Электрификация всего и вся в тридцатые годы прошлого столетия позволила обнаружить стандарт частоты, существенно превосходящий по точности творения знаменитых часовщиков. Началось всё с использования не очень точных колебательных контуров на базе индуктивности и конденсаторов, однако эти схемы быстро были вытеснены кварцевыми осцилляторами.
Пьезоэлектрический эффект, обнаруженный у кристаллов кварца, оказался удивительно точным осциллятором, заодно позволяющим создавать устройства малых размеров. Вскоре кварцевые регуляторы сменили на посту в NBS эталонные маятниковые стандарты. В 1929 году исследовательский центр Bell Labs разработал для NBS четыре высокоточных кварцевых осциллятора, генерирующих частоту 100 Гц и обладающих погрешностью -9
Почему же эталонные кварцевые осцилляторы потребовали замены, если кварц — такое точное, компактное и экономичное решение? Всё дело в том, что осциллятор на основе кварца неидеален хотя бы потому, что найти два кристалла с абсолютно одинаковыми свойствами практически нереально. Кроме того, кварц подвержен старению, приводящему к «уходу» частоты. Вдобавок на его характеристики влияет масса природных и техногенных факторов: влажность, температура окружающей среды, атмосферное давление и даже вибрация.
Именно поэтому учёные, приоткрывшие завесу тайны строения атома, стали всё больше заглядываться на этот микрокосм, в котором движение электронов вокруг ядра так же периодично, как и движение планет вокруг солнца. Только на несколько порядков точнее.
Читайте также: Как устроены атомные часы. В 2012 году атомное хронометрирование будет праздновать своё сорокапятилетие. Как же устроен механизм этих атомных часов? Какие «часовщики» придумали и совершенствовали этот чрезвычайно точный механизм? Есть ли ему замена? Попробуем разобраться.
- Александр Иванович, чем вы занимались на станции «Мир», в каких участвовали экспериментах?
- Я был бортинженером. В обязанность бортинженеров входит обеспечение работоспособности приборов и оборудования. Вторая задача — проводить эксперименты. Это то, ради чего и летают космонавты. В нашем полёте было порядка двухсот одних только медицинских экспериментов, а кроме них проводились технологические, в которых мы, например, получали новые сплавы металлов, и астрофизические.
- Вы во всех участвовали?
- Да. Подготовка проходит по всем экспериментам ещё на Земле. Всё тщательно спланировано заранее, не успеть что-то невозможно.
- Какой из, например, медицинских экспериментов произвёл на вас самое большое впечатление?
- Есть такой эксперимент, его придумали американцы. Они захотели изучить сон человека, узнать, как факторы космического полёта влияют на его сон с точки зрения физиологии. Необходимо было зафиксировать параметры, присущие сну: сердцебиение, дыхание и прочее.
Для этого учёные поставили датчики на грудь испытуемым и записывали электрокардиограмму сердца в течение ночи. Когда человек спит, у него меняется частота дыхания, поэтому устанавливается также датчик дыхания. Мозг тоже меняет свою работу — происходит изменение электрической активности. Энцефалограмму головного мозга также записывают в течение всей ночи. Происходит изменение артериального давления. Этот процесс также измеряется в течение всей ночи и фиксируется. В зависимости от фаз сна у человека двигаются глаза, и их движение также нужно фиксировать. Во сне меняется состав крови, поэтому происходит постоянный забор крови и её анализ. Для этого в вену вводится катетер, и в течение ночи, через определённые промежутки времени, производится забор крови. И в этом состоянии, будучи окутанным датчиками и проводами, необходимо было спать.
Эксперимент начался на Земле, продолжился в космосе и закончился после возвращения на нашу планету. Это очень трудный эксперимент. Он вызывал массу недовольства. Но такова наша работа — мы должны были это делать. И мы это сделали. Люди должны знать, как ведёт себя организм в невесомости.
- Результаты эксперимента вам известны?
- Нам их не сообщают, мы только испытываем на себе те или иные методы.
- Чем отличаются астрономические наблюдения с Земли и из космоса?
