Необычные испытания: зачем ученые взрывают новые дома и ракеты

Инженеры постоянно проверяют на прочность свои изобретения: то смартфон в космос запустят, то дом сожгут или даже ракету взорвут. В общем, работают с выдумкой и огоньком.

Почему в Китае сжигают новые смартфоны? Зачем немецкие инженеры подорвали ракету? И для чего в России создали симулятор апокалипсиса? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Смартфон в морозильной камере

Пять километров над Землей, 20-градусный мороз и китайский смартфон – в таких условиях разработчики в феврале 2024 года испытывали новую кремний-углеродную батарею гаджета. В тропосфере аппарат провел несколько часов и беспрерывно транслировал видео. В результате аккумулятор "потерял" всего 14 процентов.

"Кремний и углерод, из которых состоит анод батареи, "упаковывают" энергию в 10 раз плотнее привычного графита. Емкость аккумулятора получается больше, а заряд он расходует экономичнее. Я провел домашний эксперимент и оставил смартфон в морозильной камере. При температуре минус 20 он продержался 13 часов", – рассказал блогер и обозреватель технологий Дэвид Рахими.

Зачем роботы издеваются над гаджетами

Слабая батарея далеко не единственная проблема смартфонов – они не только не вовремя разряжаются, но и падают. В Китае уже научились делать устройства, которые не боятся падений практически с любой высоты. Ведь каждый смартфон до того, как попасть к покупателю, проходит невероятные испытания.

На фабрике, расположенной в китайском Чунцине, люди дни напролет играют, а роботы измываются над гаджетами. Автоматика проверяет, что будет, если владелец постирает смартфон, оставит его в разогретой духовке, морозилке или под проливным дождем. Пресс имитирует человека, который садится на телефон, а машины роняют устройство самыми разными способами – все как в жизни.

"У пользователей телефоны зачастую падают с высоты полутора метров, но мы роняем их и с двух с половиной. Причем не только плашмя, но еще и под углом, на бок, вертикально. Всего на устройство приходится до 30 тысяч различных падений. Тесты на подключение и отсоединение зарядки повторяются 10 тысяч раз – это равно 27 годам эксплуатации смартфона. Если аппараты не выдерживают испытаний, всю партию приходится выбраковывать", – объяснил президент по глобальному маркетингу компании-производителя смартфонов Уильям Лю.

Как в США тестируют автомобильные сиденья

Так же часто, как и смартфонами, люди пользуются автомобилями. Обивка переднего сиденья – головная боль каждого водителя. И кожа, и ткань стираются в пух и прах.

"Посмотрите, как испортились сиденья. Больше всего трещин в тех местах, где я обычно прикасаюсь к материалу голыми ногами", – показывает автор видео Мэтью Купер.

Инженеры американской компании используют для испытания на прочность материала автомобильных сидений робота с потеющей пятой точкой.

Подушка в форме ягодиц играет роль водителя, который после активных занятий спортом садится в автомобиль и начинает ерзать. Температура у робота человеческая – 36,6. Мягкие части пропитаны подсоленной водой. За три дня взмокшее устройство опускается в кресло 7,5 тысячи раз – как водитель за 10 лет.

"Насадка в форме ягодиц оказывает на автокресло такую же нагрузку, как мужчина крупного телосложения. За время испытаний обивка впитывает почти пол-литра влаги. По результатам тестов мы понимаем, как именно нужно улучшить материал обивки, чтобы сидение служило как можно дольше", – сказал генеральный директор компании-разработчика робота Ханс Шеп.

Пожарный симулятор

В 2022 году в Чили огонь уничтожил больше 500 деревянных строений на окраине города Винья-дель-Мар, погибли несколько человек. Чтобы предотвратить подобные трагедии, ученые высшей технической школы Цюриха создали пожарный симулятор. В нем они испытывают древесину, моделируя разные сценарии возгораний. В металлическом кубе можно устроить самый безопасный в мире пожар. Стальные балки надежно держат конструкцию, а сама камера сгорания герметична. Испытатели погружают в печь балки, доски или соединяющие элементы. Включают газовые горелки, настраивают температуру, концентрацию кислорода и смотрят по видеокамерам, что происходит с древесиной.

"Печь способна раскалиться до 1400 градусов. При разной температуре и концентрации кислорода пожар развивается неодинаково. Наша задача – понять, какой должна быть толщина и длина конструкции, чтобы она выстояла в пожаре", – пояснил профессор в области инженерии пожарной безопасности Швейцарской высшей технической школы Цюриха Андреа Франджи.

Лаборатория апокалипсиса

Первый толчок магнитудой 7,7 зафиксирован 6 февраля 2023 года в турецком городе Кахраманмараш. Далее – серия афтершоков более чем в 10 провинциях. От страшного землетрясения в Турции тогда погибли свыше 50 тысяч человек, тысячи домов сложились как карточные домики. Позже эксперты выяснили: жертв и разрушений могло быть намного меньше, если бы строители использовали правильный бетон.

"Мы выяснили, что при строительстве были нарушены пропорции при составлении смеси: слишком много песка, мало цемента, конструкции были не укреплены арматурой. Подобные строения могли бы простоять еще много лет на территориях со спокойной сейсмообстановкой, но для Турции это стало причиной невероятной трагедии", – подчеркнул профессор-исследователь Земной обсерватории Ламонт-Доэрти Колумбийского университета Майкл Стеклер.

В Пермском политехническом университете точно знают, из чего и где надо строить. Здесь создали настоящую лабораторию апокалипсиса для испытания на прочность различных материалов.

"Это могут быть металлические материалы, композиционные материалы, углепластик, стеклопластик, цветные сплавы, алюминиевые материалы", – рассказал РЕН ТВ кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ Михаил Третьяков.

Ежедневно исследователи сжимают и растягивают, бьют и роняют образцы, воздействуют на них ультразвуком. А все для того, чтобы точно понять, где у разных материалов предел прочности, и как они себя ведут непосредственно перед разрушением.

"Можно спрогнозировать, как будет вести себя колонна, изготовленная, допустим, из железобетона, металла или из каких-то других материалов, и определить, из какого металла поведение конструкции будет более безопасным", – объяснил эксперт.

Свои наблюдения пермские ученые передают производителям, а те уже создают правильные и безопасные материалы на все случаи жизни.

Зачем в Германии подорвали новую ракету

Немецкие инженеры подорвали на полигоне абсолютно новую ракету. Так они решили проверить на прочность сварку корпуса. Кроме того, известные своей рачительностью немцы решили сэкономить на покорении космоса. Пока во всем мире отработанные ступени сбрасывают в океан, в Германии пытаются придумать, как эти ступени использовать повторно.

"Первая ступень будет оснащена девятью двигателями. На старте они обеспечат тягу, которая позволит вывести ракету на орбиту и при этом не приведет к отсоединению ступени. Ее можно будет полностью восстановить прямо во время полета", – рассказал главный операционный директор ракетного завода Стефан Бришенк.

Зачем в США взрывают космические дома

В лабораториях ученые детонируют не только ракеты. Американцы вообще строят и взрывают космические надувные дома. Подобные круглые шары могут в будущем заменить жилые модули МКС. Надувные конструкции в сложенном виде поместят в ракету, а на орбите надуют. А чтобы шары в космосе не лопнули, их и проверяют на прочность на земле.

"Во время стресс-теста модуль выдержал давление в шесть земных атмосфер. Это на треть больше, чем мы рассчитывали. Теперь мы планируем испытать наш модуль микрометеоритами", – заявил старший технический директор компании-разработчика космического модуля Шон Бакли.

В расправленном состоянии космический модуль сравним с двухкомнатной квартирой. И из таких квартир можно будет собрать конструкцию какого угодно размера. Если испытания пройдут успешно, то уже к 2030 году в космос отправится первый надувной дом, а еще лет через 20 на орбите, а потом и на других планетах появятся целые надувные города. А будущие колонизаторы будут спать на диванах с вечной обивкой и держать связь с Землей по неубиваемым смартфонам. 

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.