Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
И в астрономию проникает автоматика!
Мы много говорили о чудесных сплавах для техники больших скоростей. Создавая их, нужно точно выдерживать заданный нагрев и состав. Обычные приборы, не говоря уже о наших органах чувств, не могут уловить малейшие изменения температуры или количества примесей, а от этого зависит рождение сплава.
Выдерживать температуру с точностью до тысячных долей градуса, точный состав сплава, мгновенно изменять ход плавки, если она отклонилась от нужного режима, могут только электронные приборы.
В станках-автоматах идет обработка с точностью до десятых долей микрона. С огромной быстротой автоматы контролируют готовые изделия. И здесь встретим мы электронные приборы.
Рождается множество веществ с новыми свойствами. Нужно точное и быстрое управление различными процессами, недоступное человеку и его обычным машинам. И электроника приходит на помощь.
Нужно управлять автоматически моторами. Нужно наблюдать за горением в топках, не допуская излишнего расхода топлива. Нужно бороться с дымом. Нужно нагревать металл токами высокой частоты.
Можно в сотни и тысячи раз ускорить расчеты при проектировании машин.
Можно ответить на разнообразнейшие вопросы, вроде: что будет с самолетом при пикировании? Какими выбрать размеры данной машины? Как будет работать турбина, электромотор, трансформатор? Что случится с сооружением через несколько лет?
И все это делает электроника.
Электронная лампа с управляющей сеткой. Сверху вниз: на сетке нет заряда, на сетке отрицательный заряд, на сетке положительный заряд.
Мы уже привыкли к разговору без проводов, радиосвязи на сотни и тысячи километров. Радио, прочно вошедшее в нашу жизнь, также немыслимо без электроники. Век радио — это и век электроники, потому что не было бы современного радио без электронной лампы.
Вернемся ненадолго к простейшей электронной трубке — катоду и аноду в стеклянном баллоне.
Схема радиопередачи.
Поставим на пути электронов, между катодом и анодом, еще один электрод — металлическую спираль, называемую сеткой.
Эта сетка не будет мешать полету электронов, но лишь пока она не заряжена.
Что же случится, если сетку зарядим?
Электроны, вылетевшие из катода, не летят к аноду, правильным пучком. Не все они имеют достаточно скорости, чтобы долететь до него. Недаром приходится в электронно-лучевой трубке электроны «подталкивать» по дороге и собирать в узкий пучок — луч.
Если этого не сделать, электроны будут беспорядочно носиться около электродов, как мошкара вокруг зажженной лампы. Лишь небольшая часть их доберется до цели — анода. Ток в цепи будет мал.
И вот в этом рое электронов появляется сетка.
Она управляет движением электронов, как светофор уличным движением.
Красный свет! Стоп! На сетке — отрицательный заряд. Она не пускает электроны к аноду.
Зеленый свет! На сетке — положительный заряд. Она притягивает теперь электроны. Электронный рой, притягиваемый и ускоряемый сеткой, направляется к аноду. Сетка заставляет лететь к нему значительно больше электронов, чем полетело бы без нее. Растет ток в цепи. Он усиливается во много раз.
В этом секрет электронной лампы-усилителя. С несколькими лампами можно довести усиление тока до миллиарда, до сотни миллиардов раз. И еле-еле слышимый шепот, слабые, незаметные сигналы с их помощью говорят полным голосом. Мы «слышим голос» руды под землей, которая действует на магнитный прибор пролетающего над месторождением самолета, узнаем свойства металла, которые обнаруживают себя при пропускании по нему тока, слышим, как растет трава, ловим малейшие изменения, которые говорят нам о том, что нас интересует, — температуре, давлении, скорости, влажности и о многом другом.
Сейчас созданы самые разнообразные конструкции электронных ламп. Их ежегодное производство достигает нескольких сот миллионов штук. Как и электронно-лучевая трубка, эта лампа — самый распространенный электронный прибор современности.
Электронную лампу-усилитель встретим в радиотехнике, где нужно усилить слабые сигналы, где нужно получить такие частые изменения силы тока в цепи, какие недоступны никакому другому электрическому прибору. Какой переключатель смог бы делать миллионы переключений в секунду! А электронная лампа легко делает это, потому что управлять ее током можно с огромной скоростью, создавая колебания тока до миллиардов раз в секунду.
Электронный счетчик может сделать до 100 тысяч отсчетов в секунду. Никакой другой не угонится за ним!
Схема радиоприема.
Радиотехника овладела сейчас сверхбыстрыми колебаниями. Сверхвысокочастотные радиолампы создают колебания частотой в десятки миллиардов в секунду! Эта новая электронная техника стала основой радиолокации, телевидения, высококачественной радиосвязи.
Электронные лампы, создающие быстрые колебания, работают не только в радиотехнике.
Они применяются для нагрева токами высокой частоты металла, пластмасс, древесины. Высокочастотный нагрев завоевал прочное место в нашей промышленности.
Электронные лампы-усилители и генераторы высокочастотных колебаний необходимы для автоматического контроля и регулирования производственных процессов, для сверхбыстрого испытания металлов, для управления станками-автоматами, электросваркой, плавного переключения скорости электромоторов, для мгновенного решения сложнейших математических задач в «машинной математике».
Теперь, когда мы познакомились со многими электронными приборами, надо сказать еще и о том, как электроника ведет счет и решает задачи самые разные, самые сложные, да еще с небывалой быстротой.
Ответ здесь наполовину известен. Техника умеет создавать «электрическую картину» многих явлений, преобразуя изменения разных величин в разные электрические токи.
Она может создавать и «электрические модели» различных процессов. На языке математики многие непохожие друг на друга явления описываются совершенно одинаково.
«Казалось бы, что может быть общего между расчетом движения небесных светил под действием притяжения к Солнцу и между собою и качкой корабля на волнах? Между тем, если написать только формулу и уравнения без слов, то нельзя отличить какой из этих вопросов решается: уравнения одни и те же», — писал академик Крылов.
В этом проявляется единство природы. И этим пользуется техника.
Вместо «настоящего» явления, скажем, действия аэродинамических сил на летящий самолет, составляется электрическая цепь, где токи, напряжения и другие величины, с какими имеет дело электротехника, заменят определенные силы, скорости, нагрузки. Для того и другого формулы одинаковы.
А для математики безразлично, что именно мы решаем. Формулы-то ведь одни и те же. Поэтому, меняя электрические величины, тем самым по их изменению можно судить о других, их «заместителях», о том, что делается с самолетом, когда меняются условия полета — силы, скорости, нагрузки.
Таких примеров можно было бы привести множество, суть же одна: «электрическая модель» точно показывает явление, позволяет узнавать, как оно произойдет.
Но так как дело свелось к электричеству, то здесь без электронных ламп не обойтись! Они управляют токами в электрических моделях, затрачивая на это очень малую мощность.
В счетно-решающих устройствах работают тысячи ламп.
На большом самолете их несколько сотен.
Радиолампы поднимаются на ракетах в стратосферу, обеспечивая управление и связь с землей. Одновременно передается около трех десятков разных сведений, которые сообщают автоматические приборы: и о воздухе, и о солнечных и космических лучах, и о положении ракеты, и о работе ее механизмов.
