Кто ведет самолет?

И. Леонидов

Рис. М. Аверьянова

Командир воздушного корабля внимательно осмотрел приборы, что-то включил на приборной доске — и вдруг встал, бросив штурвал и педали. Он стоял, рассматривая вместе со вторым пилотом карту, а перед их креслами слегка шевелились педали и штурвалы, словно невидимка вел тяжелую машину. Имя этому невидимке — автопилот.

Как же работает автопилот?

Задача летчика — точно выдержать высоту, курс и скорость полета. Но ведь это тяжелый, однообразный и утомительный труд: много часов подряд вести самолет в горизонтальном полете. И этот труд человек передал в руки чудесному волчку.

«Почему волчку?» — спросите вы.

Да потому, что «сердцем» автопилота является гироскоп. Конечно, вам известно замечательное свойство гироскопа: если придать быстрое вращение его ротору, то ось ротора будет стремиться сохранять одно и то же положение в пространстве, несмотря ни на какие силы, действующие на него извне.

Возьмите за концы оси снятое с велосипеда колесо и быстро раскружите его. А затем попробуйте изменить положение оси. Вам это едва ли удастся: колесо стало подобным ротору гироскопа.

Теперь представьте себе, что мы закрепили концы оси небольшого ротора в металлической рамке, а эту рамку поместили в другую, в которой она может вращаться. Получился гироскоп, как говорят, с тремя степенями свободы.

Если ось ротора поставить параллельно земле, а потом раскрутить ротор до скорости 10–12 тыс. об, мин, мы получим… линию горизонта. Правда, ее будет изображать ось ротора. Но к оси можно присоединить планочку и поместить перед летчиком. Такое устройство называется авиагоризонтом. В каких бы условиях ни находился самолет, черта авиагоризонта всегда точно покажет линию земного горизонта. А самолетик, укрепленный перед чертой, но связанный не с гироскопом, а с самолетом, будет, как и самолет, перемещаться относительно авиагоризонта.

Представим другое. Ось гироскопа направили точно по магнитному меридиану Земли с севера на юг и снова раскрутили до огромной скорости ротор. Теперь гироскоп будет точно показывать линию север — юг, то-есть превратится в идеальный компас. Так, в принципе, устроен гирокомпас. Эти-то два прибора и являются чувствительными элементами автопилота. Посредством специальных устройств они воздействуют на рули и управляют самолетом.

Вот как, например, работает автомат курса, который обеспечивает сохранение самолетом направления полета. На стальной трос, соединяющий руль поворота самолета с педалями летчика, надет цилиндрик, в который входит поршенек, неподвижно связанный с тросом. К правой и левой сторонам цилиндрика присоединены маслопроводы, которые другим концом входят в золотниковое распределительное устройство. Весь этот механизм называется рулевой машиной. Золотник связан тягой с металлической коробочкой, перегороженной пополам упругой металлической мембраной.

По обе стороны мембраны в коробочку входят трубки, идущие к авиагоризонту. Трубки присоединены к двум концам коллектора. Это металлическая планочка, в которой сделаны отверстия для прохода воздуха. Отсюда, из центральной трубки, и поступает воздух к коробочке с мембраной — пневмореле. Но прежде чем попасть в пневмореле, воздух должен пройти через вырезы в трубке — окна, слегка загороженные тонкой изогнутой пластинкой — заслонкой, которая соединена с ротором гироскопа.

Если самолет отклонится от курса, например, вправо, то коллектор вместе с ним повернется по отношению к заслонке (она-то ведь не повернется, ибо положение гироскопа не изменяется) и заслонка перекроет правое окно. Воздух, поступающий в коллектор, не сможет итти вправо, а пойдет только влево. Он дойдет по трубке до пневмореле и изогнет мембрану. Это вызовет смещение золотника влево, что откроет доступ маслу в правую часть рулевой машинки. Здесь масло нажмет на поршень, который через трос повернет влево руль, — самолет возвратится на прежний курс.

Точно так же работает и авиагоризонт автопилота. Но это не единственный и далеко не самый совершенный тип автопилота. Он взят нами лишь для объяснения принципа автоматического управления таким сложным движением, каким является полет самолета.

Нынешние автопилоты много точней и надежней. Это электроавтопилоты, которые учитывают не только угол, на какой уклонился самолет от заданной высоты или курса, но и скорость этого уклонения. В современном электрическом автопилоте применены сложнейшие электрические и магнитные приборы.

В стальные руки такого пилота можно вверить жизнь человека.

Для учителя

Сооружая ускорители частиц, способные придать элементарным частицам вещества высокие энергии, физики все глубже проникают в тайны строения материи. Уже созваны ускорители, дающие частицы с энергией, измеряемой в BeV — в миллиардах электрон-вольт.

BeV — это энергия, которую получает электрон, разгоняясь под действием напряжения в 1 млрд. в. Один из самых мощных ускорителей находится в Беркли. Он позволяет достигать энергии в 6 BeV.

Зачем нужно 6 BeV?

Теории, развиваемые физиками в течение четверти века, предполагали, что у каждой входящей в атомное ядро частицы — протона и нейтрона — есть своя античастица: антипротон и антинейтрон — с той же массой, что и сама частица, но с противоположным магнитным моментом, а у протона — и с противоположным зарядом (к электрически нейтральной частице — нейтрону — противоположность заряда не применима).

Было давно уже известно, что электрону (отрицательно заряженной частице) противостоит позитрон (положительный электрон). При встрече электрона с позитроном происходит их аннигиляция — они исчезают, превращаясь в фотоны. Возможен и обратный процесс — возникновение из мощного фотона пары частиц: электрона и позитрона.

Теория предсказывала, что и встреча протона с антипротоном или нейтрона с антинейтроном должна сопровождаться их аннигиляцией. Расчеты показывают, что для получения «на свободе» пары, состоящей из протона и антипротона, нужна огромная энергия в 6 BeV.

От антипротона к антинейтрону

Уже почти год как антипротон был обнаружен в Беркли. Это замечательное подтверждение теории, которую уже давно считают классической. Оно стало возможным благодаря существованию ускорителя в 6 BeV и творчеству производивших эти эксперименты физиков.

В течение следующих месяцев были поставлены эксперименты, целью которых было обнаружение антинейтрона. Как следует из сообщений американской комиссии по атомной энергии, эти опыты успешно завершены. Нужно еще дожидаться опубликования подробных сообщений о работах, чтобы узнать, какие методы применялись. Но даже сейчас можно представить, что пучок антипротонов порождает на некотором экране пучок антинейтронов, которые можно узнать по характерному для них отсутствию заряда и по освобождению при этом энергии, которое происходит на другом экране.

От антинейтрона к…?

Нет сомнения, что в ближайшие годы физика совершит поразительные открытия. При этом нужно остерегаться скороспелых и грубых спекуляций, вроде абсурдного «конца мира» при столкновении Земли с «антиземлей», то-есть телом, состоящим только из античастиц. Не надо забывать, что новооткрытые частицы встречаются «на свободе» лишь благодаря огромным энергиям в новейших ускорителях. Сверх того, они крайне быстро аннигилируют во всех веществах.