Страница 6 из 53
Зонд "Мессенджер", которому, если не случится чего-то непредвиденного, в 2011 году предстоит впервые выйти на орбиту вокруг Меркурия, пока следует стопами своего предшественника, лишь проносясь на огромной скорости мимо планеты. 14 января прошло первое из трех намеченных сближений, в ходе которого аппарат подошел к поверхности на рекордные 200 км и сумел сделать серию фотоснимков, в том числе и ранее не наблюдавшихся участков.
С самим зондом во время пролета ничего не случилось, все системы, включая камеры и другие научные приборы, отработали штатно, но совершенно неожиданным образом в дело вмешались неполадки на совсем другом космическом аппарате. Для связи с удаленными от Земли космическими аппаратами NASA использует сеть из трех наземных станций: в Голдстоуне, Мадриде и Канберре. Каждая станция оборудована одной радиоантенной диаметром 70 м и парой 34-метровых "тарелок". Разумеется, большая антенна обеспечивает более надежный и быстрый канал связи. Конечно, для такого редкого события, как пролет космического аппарата вблизи Меркурия, в расписание одной из больших антенн был внесен сеанс связи с "Мессенджером". И надо же было такому случиться, что именно в преддверии намеченного сеанса нештатная ситуация произошла на борту зонда Ulysses, изучающего Солнце. Этот зонд как раз занимал удачную позицию для очередных исследований приполярных областей нашего центрального светила, и ошибка в работе бортовой аппаратуры грозила тем, что благоприятный момент мог быть упущен. Потребовалось экстренно связаться с Ulysses по "толстому" каналу, и "Мессенджер" потерял свое эфирное время. Именно поэтому на следующий день после сближения с Меркурием фотографий NASA так и не опубликовало.
Впрочем, получив некоторое время на малой антенне, ученые выяснили, что вся необходимая научная информация была получена, в том числе фотоснимки в запланированном количестве. Чуть позднее, когда крохи времени на большой антенне для "Мессенджера" удалось выкроить, ученые наугад выбрали несколько изображений, которые оперативно и были представлены миру аэрокосмическим агентством США. Первое из них, которое мы приводим на этой странице, выбрано с расчетом на то, чтобы планета на нем была представлена целиком. Увы, это лишь одно из снятых через разные светофильтры изображений, поэтому оно не цветное.
Так как снимки сохранены в бортовом накопителе, то получение всей информации - лишь вопрос времени. Ожидается, что в течение одной-двух недель небольшими порциями весь накопленный за время сближения научный материал удастся передать на Землю. АБ
Обыкновенный кремний может стать прекрасным термоэлектрическим материалом, если из него изготовить нановолокна. К таким неожиданным выводам практически одновременно и независимо пришли две группы ученых из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Беркли. Этот результат способен радикально расширить область применения термоэлектрических преобразователей, сделав их пригодными для утилизации тепловых выбросов крупных электростанций, использования в солнечных коллекторах, не говоря уже об эффективном охлаждении компьютерных чипов и подзарядки мобильных устройств.
Сегодня термоэлектрические преобразователи, известные как элементы Пельтье, используются весьма ограниченно, несмотря на их замечательную способность непосредственно конвертировать температурный перепад в электрический ток и наоборот. К сожалению, они дороги и неэффективны. Хороших термоэлектриков мало. Чаще всего используют теллурид висмута (Bi2Te3), разработаны новые соединения и наноструктуры на основе других экзотических соединений, но все они плохо приспособлены к широкомасштабному производству.
Дело в том, что к термоэлектрическим материалам предъявляются весьма противоречивые требования. С одной стороны, они должны хорошо проводить электрический ток, чтобы в элементе выделялось поменьше джоулева тепла, а с другой стороны, обладать низкой теплопроводностью, чтобы можно было получить достаточный перепад температур. Но чем выше электропроводность материала, тем больше его электронная теплопроводность, которая ей прямо пропорциональна. Хуже того, кроме электронов в перенос тепла в материале вносят заметный вклад и так называемые фононы - кванты звуковых колебаний кристаллической решетки. Именно из-за высокой фононной теплопроводности кремния на нем как на термоэлектрике сразу же был поставлен крест еще шестьдесят лет тому назад, когда была создана теория термоэлектрических генераторов. Эффективность элементов из кремния получается примерно на два порядка хуже, чем из обычных термоэлектриков, несмотря на приличную величину его термоэлектрического коэффициента Зеебека.
Теперь эти выводы придется пересмотреть. Группа из Беркли изготовила из кремния круглые нановолокна с грубой поверхностью диаметром 20-300 нанометров и обнаружила, что их теплопроводность резко уменьшилась на два порядка величины. Этот пока не очень понятный эффект, по-видимому, связанный с сильным рассеянием фононов на шершавой поверхности нановолокон, делает кремний вполне конкурентоспособным по сравнению с другими термоэлектриками. Ученые из Калтеха исследовали гладкие нановолокна прямоугольного сечения размером 10х20 и 20х20 нанометров и тоже зафиксировали увеличение эффективности, которое достигало сотни при пониженной температуре. Но тут это увеличение уже нельзя объяснить только одним снижением теплопроводности.
Учитывая, что кремний сравнительно дешев, для него накоплен богатый опыт и имеется мощная промышленность с развитой инфраструктурой, перспективы открываются самые радужные. Дешевые элементы Пельтье смогут выгодно использовать небольшие температурные перепады, возникающие повсеместно. Достаточно сказать, что 60-70% тепла от сжигаемых в тепловых электростанциях ископаемых топлив сегодня бесполезно греют воздух. А так в мире получают 90% всей электроэнергии. Все - от горячих выхлопных газов автомобилей до стены нагретого солнцем дома - может пойти в дело.