- Артикул:00004229
- Автор: Макаров И.М.
- ISBN: 5-02-013159-8
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: Наука (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 349
- Год: 2003
Развернуть ▼
В книге доступно и увлекательно рассказывается об истории изобретений в робототехнике, о развитии и создателях цифровых вычислительных машин для управления промышленными роботами. Приводятся данные о более совершенных компьютерах, построенных на нейронных сетях с элементами искусственного интеллекта. Много внимания уделено применению роботов в освоении космоса и созданию новых типов роботов. Красочный иллюстративный материал дополняет изложение, повышая его наглядность.
Для широкого круга читателей, интересующихся развитием науки и техники
Введение
В книге популярно рассказывается о той роли, которую сыграли роботы в истории развития цивилизации. В глубокой древности роботы имели облик человека, при их создании использовались самые совершенные на то время устройства. Из таких же устройств собирались первые автоматы, управляющие движениями механизмов. В последующие столетия подобные автоматы получили свое практическое применение в хозяйственной и производственной деятельности людей.
Роботы Средневековья были самыми чудесными творениями человеческого гения. Их устройство, включающее большое число часовых механизмов, винтовых передач, рычагов и барабанов с наборами управляющих программ, представлялось исключительно сложным. В дальнейшем конструкции этих роботов послужили основой для разработки учеными и изобретателями сложных машин, включая механические цифровые вычислители.
Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций. В настоящее время в промыш-ленно развитых странах постоянно эксплуатируются свыше миллиона роботов, и число их непрерывно растет. Роботы заняли прочное место в промышленном производстве, научных исследованиях, современной медицине, обслуживании людей в офисах и дома. Это стало возможным благодаря тому, что в качестве основного устройства управления в них применяются вычислительные машины.
Основное назначение роботов будущего заключается не только в повышении уровня автоматизации производства, но и в освоении космического пространства и сохранении экологии. Ухудшение экологической обстановки и возможность гигантских катастроф, вызванных мощными извержениями вулканов, ударами огромных метеоритов или комет, ставят под угрозу существование человечества. Для сохранения жизни людей на Земле необходимо построить подземные и подводные города, обслуживаемые роботами. В таких сложных условиях нельзя допустить, чтобы человек потерял контроль за действиями роботов и они перестали "подчиняться любым его приказаниям".
Один из разделов этой книги посвящен промышленным роботам, полностью изменившим облик современных предприятий и позволившим автоматизировать изготовление автомашин, самолетов, ракет, кораблей и других сложных изделий. Для управления роботами в таких производствах используются вычислительные комплексы, состоящие из нескольких десятков параллельно работающих ЭВМ. Дальнейшее совершенствование подобных производств привело к созданию безлюдных предприятий.
Кроме того, в книге уделено много внимания способам общения роботов с внешней средой при помощи различных датчиков, познающих окружающую среду, и приборов технического зрения, определяющих наиболее характерные признаки, по которым можно быстро выполнить сборку сложных конструкций. Для повышения скорости распознавания используются матричные процессоры и нейронные сети, обладающие элементами искусственного интеллекта. Роботы с такими вычислительными машинами могут лучше опознавать формы деталей, понимать речь человека, обучаться и самообучаться.
В другом разделе рассматриваются новые типы роботов для применения в космосе. Такие роботы должны быть работоспособными в течение десяти лет и более, обладать мощными источниками питания и способностью самостоятельно осуществлять их подзарядку, уметь контролировать свое состояние и при отказах или поломках ремонтировать себя.
Большие роботы смогут строить поселения на Луне и Марсе, а малые, доставленные с Земли, - обслуживать людей. Подвижные роботы в виде тележек, снабженных длительно действующими источниками питания, будут доставлять людей и грузы к обсерваториям и заводам.
Хозяйственная деятельность людей, направленная на увеличение числа постоянно эксплуатируемых тепловых электростанций, заводов и холодильников, привела к загрязнению окружающей среды и гибели живой природы, восстановить которую в первозданном состоянии вряд ли когда-нибудь удастся. Перед учеными и инженерами были поставлены задачи создания с помощью роботов солнечных электростанций и химических заводов на геостационарных орбитах.
Чтобы осуществлять космические полеты за пределы Солнечной системы, для дозаправки ракет потребуются тороиды. Кольца тороидов могут изготовлять на Луне роботы из лунной породы и доставлять космическими летательными аппаратами к месту сборки. Большие роботы будут монтировать тороиды, а затем обслуживать прилетающие ракеты.
Мечта человечества об освоении дальнего космоса может осуществиться только с помощью роботов самых различных конструкций.
Мы писали эту книгу с большим удовольствием, и работа над ней становилась все более интересной благодаря тому, что нам помогали многие специалисты. Считаем своим приятным долгом поблагодарить художников Л.С. Вендрова, А.И. Гавриченкова, Н.Д. Желтовского, О.В. По-леву за содержательные и красочные иллюстрации, а сотрудников Издательства МАИ Г.Н. Борисову и В.И. Володину за творческую работу при подготовке книги к изданию.
Благодарим ведущего научного сотрудника Института истории естествознания и техники И.А. Апокина за предоставленные материалы по истории цифровой вычислительной техники. Совместные обсуждения перспектив развития робототехники с заведующим лабораторией исследования компьютерных интегрированных систем Института системного анализа В.З. Рахманкуловым повысили научный уровень книги. Значительную помощь оказали советы и ценные замечания рецензентов академиков СВ. Емельянова и Д.Е. Охоцимского, которым выражаем самую глубокую признательность.
Особую благодарность мы приносим И.И. Топчеевой, взявшей на себя нелегкий труд прочтения чернового варианта рукописи, безжалостно исправлявшей неточности и упростившей содержание некоторых разделов, что позволило сделать книгу более доступной широкому кругу читателей.
Из всех творений человека самыми замечательными и фантастическими являются роботы. Первые роботы были созданы в глубокой древности. Их непрерывное совершенствование продолжалось до наших дней, а в настоящее время робототехника достигла такого уровня, что роботы проникли во все сферы деятельности людей.
Сначала роботы наделялись качествами, присущими живым организмам. Так появились деревянный голубь, вращающийся на конце жерди, и взлетающий орел. Они перемещались за счет изменения направления струи воздуха. Затем были изобретены плавающие по окружности дельфины, управляемые потоками воды, и, наконец, статуи богов, движущие руками во время ритуальных служб жрецов в храмах.
Создавая различные механизмы, человек стремился улучшить условия своей жизни. Для помощи в повседневной деятельности он хотел использовать механических людей с автоматическим управлением. Однако разрабатывать подобные устройства было исключительно сложно, а их изготовление стало возможным лишь через две тысячи лет с начала нашей эры благодаря труду многих ученых и изобретателей.
Впервые механических людей начали применять на маяке, сооруженном на острове Фарос. Для безопасности мореплавателей на маяке установили четыре позолоченные женские фигуры. Днем они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались и были хорошо видны издалека. Через определенные промежутки времени статуи, поворачиваясь, показывали руками на циферблатах направление и силу ветра, отбивали склянки, а в ночное время издавали прерывистые трубные звуки, предупреждая о близости берега. Лучи маяка позволяли мореходам не только находить гавань, но и вводить в нее корабли. Он считался одним из семи чудес света. Около шестнадцати столетий возвышался на мысе Фарос Александрийский маяк, спасая от гибели сотни тысяч судов.
После завоевания арабами Египта и Византии древние рукописи египетских и греческих ученых перевели на арабский язык. Но только в XI в. они были переведены на латинский язык и стали известны в Западной Европе. Талантливые европейские ученые и изобретатели, изучив эти рукописи, предложили человекоподобные механизмы (андроиды) для обслуживания машин и людей. Первый такой андроид, изготовленный в Германии, не получил применения в ремесленном производстве. Его передали в монастырь для исполнения обязанностей привратника у архиепископа.
Второй андроид был собран в Испании. Он приводился в движение от пружинного завода. Разработчик предполагал использовать его в качестве слуги для закупки товаров на рынке и доставки их в дом хозяина. Но решить задачу устойчивого движения слуги при ходьбе не удалось. Потребовалось более четырех столетий, чтобы андроиды свободно зашагали по улицам.
Эпоха Возрождения вызвала бурный расцвет всех направлений науки и искусств. Появились новые типы андроидов, наделенных "интеллектуальными" способностями. Они могли соперничать лишь с хорошо обученными людьми, умеющими играть на музыкальных инструментах, писать и рисовать.
Во Франции были изготовлены флейтист, исполняющий довольно сложные мелодии, и свирельщик, играющий на свирели и в такт с музыкой ударяющий палочкой в барабан. В Швейцарии создали механических людей, способных писать на немецком и французском языках и рисовать красивые картинки. Огромным успехом на демонстрациях пользовались механические музыкантши, играющие на органах и клавесинах сложные менуэты. Их движения во время игры почти не отличались от движений человека.
Большой успех механических людей и крупные денежные вознаграждения, получаемые их создателями, привели к появлению множества устройств, названных лжероботами. Наибольшей известностью пользовались "турок-шахматист", "игрок в карты" и "говорящая девушка", в которых интеллектуальные функции возлагались на спрятанного от посетителей человека, а вспомогательные - на манипулятор. Последовавшие разоблачения лжероботов помешали дальнейшему развитию робототехники. Поэтому только через сто лет снова появились простейшие роботы, внешне похожие на человека.
Повышение уровня механизации производства и высокие скорости выполнения технологических операций потребовали создания разнообразных промышленных роботов. Сделать их похожими на человека оказалось слишком сложно, и инженеры приступили к конструированию манипуляторов, сходных с рукой человека и способных выполнять заданные последовательности действий. Управление такими роботами осуществлялось с помощью цифровых электронных вычислительных машин, а исполнение различных операций обеспечивалось путем изменения программ. Оснащение современных роботов датчиками, приборами технического зрения и аппаратурой распознавания речи расширило диапазон обслуживания сложных технологических процессов. Для того чтобы манипуляторы принимали правильные решения, необходимо было перерабатывать большие массивы информации. В результате управляющие вычислительные машины стали намного сложнее. При составлении рабочих программ отказались от обычных алгоритмических языков и перешли к специализированным языкам или языкам высоких уровней.
Накопленный опыт функционирования одиночных роботов, обслуживающих группы станков с числовым программным управлением и стендов для сборки, позволил перейти к поточным линиям, оснащенным большим количеством роботов, взаимодействующих между собой. Так появились первые автоматизированные производства, на которых не только изготовлялись отдельные сложные детали, но и производилась сборка машин. В таких производствах использовались несколько ЭВМ, соединенных в единую вычислительную систему, состоящую из микроконтроллеров или микропроцессоров, управляющих гибкими производственными системами (ГПС) и конвейерными поточными линиями. Достоинство подобных систем заключалось в возможности быстрой замены выпуска одних деталей или машин выпуском других без существенного изменения конфигурации и состава оборудования поточной линии. В настоящее время постоянно эксплуатируется большое количество различных ГПС и заводов с конвейерной сборкой машин. В ГПС получили широкое применение системы автоматизированного проектирования, технологической подготовки и автоматического управления производством (САПР). Это позволило объединить в едином рабочем цикле проектно-конструкторские работы, технологическую подготовку и автоматизацию производства без выпуска чертежной документации и технологических карт. Реализация подобных циклов изменила облик производства, освободив инженеров от выполнения рутинных операций и предоставив им большие возможности для творческой деятельности.
Разработкой САПР занимались десятки тысяч высококвалифицированных системных программистов. Они создали сложные наборы программных пакетов в виде основных (базовых) модулей. С помощью этих модулей выполнялось построение пространственных геометрических моделей для проведения необходимого инженерного анализа с поддержкой в различных проблемных приложениях, генерирующих программы для технологической подготовки и автоматического управления изготовлением деталей и сборкой машин. С целью расширения возможностей пользователей САПР базовые модули дополнялись вспомогательными, позволяющими получать наилучшую конфигурацию программного обеспечения и упрощающими процедуры конкретного проектирования.
Современные САПР реализуются в локальных сетях, состоящих из нескольких суперЭВМ и большого количества рабочих станций, на которых одновременно в коллективном режиме работают инженеры-конструкторы, инженеры-технологи и экономисты, общающиеся друг с другом через дисплеи. Они быстро находят наилучшие согласованные решения, не дожидаясь окончания всех проектно-конструкторских работ, и запускают в производство детали, а также отдельные устройства.
В XX в. самый высокий уровень автоматизации был достигнут в автомобильной промышленности, ежегодно с конвейеров сходили десятки миллионов автомобилей. Первые ГПС и САПР прошли свою апробацию в автомобилестроении, затем они стали применяться в самолетостроении, ракетостроении и т.п. В результате широкого применения САПР накопились большие объемы баз данных, позволяющих упростить процедуры автоматизированного проектирования и управления производством. Это привело к созданию первых безлюдных предприятий.
Современные роботы, снабженные нейрокомпьютерами, могут опознавать изображения, понимать речь человека, принимать оптимальные решения, самообучаться. С ростом номинального быстродействия, увеличением числа внутренних связей и объемов памяти в локальных нейрокомпьютерных сетях открываются неограниченные возможности совершенствования будущих производств.
Важным направлением в робототехнике является миниатюризация вычислительных и управляющих устройств. В последнее время на основе новых технологий удалось приступить к изготовлению микроэлектродвигателей подшипников, механических передач и электронных устройств управления, имеющих микронные размеры. Сверхминиатюрные электродвигатели с высокими скоростями вращения роторов и миллионными долями ватт потребляемой энергии используются в медицине для создания микророботов-хирургов, способных перемещаться в кровеносных сосудах и органах человека. Уже сейчас роботы-хирурги могут удалять тромбы из сосудов, камни из желчного пузыря, поджелудочной железы, почек и печени, восстанавливать внутренние повреждения в тканях без полосных операций. Микророботы могут доставлять лекарственные препараты к органам человека, нуждающимся в улучшении физиологической деятельности. Замена в микророботах-хирургах режущих инструментов лазерными сделала возможным выполнение сложнейших операций. В XXI в. ожидается дальнейшее совершенствование микророботов-хирургов, и это полностью изменит облик современной хирургии.
Следующее фантастическое изобретение в медицине - это нанороботы размером в миллиардную долю метра, которые, попадая в сосудистую систему человека и сталкиваясь с болезнетворными бактериями, вирусами и клетками старения организма, будут заглатывать их целиком или, откусывая, поглощать по частям. Внутри нанороботов будут происходить процессы химического разложения микроорганизмов, а продукты распада будут выводиться через почки. Таким образом, появляется возможность продления жизни человека. Для управления передвижением нанороботов по кровеносным сосудам могут применяться нано-компьютеры с двигающимися стержнями, обладающими молниеносной быстротой срабатывания. Источниками питания для нанороботов и нано-компьютеров станут глюкоза и кислород, содержащиеся в крови.
Следует заметить, что биологические аналоги нанороботов уже действуют в живых организмах. Некоторые микроорганизмы перемещаются в кровеносных сосудах с помощью двух спиральных жгутиков, которые приводятся во вращение белковыми "роторами". Препарат бактериофаг, проникая внутрь болезнетворных бактерий, полностью их уничтожает.
Задачи создания нанороботов все интенсивнее занимают умы ученых во многих передовых странах мира, но серьезных практических результатов вряд ли можно ожидать в недалеком будущем.
С середины XX в. началось освоение околоземного космического пространства и планет Солнечной системы с помощью беспилотных, а затем пилотируемых летательных аппаратов. Роботы-манипуляторы, устанавливаемые на беспилотных посадочных модулях, брали пробы грунтов с Луны, Марса, Венеры и производили их физико-химический анализ. Полученные данные о составе грунтов передавались на Землю.
Две космические станции совершили посадки на Луну (первая - в море Дождей, а вторая - в море Ясности) и высадили там "Луноход-1" и "Луноход-2", каждый из которых имел дистанционное управление, осуществляемое из центра управления космическими полетами. Луноходы, двигаясь, периодически передавали изображения поверхности Луны и основные свойства грунта. Таким образом была исследована достаточно большая территория Луны.
Роботы-манипуляторы с дистанционным управлением устанавливались на пилотируемых орбитальных аппаратах многоразового действия "Спейс Шаттл". Эти роботы при подходе космического аппарата на близкое расстояние к спутнику захватывали его и помещали в грузовой отсек для ремонта. На новой пилотируемой орбитальной станции, вывод на орбиту которой планируют осуществить США и Россия в 2004 г., будет установлен робот с рабочими органами на обоих концах манипулятора. Это позволит ему перемещаться по корпусу орбитальной станции от одного гнезда крепления к другому, что намного расширит зоны его действия.
Большие успехи, достигнутые советскими пилотируемыми космическими летательными аппаратами в 1961-1962 гг., были восторженно встречены народами всего мира. В то время США имели существенное преимущество перед Советской страной в области беспилотных космических аппаратов. Желая сохранить господство в космосе, президент США Дж.Ф. Кеннеди принял предложение Национального Управления по Аэронавтике и Исследованию Космического Пространства о разработке космического корабля, способного доставить трех космонавтов к Луне и обеспечить выход двоих из них на лунную поверхность. Согласно программе "Аполлон", с 1969 г. по 1972 г. было осуществлено шесть успешных полетов, имевших исключительно важное значение в астрономии и освоении дальнего космического пространства. Исследования лунных образцов грунта, собранных космонавтами, показали, что в них содержится больше металлов с высокой точкой плавления (гафний, цирконий) и намного меньше с низкой точкой плавления (натрий, калий). Такое отличие лунного грунта от земных пород привело ученых к выводу о том, что Луна образовалась в более высокотемпературных условиях, чем Земля. Долго существовавшая гипотеза об отделении Луны от Земли оказалась полностью несостоятельной.
В первом десятилетии XXI в. ожидается постройка с помощью роботов-строителей первого рассчитанного на длительное существование поселения на Луне. Роботы, перемещающиеся на плавающих колесах и гусеницах, соберут из нескольких десятков модулей, доставляемых с Земли, различные сооружения и здание базы, где будут жить и работать 12- 15 человек. Для защиты космонавтов от жесткой радиации и низкой температуры потребуются мощные защитные экраны, которые будут изготовлять роботы из лунных пород. На лунной базе установят следующие сооружения: электрическую и тепловую станции; заводы переработки лунных пород для производства воды и химических удобрений; большую оранжерею для выращивания овощей и некоторых плодово-ягодных культур, обеспечивающую космонавтов свежими продуктами питания.
Одной из наиболее важных задач, решаемых космонавтами в лунном поселении, следует считать астрономические наблюдения. Отсутствие атмосферы, сейсмическая стабильность поверхности, малые помехи от световых волн и радиоволн создают идеальные условия для установки на невидимой части Луны самых совершенных астрономических обсерваторий. Большое число оптических телескопов и радиотелескопов, объединенных в две независимые вычислительные сети, создадут комплекс высокой разрешающей способности. Такие лунные обсерватории позволят увеличить в сотни тысяч раз дальность обзора Вселенной по сравнению с земными возможностями. Параболические антенны огромных размеров, размещенные в лунных кратерах, смогут улавливать слабые сигналы, идущие от самых далеких объектов. Из-за значительного расстояния от основного здания до обсерваторий потребуется создать многоколесные, двигающиеся тележки с двумя манипуляторами и автономным управлением от микроЭВМ. Их двигатели будут питаться от ядерных установок с генераторами, дублируемыми литиевыми аккумуляторами. Робот сможет работать до десяти лет и проходить большие расстояния со скоростью порядка трех километров в час.
Отсутствие атмосферы на Луне является благоприятным условием для построения ускорителя длиною в несколько десятков километров. В этом случае исключается проблема создания и поддержания вакуума, необходимого для ускорения элементарных частиц. Применяя детекторы, расположенные на больших расстояниях друг от друга, в условиях сейсмического спокойствия можно будет улавливать гравитационные волны. Сейчас принято считать, что они создаются в результате взрыва сверхновой звезды или, возможно, при высокоэнергетических процессах, связанных с космическими струнами, образовавшимися на ранней стадии формирования Вселенной. Дать окончательный ответ на природу этой таинственной силы в земных условиях не представляется возможным.
Нейтрино, доминирующий вид космической материи, трудно обнаружить на Земле из-за присутствия непрерывного потока частиц высоких энергий, которые образуются при столкновении космических лучей с атмосферой. Поэтому, размещая датчики нейтрино на Луне, можно успешно регистрировать их потоки, которые помогут понять природу термоядерных реакций, происходящих на Солнце.
Поверхностный слой Луны содержит в больших количествах изотоп гелия-3, который может послужить идеальным топливом для будущих термоядерных реакторов. На Земле крайне редко встречается гелий-3, и его добыча бесперспективна.
Для обеспечения посадки и взлета лунной ступени на космодроме должно быть построено несколько взлетно-посадочных установок, гарантирующих безопасность прилета и возвращения космонавтов. Кроме того, необходимо иметь специальные постройки для ремонтно-профилактических работ лунных аппаратов. Основные работы и обслуживание всех установок и баз будут обеспечивать подвижные шестиногие и четырехногие роботы с несколькими манипуляторами.
Опыт построения замкнутой системы жизнеобеспечения лунных поселений, организация транспортных перевозок, добыча полезных ископаемых и их переработка на Луне будут иметь исключительно важное значение в создании поселений на Марсе.
Наблюдения за Марсом с помощью телескопов и космических летательных аппаратов показали на сезонные отклонения количества водяного пара, образующегося в результате изменения ледниковых шапок на полюсах. Наличие мощных ледников и пластов вечной мерзлоты под поверхностью планеты обеспечит будущих поселенцев неограниченными запасами воды.
На Земле резко сокращаются источники ископаемого топлива, используемого в энергетике. При этом атмосфера загрязняется вредными газами, мелкими частицами, которые выбрасываются предприятиями, электростанциями, автомобилями и др. Выходом из создавшегося положения может быть создание в космическом околоземном пространстве спутников, на которых будут установлены солнечные электростанции, передающие электрическую энергию в микроволновом диапазоне на наземные станции. На спутниках могут монтироваться заводы, в процессе эксплуатации которых выделяются вредные газообразные и пылевые отходы.
Наряду с необитаемыми тороидами в пределах Солнечной системы будут располагаться обитаемые тороиды больших диаметров, вращающиеся вокруг своей центральной оси для создания искусственной силы тяжести и имеющие внутри нормальные земные условия. Рассматриваются проекты таких тороидов, которые могут использоваться в качестве промежуточных станций на пути полета ракет в дальний космос.
Для производства продовольствия в обитаемых тороидах должны осваиваться интенсивные методы ведения сельского хозяйства. Посевные площади здесь могут освещаться солнечным светом в течение всех суток. Солнечный свет будет направляться от зеркал больших диаметров через кольцевые прорези для освещения площадей с сельскохозяйственными культурами. Отходы могут превращаться в чистую воду и удобрения с помощью окислительной очистки сточных вод. Замкнутая система жизнеобеспечения потребует лишь добавления азота и воды в небольших количествах. Сброс избыточного тепла в пространство может производиться специальным радиатором.
Сборка тороидов из железобетонных колец будет осуществляться крупными роботами размером в сотни метров. Внутри тороидов для устранения повреждений, вызывающих разгерметизацию, обеспечения необходимого режима открытия и закрытия световых окон, управления системами жизнеобеспечения будут применяться разнообразные роботы меньших размеров.
Современное состояние науки позволяет прогнозировать появление крупных природных катаклизмов и разрабатывать комплексные технические средства защиты человечества. В качестве наиболее опасных катаклизмов следует рассматривать глобальное потепление климата, увеличение площади "озонных дыр", периодические обледенения, извержения нескольких вулканов одновременно, соударения с астероидами или критическое сближение Земли с кометами. Однако правительства даже наиболее развитых в экономическом отношении стран проявляют непростительную беспечность в вопросах экологии. Последствия такого отношения могут быть непредсказуемо опасными.
Рост промышленности и численности населения привел к увеличению потребления энергии. Намного возросло количество сжигаемого в тепловых электростанциях и на заводах каменного угля и нефти. Это повысило содержание в атмосфере углекислого газа, метана и некоторых других газов, задерживающих тепловое излучение Земли, не давая ему улетучиваться в космос. В результате возник "парниковый эффект", который вызвал всеобщее потепление климата. Интенсивнее стало таяние ледников, повысился уровень воды в Мировом океане. Затопление части земель тундры привело к увеличению в атмосфере содержания углекислого газа и метана, запасенного торфом.
С ростом температуры воздуха ускорились процессы испарения пресной воды, уменьшились ее стоки в реки и озера. Длительная засуха и наступление песков на плодородные земли снизили собираемые урожаи. Увеличилось число самопроизвольных возгораний лесов. Стали погибать растения, леса,* животные, птицы и рыбы.
Губительное действие на природу оказала активная деятельность людей по вводу в постоянную эксплуатацию новых предприятий, выбрасывающих наряду с различными газами диоксиды серы и азота. Поглощаемые каплями воды в облаках, они образовывают серную и азотную кислоты, выпадающие в виде кислых осадков на значительных площадях. Кислотные дожди загрязняют грунтовые и прибрежные воды, усиливают коррозию сооружений. Повышение температуры атмосферы на 0,5°С приводит к значительному изменению климата. Если в следующее двадцатилетие произойдет дальнейшее повышение температуры на +5°С, то это потребует строительства на пяти континентах дорогостоящих дамб, препятствующих затоплению огромных площадей.
Прошло немногим более тридцати лет с тех пор, как ученые ряда стран стали выражать свое беспокойство по поводу состояния озонового слоя, защищающего биосферу Земли от губительного ультрафиолетового излучения. Значительно снизилась его концентрация в атмосфере Антарктики на высотах от десяти до сорока километров. Для изучения этой "озонной дыры" используются самолеты, спутники Земли и запускаемые воздушные шары-пилоты. Полученные данные показали, что содержание озона изменяется в зависимости от времени года. Пока не удается полностью объяснить все процессы, происходящие в стратосфере над Антарктикой. Наибольшее распространение получила хлорфто-руглеродная теория, по которой при воздействия ультрафиолетового излучения на хлорфторуглерод происходит выделение свободного хлора, а один атом хлора способен разрушить 100 000 молекул озона. Находящиеся в стратосфере Антарктики окись и двуокись азота, а также метан летом вступают в устойчивые химические соединения с хлором. "Озонная дыра" уменьшается. Зимой при сильных морозах эти соединения, взаимодействуя с мелкими льдинками, активизируют выделение хлора. "Озонная дыра" начинает увеличиваться. На эти процессы оказывают влияние частицы серной кислоты и бром, которые способствуют разрушению озонового слоя.
Хлорфторуглероды сохраняются в стратосфере до восьмидесяти лет. Поэтому даже при полном прекращении их выбросов в начале XXI в. разрушение озонового слоя не остановится до конца века. Во время извержения вулканов выбрасываются миллионы тонн серы и ее оксида, что способствует образованию частиц серной кислоты. Если не остановить загрязнение атмосферы хлорфторуглеродами, то Землю ожидают глобальные потери озона.
Хлорфторуглероды используются в холодильных камерах, калориферах в качестве охлаждающих агентов, применяются при изготовлении пенопластов, аэрозолей, и ежегодно миллионы тонн этих веществ попадают в стратосферу. Уменьшение озона оказывает крайне вредное влияние на посевы и живые организмы и приводит к неизлечимым болезням. Особую опасность несут полярные вихри, вызывающие значительные перемещения "озонной дыры", достигающей Южной Австралии и Новой Зеландии. В стратосфере северного полушария в районах Шпицбергена и земли Франца Иосифа происходит не столь интенсивное уменьшение озона, так как там не бывает таких низких температур, как в Антарктике.
Для уменьшения потерь озона над Антарктикой можно применять сверхвысокочастотные генераторы и наземные направленные антенны, посылающие малыми порциями импульсы к "озонной дыре". В результате этого образуются оксиды азота, которые поглощают хлор. На спутниках Земли, вращающихся около Южного полюса, можно устанавливать мощные энергетические установки, направляющие тепловые потоки к стратосфере Антарктики для испарения мелких льдинок. Такие работы и обеспечение безаварийных ситуаций в обслуживании наземных антенн и их механических передач в трудных климатических условиях смогут осуществлять роботы, снабженные шагающими устройствами для преодоления трещин во льдах и торосов.
Уже наступило время, когда все страны мира должны экономно и эффективно расходовать энергоресурсы, использовать альтернативные источники энергии, устанавливать защитные средства на выхлопных трубах заводов, запрещать технологии, образующие опасные отходы, применять замкнутые безотходные циклы производства, перевести сотни миллионов автомобилей на водородные или электрические двигатели. Правительства всех стран должны ввести законы, запрещающие производство хлорфторуглеродов и обязывающие выделять ассигнования на защиту природы от загрязнения.
В процессе эволюции Земли происходили сильные извержения огненной лавы, пепла и раскаленных газов. Образовывались горы и вулканы, в океане возникали новые острова. Крупные извержения гряды вулканов наблюдались в III в. до н.э. в Сирии, когда быстротекущие потоки базальтовой лавы с температурой 1200°С покрыли огромные площади. Были уничтожены несколько крупных городов. Пепел и газы, состоящие из оксидов серы, углерода и азота, изменили химический состав атмосферы, выпали губительные кислые дожди. Для предупреждения подобных катастроф проводятся научные исследования вулканов и осуществляется контроль за их извержениями. Работа вулканологов труда и опасна. Здесь необходима помощи шагающих шестиногих роботов, у которых каждая нога представляет собой пантографический механизм с самостоятельными приводами. Такой робот способен спускаться в кратер вулкана, преодолевать сложные препятствия, быстро и маневренно перемещаться на гусеницах при поднятых ногах. Управление роботом должно осуществляться в двух режимах - автономном и дистанционном, что позволит ему успешно работать как внутри кратера, так и вблизи потоков извергающейся лавы.
Около шестидесяти трех миллионов лет тому назад на Землю упал гигантский метеорит массой около 1012 тонн. Вблизи огромного кратера, в отложениях глины было обнаружено повышенное содержание иридия, редко встречающегося в земных породах и в больших количествах содержащегося в падающих метеоритах. В результате удара образовалось столько пыли и водяных паров, что затмилось Солнце и наступили долгие сумерки. Резкое похолодание климата вызвало гибель многих растений и крупных рептилий в океанах и на суше. Длительный период ухудшения экологической обстановки привел к появлению новых видов растений и животных.
Падение мелких метеоритов - частое явление, которое связано со столкновениями астероидов. Известно, что между орбитами Марса и Юпитера находятся около миллиона астероидов с диаметрами от одного до девятисот километров, вращающихся по своим орбитам. Попадание даже некрупного метеорита в мегаполис может вызвать серьезные разрушения зданий и гибель людей.
В 1950 г. голландский астроном Ян Оорт высказал гипотезу о существовании в отдаленных областях Солнечной системы огромного рассеянного облака, в котором находятся около 100 млн. тел, спрессованных из космической пыли, льда и газов. Это так называемые кометы. Гравитационное притяжение проходящих звезд иногда выбивает кометы из облака Орта. Большинство вырвавшихся комет уходят далеко в космос, а некоторые остаются в Солнечной системе и движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Наибольшую известность получила комета Галлея, первые сведения о которой дошли до нас после ее прохождения около Земли в 1301 г. Комета имеет период обращения семьдесят шесть лет. В 1986 г. она прошла на наименьшем расстоянии от Земли, равном сорока восьми миллионам километров. На встречу с ней было послано шесть космических летательных аппаратов, с помощью которых была установлена ее масса, равная ста миллиардам тонн при объеме 500 км3. Были также определены форма, плотность ядра, а также химический состав по газовым и пылевым выбросам. В 1910 г. комета Галлея находилась от Земли на ближайшем расстоянии, равном двадцати четырем миллионам километров. На какие же расстояния она приблизится к Земле в 2061 г. и в последующие годы, возвращаясь к нам еще несколько сотен раз? Возможно ли ее столкновение с нашей планетой?
Упавшее в 1908 г. в Восточной Сибири в бассейне реки Подкамен-ная Тунгуска космическое тело более всего походило на комету, что подтверждается отсутствием в районе падения в почве каких-нибудь металлических и кремниевых осколков. Ядро этой кометы состояло изо льда и газов. Ударная волна и взрыв повалили и обожгли огромное количество деревьев на площади в 2000 км2.
В настоящее время даже в пределах нашей Галактики не представляется возможным установить, существуют ли живая природа и разумные существа на других планетах вне Солнечной системы. Сообщения о якобы виденных летающих тарелках и инопланетянах говорят лишь о том, что люди не хотят считать себя одинокими во Вселенной. Именно поэтому мощнейшие радио- и оптические телескопы непрерывно исследуют космическое пространство в поисках любой информации, подтверждающей гипотезу о присутствии в галактиках разумных существ. Но поскольку до сих пор их присутствия не обнаружено, наиболее важной задачей, стоящей перед человечеством, является сохранение жизни человека.
В Японии приступили к строительству подземного города на глубине один километр, этот город будет обслуживаться роботами, способными самостоятельно подниматься, выходить на поверхность и доставлять все необходимое для жизни людей под землей. Строительство подводных городов на береговых отмелях морей и океанов, на глубинах несколько сот метров значительно проще, поскольку имеется возможность наблюдать за роботами и управлять ими на значительных расстояниях.
Большая концентрация людей в подземных и подводных городах создает значительные проблемы, связанные с жизнеобеспечением. Кроме того, такое скопление людей в ограниченном пространстве может привести к социальной напряженности. Будущие поколения должны сделать все возможное для сохранения человеческого разума - великого достояния, дарованного нам природой.
В недрах звезд под действием сверхвысоких давлений и температур протекают термоядерные реакции, при которых выделяются огромные энергии с мощными тепловыми и световыми излучениями. Из легких атомных ядер элементов образуются более тяжелые, расширяющие внешние оболочки звезд. Происходит повышение температуры до 1010оС, когда гравитационные силы не в состоянии обеспечить режимы равновесия; возникают процессы неустойчивости, приводящие к разрушению внешних оболочек и взрывам сверхновых звезд. По наблюдениям астрономов, в космическом пространстве на расстояниях от Земли от нескольких миллионов до десятков миллиардов световых лет один раз в 100- 300 лет происходят такие взрывы. Если подобное событие произошло бы в нашей Галактике на расстоянии порядка ста световых лет от Земли, то от мощного космического излучения погибла бы вся биосфера. Возможны и другие необратимые явления, приводящие к мгновенному уничтожению живой природы. До начала подобных катастроф люди должны покинуть Землю и поселиться в далеком космосе.
Человеческий разум, приоткрывший только часть завесы над загадкой Вселенной, смог по косвенным данным обосновать существование массивных объектов - черных дыр. Интересную идею, кажущуюся совершенно невероятной, высказал американский физик-теоретик Кип Стивенсон Торн, предложивший построить вокруг большой черной дыры гигантский тороид для переселения туда людей. Подготовку элементов и монтаж тороида будут вести крупные роботы, снабженные ракетными двигателями, работающими на термоядерном топливе, что позволит им быстро доставлять материалы с разных планет. Для нейтрализации действия гравитационных сил притяжения тороид должен вращаться с постоянной скоростью вокруг своей оси.
Электроэнергия, необходимая для освещения и обогрева кольцевого мира, будет поступать из громадных запасов энергии черной дыры.
В таком тороиде смогут жить в условиях, близких к земным, миллиарды людей, которые постараются воспроизвести в натуральную величину многие из привычных ландшафтов. Этот необычный и красивый вымысел может стать реальностью, если человечество сможет достичь таких вершин техники и технологии, которые дадут возможность построить гигантские корабли для межзвездных перелетов, создать новые сверхпрочные материалы, не поддающиеся воздействию мощных излучений и, наконец, использовать самовоспроизводящиеся роботы с искусственным интеллектом.
Огромное значение могут иметь искусственно созданные человеком черные дыры, которые будут снабжать нашу планету электроэнергией миллиарды лет; изготовление и эксплуатацию таких черных дыр смогут осуществлять только роботы.
Применяемые в настоящее время роботы по их относительным размерам различаются в миллион раз. Через два столетия отношение их размеров будет равно триллиону. Когда-нибудь, спустя тысячелетия, роботы не будут иметь ограничений в своем развитии и станут обладать такими способностями, которые в настоящее время вряд ли можно себе представить
Рекомендуем
