Запуск в 1944 г. ракеты Фау-2 с нацистской базы на побережье Балтийского моря
Годдард
После работы с ракетами на твердом топливе во время Первой мировой войны американский физик Роберт Годдард обратил свое внимание на жидкие виды ракетного топлива, поскольку они плотнее газов и, следовательно, нуждаются в резервуарах меньшего объема. 16 марта 1926 г. в штате Массачусетс он запустил ракету «Нейл», работавшую на топливе из жидкого кислорода и бензина. Она поднялась на высоту 56 м. Полет был недолгим, но ракета смогла взлететь — и это был первый полет аппарата на жидком топливе.
Вертолет
В апреле 1944 г. вертолет Сикорского R-4 Королевских военно-воздушных сил Великобритании был послан спасти выживших в авиакатастрофе в отдаленной части Бирмы. Операция прошла успешно, и польза вертолетов стала очевидной.
В XIX в. уже существовали летающие модели вертолетов, но не получалось создать достаточно большой аппарат, который мог бы нести человека. В 1920-е гг. в воздух был поднят автожир (гироплан). У него вместо неподвижного крыла имелся свободно вращающийся ротор. Двигатель толкал гироплан вперед, а ротор, закручивая воздушный поток, создавал подъемную силу. Первый настоящий вертолет Focke-Wulf Fw 61 был создан в 1936 г. Он был похож на автожир, только его двигатель вращал два винта во взаимно противоположных направлениях. Три года спустя американский изобретатель русского происхождения Игорь Сикорский впервые поднял в воздух вертолет VS-300. У него имелся трехлопастный винт диаметром 8,5 м, вращавшийся со скоростью 483 км/ч, а также рулевой винт на хвосте. Эта конструкция легла в основу последующих вертолетов.
В течение двух следующих лет двухместный аппарат Сикорского R-4 стал первым серийно выпускаемым вертолетом. Он прошел несколько изнурительных испытаний, пролетел без остановки 1225 км из Коннектикута в Огайо, достигнув скорости 145 км/ч и высоты 3658 м. В результате усовершенствования его конструкции был создан вертолет S-51. В 1946 г. Сикорский организовал гонки, начинавшиеся на его вертодроме в Коннектикуте. S-51 соревновался в скорости с самолетом, быстрым автомобилем и поездом на дистанции более 80,5 км и победил!
Современные вертолеты могут приземляться и взлетать вертикально, зависать, летать хвостом вперед и работать в переполненном воздушном пространстве. Крылообразные винты создают подъемную силу, при наклоне меняя направление тяги. Управление осуществляется с помощью изменения угла наклона отдельных винтов, которые вместе двигают самолет в новом направлении. Эта универсальность позволяет вертолетам передвигаться в местах, недоступных другим видам транспорта. Сегодня Chinook CH-47F может летать со скоростью 322 км/ч, а российский Ми-26 — нести груз более 20 т или 100 пассажиров.
Игорь Сикорский позирует на зависшем вертолете R-4
Реактивная сила
В 1930-х гг. два величайших пионера в области машиностроения — Фрэнк Уиттл в Великобритании и Ханс фон Охайн в Германии — независимо друг от друга разработали реактивный двигатель, способный приводить в действие самолеты. Оба варианта двигателя поступили на вооружение в июле 1944 г.
Фрэнк Уиттл, британский авиационный инженер, запатентовал идею турбореактивного двигателя в 1930 г., хотя эксперты в области авиации говорили ему, что это непрактично. Спустя несколько лет Уиттл создал фирму Power Jets Ltd., чтобы проектировать эти двигатели. Министерство авиации Великобритании восторженно отзывались о новинке, но предлагало очень небольшую финансовую поддержку, и разработка шла очень медленно.
Уиттл не знал, что в Германии Ханс фон Охайн экспериментировал с аналогичным двигателем, получая при этом хорошую государственную поддержку. Первые реактивные двигатели обоих изобретателей — Power Jets WU Уиттла и Heinkel HeS 1 фон Охайна — были успешно опробованы в апреле 1937 г. В 1939 г. двигатель Охайна был установлен на самолете Heinkel He 178, два года спустя двигатель Уиттла установили на самолете Gloster E28/39. Разработчики шли вровень, не уступая друг другу: истребители с реактивными двигателями в Германии и Великобритании поступили на вооружение практически одновременно в июле 1944 г.
Messerschmitt Me 262 был первым серийно выпускаемым реактивным самолетом. Его производство было развернуто в последние месяцы Второй мировой войны
Реактивные санки
Великий князь Кирилл Владимирович заплатил румынскому изобретателю Анри Коанде, чтобы тот в 1910 г. построил ему двухместные санки с мотором. Коанда разработал санки с «турбодвигателем», приводящим в движение многолопастный вентилятор, который гнал воздух в трубу, заставляя санки двигаться. Позже Коанда утверждал, что это был предшественник реактивного двигателя, но нет никаких свидетельств горения топлива в воздушном потоке и никаких доказательств того, что санки действительно двигались, хотя была заявлена скорость 161 км/ч! В том же году изобретатель построил самолет Coanda-1910, оснащенный «реактивным двигателем». Самолет так и не взлетел, поскольку сгорел на взлетной полосе. Тем не менее Коанда создал много успешных проектов самолетов с двигателями на основе пропеллера.
Пламя и сжатый воздух
После Второй мировой войны реактивные двигатели использовались для перевозки пассажиров и грузов. Современные реактивные двигатели гораздо мощнее, но работают на тех же принципах. Вентилятор засасывает воздух в переднюю часть двигателя, а компрессор повышает давление воздуха. Затем в сжатый воздух распыляется топливо, и искра воспламеняет смесь. Сгорающий сжатый газ сильно расширяется и вырывается из сопла, расположенного в задней части двигателя. Поскольку струи газа выстреливают назад, двигатель и самолет устремляются вперед.
Цифровой компьютер
Цифровой компьютер — это устройство, которое использует код из нулей и единиц для управления работой внутренних схем таким образом, что они могут манипулировать данными. Первые цифровые компьютеры были построены для выполнения сложных расчетов, но сегодня все мы знаем, что они могут делать намного больше.
Цифры 1 и 0 кодируют в вычислительной машине все числа. Аппаратная часть компьютера представляет собой сложную сеть переключателей. Программы компьютера определяют, какие из этих переключателей следует включить или выключить, и эти инструкции заставляют компьютер превращать входные данные в выходные. Так можно решить простую задачу вроде ввода чисел и вывода их суммы или же достаточно сложную, например введение сохраняемого кода, который затем преобразуется в телепрограммы или видео игры. Компьютеры начала XX в. были электромеханическими: механические переключатели физически открывались и закрывались с помощью электроэнергии.
ENIAC имел размеры 15,2×9 м, программировать его было очень сложно. Новая программа сначала писалась на бумаге, а затем требовалось несколько дней, чтобы переустановить переключатели или реле. Был ли этот компьютер программируемым? Да, но это была нелегкая задача!
В 1938 г. в ВМС США построили достаточно компактный компьютер, который помещался на подводной лодке и мог рассчитать траекторию торпеды для попадания в движущуюся цель. Эта программа была зашита в устройство, то есть компьютер мог выполнять только одну задачу. Следующим этапом было создание Конрадом Цузе в 1941 г. в Германии электромеханического компьютера Z3, который можно было запрограммировать для решения любой математической задачи.
Тьюринг
В 1936 г. британский математик Алан Тьюринг изложил свою теорию «универсальной машины» — устройства, которое может решить любые задачи. Оно произвело революцию в теории компьютеров. Во время Второй мировой войны Тьюринг сыграл ключевую роль во взломе немецких военных кодов; возможно, его работа сократила продолжительность войны. После войны он работал в Манчестере, занимаясь разработкой программного обеспечения для первого в мире программируемого компьютера. В 1952 г. Тьюринг был осужден за гомосексуальные действия, которые в то время в Великобритании считались преступлением. Приговор лишил его работы, и в 1954 г. он покончил с собой, съев отравленное яблоко.
Переход к электронике
В это же время инженеры экспериментировали с термоэлектронными лампами, используя их в качестве переключателей. Такой переключатель не имел механических деталей, лампа могла открывать и закрывать цепь в зависимости от того, пропускался ли по ней ток. Электронные устройства работали быстрее электромеханических. В 1946 г. был продемонстрирован первый цифровой программируемый электронный компьютер — ENIAC («гигантский мозг», как его называли в американской прессе). После программирования он выполнял до 385 умножений, 40 делений или до трех операций извлечения квадратного корня в секунду. ENIAC мог осуществлять условное ветвление, то есть изменять порядок выполнения действий на основе значений данных. Например, «если Y больше 10, то перейти к строке 26».
Термоэлектронные (вакуумные) лампы были разработаны по технологии обычных лампочек. Они часто перегорали, что нарушало работу компьютера
После создания ENIAC его конструкторы Джон Преспер Эккерт и Джон Мокли работали над более мощным компьютером EDVAC, в котором впервые использовалась двоичная система счисления (1 и 0), а не десятичная (от 0 до 9). В 1951 г. появился один из первых коммерческих компьютеров — UNIVAC 1. Их было выпущено всего 46 экземпляров, каждый стоил миллион долларов. Второе поколение цифровых компьютеров появилось в конце 1950-х гг., в них вакуумные трубки были заменены транзисторами на основе кремния. В компьютерах третьего поколения (конец 1960-х — начало 1970-х гг.) появилась интегральная схема, или «микрочип», состоящий из кремниевой пластины, на которую крепятся элементы. Интегральные схемы становились все сложнее, а компьютеры — компактнее и мощнее. Современные карманные компьютеры в миллиарды раз быстрее, чем