кварцевая нить выдержит более 280 км. С учетом «микротяжести» — разности между силой тяжести и центробежной силой, возникающей при вращении на орбите, максимальное натяжение намного меньше полного веса троса — реальная разрывная длина превысит указанную в 4—5 раз. По теоретическим расчетам, трос из качественных углеродных нанотрубок может обладать прочностью до 400 кН/мм2.

Лишь для одного троса космического лифта потребуется около 20 млн граммов углеродных нанотрубок высокого качества. С учетом того, что в 2006 году их стоимость составляла 25 долларов за грамм, цена только одного троса в настоящее время составляет более 5 млрд долларов. Стоимость создание же всего лифта оценивается в 7—12 млрд долларов.

Поперечное сечение троса космического лифта само по себе является сложным техническим решением (рис. 42). В середину уложен легкий направляющий жгут 1 из волокон номекса или кевлара. Для передачи электрического тока на его поверхность укладывается тонкая оплетка 2 из медной проволоки, поверхность которой защищена от внешнего воздействия телоновым изоляционным материалом 3.

Основную механическую нагрузку должен нести высокопрочный слой кевлара 4. Вся конструкция снаружи защищена от ультрафиолетового излучения еще одним слоем номекса 5. Также на поверхность могут быть нанесены различные светоотражающие защитные слои лака 6.

В случае применения углеродных нанотрубок конструкция троса, возможно, будет упрощена за счет их высокой эластичности и токопроводности. При этом отпадает надобность в двух или даже трех внутренних слоях номекса, медной проволоки и тефлона. Однако требования к ультрафиолетовой защите должны быть значительно ужесточены, так как при облучении фотонами даже с энергией значительно ниже видимого света (равной 1,54 эВ) происходит разрушение структуры углеродных нанотрубок.

С другой стороны, технический прогресс в XXI веке позволит нам массово производить товары и машины, которые ранее были дорогостоящими, в том числе и из алмазов или наноматериалов. Например, компьютеры, сотовые телефоны и Интернет были фантастикой еще каких-нибудь 50 лет назад, роскошью — 20 лет назад, а теперь они не вызывают даже удивления ни у кого, кроме специалистов и ученых, понимающих, каких вершин мы уже достигли и что может ожидать человечество в будущем.

Еще в 1969 году Ю. Н. Арцутанов предложил не закреплять лифт на земной поверхности. Рассчитав соотношение орбитального движения и вращение связки двух спутников вокруг общего центра масс, можно в определенный момент одним из спутников «зависать» или медленно двигаться у поверхности Земли. При его прохождении над грузовым терминалом с помощью специальных устройств необходимый груз будет захватываться и выводиться на орбиту.

В 1975 году аналогичная система была повторно предложена американцем Гансом Моравеком ( Hans Moravec) под названием «несинхронный космический лифт».

Еще более фантастический замысел создания лунного лифта принадлежит советскому ученому и изобретателю в области теории межпланетных полетов, реактивных двигателей и летательных аппаратов Фридриху Артуровичу Цандеру. В 1910 году Цандер предложил протянуть через точку либрации с поверхности Луны к Земле специальный трос (длиной более 60 тыс. км). Такой трос будет натянут гравитационными и центробежными силами, и по нему теоретически будет возможна перевозка грузов. Понятно, что трос будет натянут до тех пор, пока по нему не пойдет грузовой лифт, в этом случае все равно потребуются дополнительные затраты энергии и средств, кроме фантастических затрат на строительство самого троса.

К слову, другой достаточно фантастической научно-технической разработкой Ф. А. Цандера стал проект межпланетного корабля-аэроплана, предложенный им в 1921 году.

В последние несколько десятилетий из-за очень высокой стоимости ракетных запусков концепцией «космического лифта» заинтересовалось Национальное аэрокосмическое агентство США ( NASA). По предварительным расчетам, такой способ в будущем будет на порядки дешевле использования ракет-носителей. Впервые идея практического использования космического троса была реализована в 1966 году в спарке кораблей «Джемини-Аджена» (ленточное соединение), а затем — в 1981—1983 годах в американо-японских экспериментах с зондирующими ракетами. Также в 1987-1990 годах планировалось провести испытания полета орбитального самолета с закрепленным на нем с помощью троса спутником, который был отменен из-за аварии космического челнока «Челленджер».

Космическое агентство США уже финансирует соответствующие разработки американского Института научных исследований, включая разработку подъемника, способного автоматически перемещаться по канату. В частности, НАСА недавно объявило тендер на наиболее прочный образец троса из нанотрубок и эффективный способ удаленной подзарядки роботов.

Испытания с укороченным 400-метровым прототипом космического лифта успешно провела частная вашингтонская компания LiftPort, сообщается на сайте PhysOrg. com. Специальный робот в автоматическом режиме поднялся и опустился по «канату», прикрепленному к воздушному шару. К 2031 году LiftPor намерена применить космический лифт для коммерческой доставки грузов на орбиту.

Еще раз следует отметить, что все эти разработки смогут быть реально воплощены в жизнь только с развитием нано-науки, в частности, молекулярной нанотехнологии сборки углеродных нанотрубок высокого качества.

Однако идеи молекулярной нанотехнологии встречают и сильное противодействие. Наиболее известным критиком является как раз первооткрыватель фуллеренов, лауреат Нобелевской премии 1996 года по химии Р. Смолли, признавший ряд положений молекулярной нанотехнологии (МНТ) К. Э. Дрекслера. Возникшие разногласия можно будет, вероятно, разрешить в будущем лишь путем эксперимента.

Технология в смысле Дрекслера называется технологией «снизу вверх»: более сложные объемы строятся из простых: отдельных атомов, молекул, наноструктур. В отличие от такого подхода, технология «сверху вниз» предполагает получение малых изделий из больших объемов конструкционного материала. По этому пути человечество следует со времен своего возникновения до наших дней. В современном машиностроении, не говоря уже о ремонтном производстве, при изготовлении ряда деталей до четверти объема материала заготовок переводится в стружку в процессе механической обработки.

В целом, если не принимать в расчет первый японский «наноавтомобиль» на фуллереновых «колесах», именно невозможность практически изготовить хотя бы простейшие из, теоретически рассчитанных деталей (молекул) является наиболее слабым местом молекулярной нанотехнологии. К тому же современные методы расчета свойств крупных молекул далеки от совершенства, а точное решение соответствующей задачи квантовой механики пока значительно превосходит по своей сложности технические возможности самых мощных современных компьютеров.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Боевые роботы в полете

News image

Беспилотные летательные аппараты нередко называют «летающими роботами», но роботами они стали не сразу. Поначалу эти ап...

Путь в наносостояние

News image

Российской науке велено развиваться в прорывных направлениях. Но прорыв — это не только рывок вперёд, но...

Наночастицы в сточных водах

News image

Малоугловое нейтронное рассеяние выявило зависимость дальнейшей судьбы наночастицы от наличия или отсутствия у не...

Цеолиты: теперь еще объемнее!

News image

Цеолиты - кристаллические нано пористые твердые тела с диаметром пор приблизительно 1 нм - ис...

Нанобетон: мифы и реальность

News image

· В настоящее время, после того как с телеэкранов было объявлено о приоритетном развитии нанотехнологий, эт...

Аэрояхта - новый вид воздушного транспор

News image

Этот летательный аппарат развивает скорость до 200 км/час, может сесть на любое подходящее поле, взлетной по...

Нанотехнологии на вашей кухне

News image

О потенциальной опасности традиционных антипригарных покрытий и подобных им PTFE-покрытий в России начали писать в на...

Космический лифт и нанотехнологии

News image

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к по...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Kyosemi использует в солнечных ячейках фотодиоды шарооб

На 2-ой Международной выставке по генерации электроэнергии с помощью фотовольтаических приборов (Second International Photovoltaic Power Generation Expo), проходившей 27 – 29...

Немецкий лазерный пинцет удостоен американской премии

Немецкая компания JPK Instruments (Берлин) была удостоена американской премии Prism Award for Photonics Innovation. Всего международное жюри оценивало более 135 прод...

Ученые Северной Каролины разрабатывают гибкие антенны

Антенны не только для того, чтобы слушать радио. Они используются во всем, начиная с сотовых телефонов и заканчивая GPS. Исследование го...

Ученые проложили проводку в клеточной мембране

Ученым удалось передать и получить электрический импульс по клеточной мембране при помощи искусственно созданной нанопроволоки. Созданную ими гибридную систему авторы оп...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.