В проекте «100 лет инноваций» знакомит вас с важнейшими научно-техническими прорывами XX века. В новой части мы рассказываем о главных изобретениях 1960-х годов: вспоминаем, с какой высоты падали первые космонавты и как гигантские компьютеры передавали считаные байты.
«Восток-1» и первый полет человека в космос
56 лет назад с космодрома Байконур на околоземную орбиту вышел космический корабль «Восток-1», на борту которого находился первый космонавт Земли — Юрий Гагарин.
В 1959 году постановлением правительства СССР было принято решение о разработке космического корабля для полета человека в космос. Его созданием занялось опытно-конструкторское бюро под руководством ученого и инженера-конструктора Сергея Королева.
«Восток-1» выводился на орбиту трехступенчатой ракетой-носителем и являлся кораблем-спутником. В отличие от современных космических кораблей он не мог выполнять орбитальные маневры.
Сам корабль состоял из двух блоков: спускаемого аппарата и приборного отсека. Спускаемый аппарат с кабиной космонавта был выполнен в форме шара диаметром в 2,3 метра и весил около 2,4 тонны. Герметичный корпус изготавливался из алюминиевого сплава, а внутри размещались только те системы, которыми пользовался сам космонавт (например, жизнеобеспечения или терморегулирования).
Внутри кабины также находилось катапультируемое кресло космонавта, пульт управления, запасы пищи и воды. Система жизнеобеспечения была рассчитана на работу в течение десяти суток.
В целях безопасности во время полета космонавт должен был находиться в герметичном скафандре с открытым шлемом. В случае внезапной разгерметизации кабины он автоматически закрывался — в нем был запас кислорода на четыре часа. Скафандр и катапультируемое кресло разрабатывались опытным заводом № 918 (сегодня — научно-производственное предприятие «Звезда» им. академика Г. И. Северина).
Остальные системы располагались в приборном отсеке, вес которого составлял порядка 2,2 тонны. Одной из самых важных выступала система ориентации и управления движением, которая включала в себя несколько подсистем.
Первая — навигационная — состояла из группы датчиков, определяющих положение корабля в пространстве. Сигналы от этих датчиков поступали в управляющую систему, которая работала в автоматическом и ручном режимах управления.
Корабль разворачивался за счет набора реактивных сопел, в которые подавался сжатый азот из специальных баллонов. Их основная задача — правильно сориентировать корабль перед подачей тормозного импульса.
Тормозная система располагалась в нижней части корабля и состояла из двигателей, систем подачи горючего и топливных баков. Спускаемый аппарат возвращался на Землю по баллистической траектории. На высоте в 7 километров осуществлялось катапультирование, затем космонавт отделялся от кресла и сам спускался на парашюте.
15 мая 1960 года был произведен беспилотный запуск прототипа первого пилотируемого корабля «Восток», 19 августа того же года состоялся запуск корабля с собаками Белкой и Стрелкой на борту, а уже 12 апреля 1961-го ракета-носитель вывела в космос корабль-спутник «Восток-1» с Юрием Гагариным.
Совершив один оборот вокруг планеты, «Восток-1» вошел в плотные слои атмосферы, и в 10 часов 55 минут по московскому времени спускаемый аппарат приземлился недалеко от деревни Смеловки Саратовской области.
5 мая 1961 года вслед за Гагариным суборбитальный полет совершил американский астронавт Алан Шепард.
Первая компьютерная сеть или прототип интернета
Первоначально идея создания нового вида соединения между вычислительными машинами была инициативой Министерства обороны США. Узнав о запуске Советским Союзом искусственного спутника Земли в 1957 году, американские военные решили, что в случае внезапного нападения им понадобится система экстренной передачи данных.
Для создания перспективной разработки в 1958 году было сформировано агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA), которое объединило лучшие умы страны.
Первый американский спутник был спроектирован в течение 18 месяцев, а спустя несколько лет по инициативе доктора Ликлайдера (Dr. J. C. R. Licklider) DARPA занялось разработкой и построением компьютерных сетей и коммуникационных технологий.
В дальнейшем в создании «праотца» современного интернета участвовали ученые Массачусетского технологического института (MIT), Калифорнийского университета (UCLA) и Гарвардского университета.
В 1965 году Лоуренс Робертс (Lawrence Roberts) из MIT смог соединить два компьютера в разных частях страны через телефонную сеть и показал возможность подобных соединений. Правда, этот опыт уже тогда продемонстрировал непригодность телефонной линии для передачи данных.
Вскоре разрабатываемая компьютерная сеть получила название ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). 2 сентября 1969 года был установлен и запущен ее самый первый сервер. И хотя сама сеть представляла собой два стационарных компьютера, соединенных кабелем длиной в 4,5 метра, эти две машины смогли передать друг другу несколько байт данных. Вскоре это событие стали считать днем рождения интернета.
29 октября того же года ученые попытались провести сеанс связи между компьютерами, расположенными в Калифорнийском и Гарвардском университетах. Первый опыт оказался неудачным. Чтобы начать передачу данных, необходимо было ввести команду LOGIN, но профессор Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock) из UCLA смог ввести только LOG — после этого произошел сбой системы. Впрочем, вскоре ученые смогли наладить связь.
Среди группы студентов профессора Клейнрока также был Винтон Серф (Vinton Cerf), который в середине 70-х годов прошлого века разработал протокол передачи данных TCP/IP, на котором базируется нынешняя глобальная компьютерная сеть.
Концепция публикации общедоступных документов с помощью компьютерных сетей, которая легла в основу интернета в современном представлении и получила название World Wide Web (WWW), была разработана в 1989 году в Европейской лаборатории физики элементарных частиц (CERN) в Женеве, где англичанин Тим Бернерс-Ли (Tim Berners-Lee) создал технологию гипертекстовых документов.
Изобретение лазера
Еще в 1916 году Альберт Эйнштейн сформулировал теорию о том, что внутри звезд создается излучение. Явление, ответственное за этот процесс, получило название «вынужденного» или индуцированного излучения.
В своей работе ученый утверждал, что вынуждающие и вынужденные фотоны всегда когерентны. Когерентность волн — принципиальное для лазерной техники свойство. Оно означает совпадение длины, направления, фазы и поляризации обеих волн. Именно благодаря когерентности луч лазера не рассеивается.
К концу 1950-х стало ясно, что лазер должен состоять из рабочей среды (вещества, которое дает вынужденное излучение), источника энергии (устройства накачки) и резонатора, который усиливает вынужденное излучение.
Первый подобный работающий лазер удалось создать американскому физику Теодору Мейману (Theodore Maiman). В качестве активной среды в нем использовался рубиновый цилиндр, а в качестве резонатора — серебряное напыление, которое ученый нанес прямо на поверхность рубина. Весной 1960 года устройство Меймана дало первый в мире лазерный луч.
В декабре того же года Али Джаван (Ali Javan), Уильям Беннетт (William Bennett) и Дональд Хэрриот (Donald Herriotte) представили первый в мире лазер, работающий на смеси гелия и неона. Возбужденное состояние газовой смеси достигалось за счет использования электрического поля и газовых разрядов.
В 1962 году американский физик Роберт Холл (Robert Hall) создал полупроводниковый лазер. Практически одновременно с ним этого достигли исследователи из Массачусетского технологического института, компании IBM, а также исследователи из СССР — Николай Басов, Олег Крохин и Юрий Попов.
КПД полупроводникового лазера разработки советских специалистов достигало 40% (для сравнения, КПД первых твердотельных и газовых лазеров равнялся всего 1%).
Вскоре развитием лазерных установок занялось множество ученых и инженеров из разных стран мира. В течение последующих 5−6 лет были спроектированы химические лазеры, лазеры на органических красителях и на двуокиси углерода.
Сегодня лазеры используются во многих областях науки, производства и медицины, вплоть до лазерной коррекции зрения. Их также можно встретить в бытовых приборах — например, лазерных принтерах, считывателях штрихкодов или проигрывателях компакт-дисков.
Промышленный выпуск лазеров начался в 1965 году, когда только в Америке созданием подобных установок занималось более 460 компаний.