На порозі далеких світів. Креслення, опис

ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Дитяча наукова лабораторія

На порозі далеких світів. Дитяча наукова лабораторія

Дитяча наукова лабораторія

Ще порівняно недавно здавалося, що між радіоелектронікою та астрономією немає і не може бути нічого спільного. Однак у наші дні подібна думка безнадійно застаріла. Тепер на астрономічних конференціях, поряд з питаннями дослідження планет і зірок, повідомляють про нові електронні прилади, обговорюють не лише фотографії зворотного боку Місяця, а й електронну апаратуру, яка забезпечила їхню передачу... Радіоінженери нині становлять значну частину персоналу обсерваторій. Це і зрозуміло: у нових великих телескопах електроніки не менше ніж оптики.

Ось одні із численних прикладів. На рис. 1 наведено автоматичний електронний поляриметр, розроблений в Абастуманській астрофізичній обсерваторії Академії наук Грузинської РСР. Цей пристрій є електронним обчислювальним пристроєм недискретної дії. Вимірюючи певні параметри променя світла, вирішує кілька рівнянь, куди входять ці параметри, і за 0,01 секунди обчислює результат. Схема складається з 38 електронних ламп та 35 діодів. Дослідження Місяця та планет, що проводяться в обсерваторії за допомогою нового приладу, дозволяють отримати цінні дані про склад та будову їхньої поверхні.

На порозі далеких світів
Мал. 1. Автоматичний електронний поляриметр. Навісний блок закріплений на 40-сантиметровому рефракторі

Електронні прилади та методи, що використовуються в астрономії, надзвичайно цікаві та своєрідні.

Відомо, що око реагує лише на дуже невеликий інтервал довжин хвиль у діапазоні електромагнітних коливань – від 4200 до 7000 ангстрем, що відповідає частотам від 430 до 715 мільйонів мегагерц. У цьому діапазоні оптичну астрономію цікавлять вимірювання світлових потоків – фотометрія; розподіл енергії випромінювання за діапазоном - спектрометрія; визначення площини, в якій лежить електричний вектор коливань, та відповідних кількісних співвідношень - поляриметрія, а також ряд інших завдань. Усі вони вирішуються методами електроніки. Зрозуміло, будь-який електронний прилад повинен починатися з приймача променистої енергії, який відповідає на неї появою струму, напруги або зміною опору. Ці приймачі характеризуються насамперед діапазоном, у якому мають працювати, і чутливістю.

Найпоширенішим видом приймача, що застосовується в астрономії, є фотоелектронний помножувач (ФЕУ). Він є комбінацією звичайного вакуумного фотоелемента з електронним помножувачем.

Така система може бути чутливішою до найгострішого зору, але й у неї є межа. Насамперед, фотокатод має невелику теплову емісію. Посилена в мільйони разів, вона стає відчутною, і тому струм на виході ФЕУ є за відсутності світла.

Інше обмеження накладається квантовою структурою світла: потік 1000 квантів за секунду досить легко може бути виміряний, але нерівномірне надходження квантів створює додатковий дробовий ефект.

ФЕУ виготовляються з різними типами катодів, що дозволяє застосовувати їх для всіх частин діапазону, за винятком далеких інфрачервоних областей. ФЕУ - типово "одноканальні" пристрої; вони можуть передати розподіл яскравості по точках фотокатода.

На рис. 2 зображено схему астрономічного фотометра. Диск з отворами, що обертається синхронним двигуном, модулює світловий потік. Синхронно з модуляцією працює фазовий детектор з великою постійною часу, що дозволяє виділити з шумів сигнал навіть тоді, коли відношення сигнал/шум вбирається у 0,001. Спеціальний програмний пристрій проводить контрольні вимірювання, порівнює і друкує результат. Цей прилад створено в Абастуманській обсерваторії.

На порозі далеких світів
Рис. 2. Фотометр, що використовується в астрономії (програмний пристрій не показано)

Великий інтерес має ідея фотоелектронного пристрою, що дозволяє автоматично супроводжувати зірки телескопом (фотогід). Приймачем у ньому служить ФЕУ. Фотогід (рис. 3) розроблено у Ленінградському інституті електромеханіки.

На порозі далеких світів
Мал. 3. Влаштування автоматичного супроводу зірки телескопом (фотогід). При обертанні напівдиска струм ФЕУ буде незмінним тільки в тому випадку, якщо промінь світла проходить точно його осі; в іншому випадку струм виявляється модульованим, що викликає включення коригувальних двигунів.

Незамінними інструментами для астрономів є термоелемент та болометр. Вони можуть застосовуватися в діапазоні від видимого світла до субміліметрових радіохвиль. Інших приладів такої широкосмугової не існує.

Термоелемент - це мініатюрна термопара, що зазвичай міститься у вакуум. Місце спаю двох різнорідних тяганин зачорнене таким чином, що все випромінювання, що падає на нього, поглинається, злегка нагріваючи спай. З'являється термо е.р.с. яку можна виміряти високочутливим низькоомним гальванометром. Посилення цієї е.р.с. ламповими схемами важко, тому що вона дуже невелика, а низький опір без перетворювача використовувати не вдається. Тут цікавий використання транзисторних схем з низьким вхідним опором, проте ускладнення вносять шуми транзисторів.

Болометр являє собою дві маленькі металеві пластинки завтовшки долі мікрона, які також зачорнені і поміщені у вакуум. Променистий потік, що підлягає виміру, направляють на одну з них. У схемі електричного моста, завдяки зміні опору цієї платівки, викликаному її нагріванням, з'являється розбаланс, пропорційний кількості поглиненої променистої енергії. Болометр теж інерційний, а місток має низький вихідний опір.

Ці прилади, які найчастіше застосовуються як приймачі інфрачервоних променів, є одноканальними. Щоправда, нещодавно було розроблено екран із світлочутливої мозаїки напівпровідникового типу (фотоопіру), що є багатоканальним приладом. Поріг чутливості термоелементів і болометрів вбирається у 10-11 Вт за постійної часу близько 1 секунди.

Єдиним у своєму роді багатоканальним пристроєм, де електронний потік несе інформацію про все зображення одночасно, є електронно-оптичний перетворювач (ЕОП). Напівпрозорий фотокатод, як і ФЕУ, нанесений на внутрішню поверхню торця колби. Природно, що і тут катод визначає спектральне призначення: сурм'яно-цезієвий катод добре працює в зелено-фіолетовій та ультрафіолетовій областях, вісмуто-цезієвий охоплює весь видимий діапазон, а киснево-срібно-цезієвий дозволяє проникнути в близькі інфрачервоні області. Є й інші типи фотокатодів.

Спеціальні електронні лінзи, що є утворені особливими електродами електричні поля, направляють фотоелектрони на анод, подібно до пристроїв фокусування променя в кінескопах. Здійснюється це в такий спосіб, що структура потоку не спотворюється і перенесення зображення супроводжується лише його зменшенням. Анодом є флюоресцентний екран, де можна розглядати або фотографувати зображення. Призначення ЕОП'ів полягає в тому, щоб збільшувати яскравість зображення і, якщо це необхідно, перетворювати його з невидимого, наприклад, інфрачервоного, у видиме.

Удосконалення цих приладів призвело до створення багатокаскадних ЕОП', де яскравість зображення послідовно посилюється. Реальним для трикаскадного ЕОП'а є посилення яскравості у 60-120 разів, тоді як однокаскадний дає посилення у 6-15 разів. В іншому випадку стало можливе повніше використання світла екрану - анода, для чого товщину колби в цьому місці знижують до десятих часток міліметра, а зовні до неї притискають фотоплівку ("контактний ЕОП" або "фотоконтактна трубка"). Були також розроблені конструкції, де фотопластинка містилася зсередини дома анода. Однак, щоб дістати її, потрібно було розбити колбу. Навіть при кількох платівках, що змінюються дотепним пристосуванням, це обходиться надто дорого.

Нещодавно почали застосовуватися телевізійні астрономічні системи. У Радянському Союзі найбільш значну роботу в цьому напрямку виконано старшим науковим співробітником Пулковської обсерваторії М. Ф. Купревичем. У створеній ним установці використовується метод накопичення, що полягає в тому, що слабке зображення довго проектується на фотокатод суперортикону за відсутності променя, що розгортає. При цьому на відповідних електродах трубки "накопичується" потенційний рельєф. Потім включається одноразова розгортка, і на екрані телевізора замкнутої телевізійної системи з'являється зображення з сильно збільшеною яскравістю (того ж порядку, що і багатокаскадних ЕОП'ів). Одноразова розгортка усуває труднощі, пов'язані з фотографуванням.

Доволі складна в налагодженні та експлуатації, телевізійна система має великі можливості. Так, дрібні деталі зображень астрономічних об'єктів на фотопластинках завжди виглядають розмитими.

Пояснюється це безперервним тремтінням зображень. Подібне явище відоме кожному за мерехтінням зірок. Телевізійна система за рахунок збільшення яскравості дозволяє зменшити тривалість експозиції, а отже, і "розмив" зображень. Телевізійна система є, по суті, одноканальною, але завдяки строковому розкладу вона здатна передавати зображення, що ріднить її з ЕОП'ом. За пороговою чутливістю обидва ці приймачі поступаються хорошому ФЕУ.

Фотогід для автоматичного супроводу зірки телескопом

Зі всього сказаного видно, що сучасна наука надала в розпорядження астрономів дуже сильні технічні засоби. Здавалося б, тепер не залишається підстав для незадоволеності. Однак це не так. Відомо, наприклад, зараз деякі астрономічні спостереження вже виконуються без участі людини - з супутників. Весь світ бачив фотографії зворотного боку Місяця, зроблені "електронним астрономом" - радянською АМС, запущеною 4 жовтня 1959 року. Очевидно, що в цьому випадку інший шлях був неможливим. Також була потрібна посилка АМС до Венери, оскільки орбіта цієї планети знаходиться всередині орбіти Землі і в моменти зближення із Землею вона звернена до нас темною, а тому невидимою стороною.

Безліч важливих завдань очікує на свій дозвіл шляхом винесення астрономічних приладів за межі земної атмосфери. Взяти, наприклад, планету Марс – нашого найближчого сусіда. Загадка Марса (його "канали" та інші деталі) не дають спокою не лише астрономам. Чимало загадок і в інших світил; навіть у Місяця їх дуже багато. Здавалося б, варто лише подивитися в телескоп із великим збільшенням і багато стане зрозумілим. Але насправді це негаразд. Замість чітких контурів планети ви побачите тремтячу, як полум'я свічки на вітрі, кульку з туманними плямами, що безперервно пливуть. Це - вплив земної атмосфери, де потоки повітря різної щільності створюють заломлення світлових променів, що безперервно змінюється. Навіть при дуже спокійній атмосфері не вдається розрізнити дрібні деталі зображень. Однак тремтіння та мерехтіння - лише один бік справи. Все лихо в тому, що переважна частина діапазону електромагнітних випромінювань до Землі не доходить. Тим часом вивчення саме цієї частини діапазону може дати науці не менше, ніж сліпому прозрінню.

Ось чому винесення обсерваторії за межі атмосфери - спочатку на штучний супутник, а потім на Місяць - необхідність.

Не важко також зрозуміти, що, користуючись маленьким телескопом, хоч би яке збільшення він давав, неможливо розрізнити дрібні деталі на планетах. Це немислимо ще й тому, що дається взнаки так звана дифракційна межа. Наприклад, щоб розрізнити на поверхні Місяця деталі розміром 40 м, потрібен телескоп з діаметром об'єктива не менше 65 см. Але великі телескопи виявляються настільки важкими, що гнуться під дією своєї ваги. Доводиться збільшувати жорсткість конструкції, що, своєю чергою, збільшує вагу тощо.

Чи є вихід із цього положення? Так є. Він у тому, що великий - телескоп, встановлений супутнику, нічого важитиме. Його жорсткість може бути знижена до мінімуму, при цьому маса конструкції виявиться невеликою і виведення її на орбіту обійдеться не надто дорого.

Надалі телескопи, мабуть, доцільніше встановлювати на Місяці, де вони важитимуть у 6 разів менше, ніж Землі. Можна без перебільшення сказати, що така "зовнішня обсерваторія", оснащена сучасною електронною технікою та обчислювальними машинами (вони можуть бути розташовані на Землі), здатна за короткий час вирішити не одну сотню проблем. Цікаво відзначити, що ніч на Місяці в 29,5 разів довша за земну, як, втім, і день. Отже, вести там спостереження можна і вдень, і вночі. На Місяці та в космосі стане можливим застосовувати нові відкриті електронні прилади; адже вакуум там такий, якого ще в жодній лампі досягти не вдалося.

Зрештою, не можна не згадати про ще одну проблему, яка нині переходить зі сторінок фантастичних романів у лабораторії вчених. Йдеться про космічне радіовипромінювання штучного походження. Важливо буде лише прийняти його, а й розшифрувати. Незважаючи на наявні передбачення про конкретну довжину хвилі, де слід шукати ці сигнали, має бути вивчений весь діапазон.

Досягнення радянської науки і техніки, історичні польоти радянських пасажирських космічних кораблів, найбільші успіхи пашів Батьківщини в підкоренні космічного простору наочно свідчать про те, наскільки успішно здійснюються в Радянському Союзі вікові мрії людства, плани, які нещодавно вважалися утопією. Ми впевнені, що недалекий час, коли за спостереженнями та перевіркою гіпотез радянські астрономи зможуть вирушати на Місяць.

Автор: Л. Ксанфомаліті

Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Фонтан у кімнаті

▪ Електромотор із скріпок

▪ Астрономічні прилади Миколи Коперника

Дивіться інші статті розділу Дитяча наукова лабораторія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Основний фактор ризику ігроманії 07.05.2024

Комп'ютерні ігри стають все більш популярним видом розваг серед підлітків, але супутній ризик ігрової залежності залишається значною проблемою. Американські вчені провели дослідження, щоб визначити основні фактори, що сприяють виникненню цієї залежності, та запропонувати рекомендації щодо її запобігання. Протягом шести років 385 підлітків були піддані спостереженню, щоб з'ясувати, які фактори можуть привертати до ігрової залежності. Результати показали, що 90% учасників дослідження не схильні до ризику залежності, у той час як 10% стали ігроманами. Виявилося, що ключовим фактором у появі ігрової залежності є низький рівень соціальної поведінки. Підлітки з низьким рівнем просоціальної поведінки не виявляють інтересу до допомоги та підтримки оточуючих, що може призвести до втрати контакту з реальним світом та поглиблення залежності від віртуальної реальності, запропонованої комп'ютерними іграми. На основі цих результатів вчені ...>>

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Випадкова новина з Архіву

Тест систем автоматичного гальмування в автомобілях 29.05.2014

Журнал Nikkei Automotive Technology опублікував результати тестування різних автомобільних систем розпізнавання перешкод та пішоходів із функцією автоматичного гальмування перед ними. У незалежному випробуванні були розглянуті розробки дев'яти автомобілебудівних компаній.

Найвищу оцінку отримав японський автогігант Fuji Heavy Industries, який випускає автомобілі під брендом Subaru. Вони комплектуються системою активної безпеки EyeSight нового покоління, якій у рейтингу було присуджено 7 балів – 4 пункти за можливість уникати зіткнення з іншими транспортними засобами на швидкості до 50 км/год та 3 бали за автоматичне гальмування у разі виникнення небезпеки наїзду на пішохода за 40 км. /год.

Стереокамера в оновленій опції EyeSight, на відміну від її попередньої версії, може розпізнавати кольори і має збільшені на 40% кути та дистанцію огляду. Крім того, зросла швидкість реакції – з 30 до 50 км/год. За словами автовиробника, близько 80% покупців автомобілів Subaru вважають за краще включати в комплектацію функцію EyeSight.

У рейтингу найбезпечніших електронних помічників, які дають змогу уникати ДТП, компанії Volvo Car дісталося друге місце. На прикладі хетчбека Volvo V40 журналісти з'ясували, що City Safety ефективно реагує на інші автомобілі при швидкості до 40 км/год. У випадку з ідентифікацією пішоходів на проїжджій частині швидкість машини не повинна перевищувати 30 км/год. В результаті система безпеки від шведського бренду отримала 5 балів.

Трійку лідерів у звіті Nikkei Automotive Technology замкнула японська компанія Nissan Motor. Слідом за нею йде німецька BMW Group. Експерти звертають увагу на те, що перші чотири місця рейтингу зайняли автовиробники, чиї системи автоматичного гальмування використовують камери. Вони краще розпізнають пішоходів у порівнянні з радарами чи інфрачервоними лазерними пристроями.

Останні встановлені в машинах Suzuki, Daihatsu та Honda, які набрали у дослідженні лише по одному балу. Ці виробники повністю провалили тест на виявлення "живої перешкоди" на дорозі.

Той самий бал отримав німецький концерн Volkswagen AG. Під його маркою випробувала модель Golf Variant. Компанія Toyota Motor задовольнялася результатом у 2 пункти. Робота автоматичних гальм Volkswagen і Toyota базується на модулі радіолокації.

Інші цікаві новини:

▪ Генетики з'ясували причину жіночого щастя

▪ Організм людини містить 30 трильйонів клітин

▪ Монітор ViewSonic VG2401mh

▪ Рибка у клітці

▪ Довіра залежить від голосу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Застосування мікросхем. Добірка статей

▪ стаття Німфетка. Крилатий вислів

▪ статья Яким збігом зумовлена однакова розмірів Місяця і Сонця, що здається з Землі? Детальна відповідь

▪ стаття Папороть. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Акробатика лампових каскадів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Албанські прислів'я та приказки. Велика добірка

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт