еркалами, их количество возрастало. Когда фотоны покидали кристалл, они образовывали мощный луч красного света. Основной принцип современных лазеров остался неизменным, а получающийся свет может быть любой длины волны, то есть любого цвета.
Лазеры производят когерентный свет из волн, которые колеблются практически одинаковым образом, благодаря чему можно очень точно направить поток лучей. Эти мощные лучи режут пластмассу, ткани и даже металлы. Они даже используются в хирургии как устройства, позволяющие резать и прижигать ткани. Лазеры также считывают данные с CD- и DVD-дисков, сканируют штрих-коды на кассах супермаркетов и используются в световых шоу.
Спутник
В рамках объяснения закона всемирного тяготения английский физик Исаак Ньютон описал пушечное ядро, которым выстреливают в космос, после чего оно снова и снова облетает Землю — иными словами, Ньютон описал спутник.
В 1957 г., через 290 лет после провидческого описания Ньютона, с неба передался слабый радиосигнал. Это был голос «Спутника-1», советского космического аппарата весом 84 кг — первого искусственного спутника, запущенного 4 октября 1957 г. «Спутник-1» продемонстрировал успех СССР в космической гонке — борьбе между сверхдержавами, вовлеченными в холодную войну, — которая способствовала развитию науки, хотя и была вдохновлена политическим соперничеством. Пока США пытались повторить успех СССР, в ноябре 1957 г. был запущен «Спутник-2», внутри которого находилась маленькая собака Лайка. Это показало, что живое существо может выйти на орбиту, и подготовило полет человека.
Спутники, в отличие от самолетов, не должны соблюдать законы аэродинамики и потому могут быть практически любой формы. «Спутник-1» выглядел как алюминиевый шар с четырьмя антеннами для отправки радиосигнала
Необходимо было значительно расширить диапазон космической техники. В 1945 г. Артур Кларк, английский писатель и ученый, описал будущее, в котором спутники будут по всему миру обеспечивать связь со скоростью света. Для этого спутники должны находиться на геостационарных орбитах, то есть космический аппарат должен вращаться с той же скоростью, что и Земля, оставаясь на одном и том же месте над поверхностью Земли на высоте 35 787 км. Такой вариант идеально подходит для отправки и получения радиосигналов.
В 1946 г. американский физик Лайман Спитцер-младший выдвинул идею размещения телескопов на околоземной орбите на высоте около 644 км. Это привело к появлению в 1990 г. космического телескопа «Хаббл». Метеорологические и разведывательные спутники, как правило, летают по орбитам, проходящим над полюсами, поэтому могут регулярно проходить почти над всей поверхностью Земли, в то время как навигационные спутники летают по средним околоземным орбитам на высоте 20 117 км, облетая Землю за 12 часов.
Проект «Эхо»
В 1962 г. спутник «Телстар» в прямом эфире передавал телевизионную программу между Европой и Северной Америкой. Однако первым спутником связи был огромный блестящий шар, заполненный воздухом, — «Эхо 1». Он был надут с помощью газового баллона на высоте 1600 км в 1960 г. Спутник работал как зеркало, отражая радиосигналы.
Удобрения
В 1789 г. Томас Мальтус предсказал, что возрастающая численность населения в конце концов превысит способность Земли снабжать всех людей продовольствием. Без нового источника пищи человечество будет обречено.
В последующие годы действительно случился ужасный голод, и большая часть растущего населения Земли страдала от недоедания. Однако в 1960-е гг. произошла «зеленая революция», были открыты технологии, которые помогли справиться с нехваткой продовольствия в развивающихся странах. Помимо создания новых сортов растений и более эффективных методов орошения, важным изобретением этой революции стало массовое производство химических веществ, что во многом было заслугой немецкого инженера-химика Фрица Хабера.
Удобрения вносятся в почву в виде порошка или жидкости. Они позволяют годами выращивать урожай на одном и том же месте, не делая перерыв для естественного восстановления ее питательных свойств
Процесс Хабера
В процессе Хабера азот и водород смешивают, нагревают примерно до 450 °C, а затем оказывают на них давление в 200 раз больше атмосферного. В этих условиях газы реагируют друг с другом благодаря наличию железного катализатора. Полученный аммиак охлаждается до жидкого состояния и сливается, а оставшиеся газы водорода и азота вновь участвуют в реакции.
Жизнеобеспечение
Все растения, в том числе употребляемые в пищу, нуждаются в источнике азота, который используется для выработки растительных белков. Азот в больших количествах содержится в воздухе, но растения не могут брать его оттуда, а поглощают из почвы в форме богатых азотом соединений. Когда эти соединения иссякают, почва становится неплодородной, и поэтому фермеры восстанавливают ее с помощью удобрений. На протяжении столетий это были естественные вещества, такие как навоз. В 1911 г. Фриц Хабер разработал процесс производства химических удобрений из воздуха — или, по крайней мере, извлечения из него азота.
Процесс Хабера позволяет производить аммиак (соединение азота и водорода), который может быть преобразован в удобрения. Фриц Хабер также разработал процессы синтеза ряда полезных химических веществ, в том числе взрывчатки. Примерно от трети до половины людей в мире избежали голода благодаря азотным удобрениям.
Нефтяная платформа
Когда в XIX в. первые скважины были исчерпаны, нефтяная промышленность искала новые источники нефти. Многие из них были обнаружены под морским дном, но это создало серьезные проблемы: как безопасно бурить в океане?
Около 1896 г. было выполнено первое шельфовое бурение с пирса, построенного у побережья Калифорнии. В 1930-е гг. впервые были использованы стальные баржи для бурения скважин в неглубоких прибрежных водах Техаса, а на расстоянии 4,3 м от побережья Луизианы была установлена первая неподвижная платформа. Бурение с кораблей далеко от берега было затруднительным, потому что суда часто переворачивались в неспокойном море. Был изобретен технологический прогресс, позволивший прикреплять буровые платформы к морскому дну на бетонных или стальных ножках, но на глубине не более 518 м.
Нефтяной бизнес
В 1859 г. Эдвин Дрейк пробурил первую нефтяную скважину в районе Тайтусвилля, штат Пенсильвания. К 1910 г. крупные нефтяные месторождения были обнаружены на Суматре, в Иране, Перу, Венесуэле, Мексике и Канаде. К концу 1950-х гг. нефть стала важнейшим видом топлива. В тройку крупнейших производителей нефти входят Саудовская Аравия, Россия и США, а 80 % мировых запасов нефти находятся на Ближнем Востоке.
Погружные платформы
Событие, случившееся в 1961 г. в Мексиканском заливе, произвело революцию в проектировании нефтяных платформ. Погружная буровая вышка Blue Water Rig № 1 в полупогруженном состоянии была отбуксирована в место, где ее опустили на дно океана. Инженеры заметили, что массивная установка оказывается очень стабильной, когда медленно плывет. Это легло в основу разработки нефтяных платформ, которые могли плавать, но были достаточно тяжелыми, чтобы оставаться устойчивыми в бурном море. Решение глубоководного бурения было найдено случайно! Спустя два года был запущен Ocean Driller — первая специально построенная полупогружная нефтяная платформа.
Современные полупогружные буровые платформы могут работать на глубине до 3048 м. Вышки, которые крепятся на морском дне, также устойчивы, но не могут работать на такой глубине. Есть и еще одна альтернатива — буровое судно. Оно гораздо менее устойчиво, но может бурить скважины на глубине 3658 м, поэтому обычно используется для разведки, а не для добычи.
Прочные колонны нефтяной платформы заполнены водой, поэтому они опускаются под ее поверхность. Так как бо́льшая часть массивного сооружения находится под водой, движение воды на ее поверхности не влияет на платформу
SR-71 Blackbird
Война значительно ускоряет развитие авиационных технологий, поскольку враги постоянно совершенствуют самолеты, чтобы обогнать конкурентов. В 1964 г. был построен самый быстрый пилотируемый самолет за всю историю авиации — и не для нападения на врага, а для защиты от него.
Благодаря развитию реактивных двигателей в 1940-х гг. самолеты достигли скорости более 900 км/ч, и перед инженерами встал новый вопрос: может ли самолет преодолеть звуковой барьер? Для этого нужно превысить скорость распространения звуковых волн в воздухе (около 1200 км/ч). Никто не знал, сохранит ли самолет на такой скорости свои аэродинамические свойства, будет ли он управляемым или помчится, вызывая разрушения. Было известно, что пуля преодолевает звуковой барьер, поэтому первый сверхзвуковой самолет Bell X-1 имел форму пули. 14 октября 1947 г. летчик-испытатель ВВС США Чак Йегер, управляя этим самолетом, установил мировой рекорд скорости. Но только через семь лет реактивные самолеты смогли преодолеть скорость звука. Главным нововведением стал форсаж, при котором сгорало дополнительное топливо, увеличивая тягу, которая проталкивала самолет через звуковой барьер. В 1954 г. ВВС США начали использовать сверхзвуковые самолеты F-100 Super Sabre, летавшие с максимальной скоростью 1390 км/ч. После этого ВВС всех развитых стран развернули строительство сверхзвуковых самолетов, самыми быстрыми из которых чаще всего бывают самолеты-перехватчики, которые должны обогнать противника.
SR-71 Blackbird имел радиопоглощающее покрытие, а его форма позволяла обмануть радар. При высокой скорости полета фюзеляж сильно нагревался и расширялся. Чтобы справиться с этим расширением, самолет делался так, чтобы во время его пребывания на земле между элементами конструкции имелись зазоры, из-за чего постоянно подтекало топливо