Нейтронные звезды — чрезвычайно плотные объекты, образовавшиеся после смерти обычной звезды. Обычно они излучают радиоволны или излучение более высокой энергии, такое как рентгеновские лучи, но в сентябре 2018 года астрономы обнаружили длинный поток инфракрасного света, исходящий от нейтронной звезды на расстоянии 800 световых лет от Земли — нечто, чего раньше никогда не наблюдалось. Исследователи предположили, что пылевой диск, окружающий нейтронную звезду, мог генерировать сигнал, но окончательное объяснение еще не найдено.
Всем привет! Расскажу как я организовал небольшой, простенький CTF для своего друга. Что такое CTF? Постараюсь объяснить своими словами. Это онлайн квест, где для решения задачи необходимо найти спрятанный ключ/флаг. Как правило CTF чаще направлены на специалистов, разбирающихся в информационной безопасности. Т.к задания бывают по типу "получить доступ к базе данных на сервере, изучить данные в базе и найти в ней искомый ключ и подсказку, где находится следующее задание". Конечно, взламывать что-то незаконно. Организаторы CTF создают заранее уязвимые системы, раскидывают в них подсказки и.т.д. Таким образом создается некая песочница, где игроки пытаются найти слабые места в системе и получить искомые флаги.
В интернете очень много различных CTF и их подробных прохождений, можете ознакомиться самостоятельно, это действительно интересно. Я сам частенько в них участвую.
Рождение идеи
Мой друг недавно купил себе 3d-принтер, я подумал, здорово будет подарить ему компактную гравировочную машинку. У него есть китайский аналог dremel, но он большой и не подходит для совсем мелких работ. Случайно на youtube увидел интересный вариант гравировочной машинки и сразу понял что это будет хороший подарок другу на Новый год. Сразу заказал на Али.
Несколько недель ожидания и будущий подарок готов!
Концепция
Чтобы определить направление задач и сложность необходимо сначала составить модель игрока. Мой друг далек от инфобеза и он не IT-шник.Можно назвать его опытным пользователем ПК) Он рисует модели для печати на 3d принтере, с недавних пор решил изучить Питон. Периодически я помогаю ему решать задачи по программированию, обсуждаю с ним рефакторинг его кода. Иногда рассказываю ему про pipeline разработки, например, зачем нужна система контроля версий, и всякие истории про информационную безопасность, которые могут быть понятны и интересны обычному, нормальному человеку)
И так, исходя из вышеописанного, нужно сделать простые задачи. Никакого поиска и реализации уязвимостей, рысканья по linux серверам, дизассемблирования кода и прочего, что обычный человек знать не должен. Тем не менее, хочется чтобы друг почувствовал себя крутым IT-специалистом. Я решил что задачи должны быть ближе к разделу OSINT. Это направление где основной задачей является поиск информации из доступных источников.
Сеттинг игры я захотел сделать в стиле матрицы, зеленые экраны с терминалом, ручной ввод команд, минимум интерфейса и некая неизвестная тебе личность, которая ведет тебя.
Для лучшего погружения в атмосферу необходимо реализовать место концентрации, где игрок может как-то взаимодействовать со всей имеющейся у него информации.
Сюжет
Это очень важная часть любой игры. Хороший сюжет улучшает погружение и способствует лучшему понимаю происходящего. Помогает ответить на вопросы что и зачем делает игрок в конкретный момент времени.
К сожалению, я не сценарист да и времени совсем не было. Создать CTF я неожиданно решил перед самым новым годом.
Сюжет следующий - игрок получает посылку от Деда Мороза на новый год, но посылка необычная, это шкатулка закрытая на 2 кодовых замка. Чтобы узнать что внутри - необходимо получить два кода. Начальные подсказки приводят игрока на сервер, в последующем игрок понимает что он попал на секретный закрытый сервер (помните, я писал о месте концентрации) Дедушки Мороза. Используя данный сервер игрок ищет различные подсказки, которые помогут ему раздобыть коды от замка
Сам сюжет раскрывать нужно не сразу, сюжет должен быть небольшим сюрпризом. Сначала игрок должен выполнить несколько простых задач, для разминки. Проще говоря, пройти небольшое обучение а далее начать саму игру.
Упаковка подарка
Здесь все достаточно легко, в строительном магазине я купил самый простой ящик для инструментов. Сделал простые петли для замка. Замки у меня уже были.
Первая задача
Как я писал ранее, первая задача будет выдана игроку в лоб, без объяснений. Сюжетный квест еще не начался, но нам нужно немного разогреть игрока, чтобы к началу сюжета он уже понял что его ждет.
У нас есть основное место работы игрока - это терминал. Так вот импровизированное обучение будет состоять как раз к поиску и входу на этот терминал.
Вместе с контейнером игроку будет выдана мозаика, посмотрите на неё и подумайте, что с ней делать?
Собрали, что дальше?? Попробуйте понять, на что похоже эти странные надписи? У них есть что-то общее:
Строка состоит из букв нижнего регистра и цифр
Строка не имеет спецсимволов
Самое важное. Обратите внимание на конец каждой строки
Ответ под спойлером:
Каждая строка кончается доменной зонной( COM, RU, PRO, SITE), что подсказывает нам о том что это не просто сгенерированные строки а доменные имена!.
Введя различные строки в браузер и в одну из попыток открывается сайт. Ура!!
Рабочее место игрока
Хотелось сделать некий виртуальный рабочий стол/терминал, с красивым дизайном в стиле матрицы. Первая мысль была - дать доступ по ssh к серверу на linux, пускай с него и работает, запускает скрипты, выполняет команды, ищет подсказки. Мне показалось это слишком сложно для игрока, обычный пользователь может потратить достаточно времени чтобы подключиться по ssh. Тем более функционал полноценной ОС излишен, легко запутаться.
Решил создать веб-эмулятор терминала, конечно писать с нуля очень сильно не хотелось. Начал искать по интернету. В основном находились различные эмуляторы которые под видом терминала выводили надпись.
Например:
Демо. Красиво, но бесполезно. Нет обратной связи, мне необходимо чтобы игрок мог взаимодействовать с окружением.
Ищу дальше... все так-же запрограммированные скрипты с анимацией или полноценные проекты, эмулирующие SSH через веб. Мне не подходит.
Спустя несколько часов поиска я наткнулся на один крутой проект. jquery.terminal.
Именно то, что мне нужно, подумал я! Открытый исходный код, подробная документация, живое сообщество с кучей вопросов.
Покупаю виртуальный сервер, разворачиваю на нем nginx, привязываю домен и подключаю проект веб-терминала.
Игрока встречает молчаливая страница, которая просит ввести логин и пароль. Как его получить? Подумайте. Вся необходимая информация у вас есть.
Вторая задача
Вас встречает окно авторизации. Просит ввести логин, затем пароль. При неверном вводе комбинации логин-пароль, выводится стандартное сообщение об ошибке. Что делать?
Ответ под спойлером:
Посмотрите внимательно на открытую страницу в браузере. Посмотрели? Посмотрите еще) Периодически меняется заголовок вкладки. Появляется надпись "CTRL + SHIFT +I => Console". Это подсказка, необходимо открыть меню разработчика, вкладку консоль.
Третья задача
Выполнив действия из подсказки, игрок увидит строку:
secrethappynewyear@8ctkbvhvxftepw8.site
Очень интересно, но ничего не понятно. Попробовав различные комбинации логина и пароля из полученной новой информации игрок не приходит к результату. Что делать?
Ответ под спойлером:
Необходимо отправить любое письмо на почту, автоответчик направит вам письмо с логином и паролем
Успешно авторизуемся и попадаем внутрь терминала!
Разминка окончена. Пора играть!
После успешной авторизации нас встречает красивое(на мой взгляд) окно нашего виртуального терминала.
Здесь мы сразу видим подсказку, необходимо ввести команду help. Не будем тянуть время, вводим!
Видим несколько доступных команд в терминале. Первая в списке Into, логично начать с неё. Вводим:
Здесь то мы и получаем некоторую завязку сюжета
кто вспомнит, из какого CTF взята идея задания?
И так, игра началась!
Четвертая задача
У нас есть текст, который говорит о неком боте ассистенте. так-же отсылка к подписи деда мороза. Что будем делать?
Ответ под спойлером:
В тексте есть отсылка к мессенджеру телеграм и подписи деда. Необходимо найти бота в телеграмм по имени big_dick_ded_test_bot.
Открываем переписку с ботом видим следующее сообщение:
Пятая задача
На первый взгляд мы никуда не продвинулись с предыдущей подсказки. Подумайте еще. Бот рассказал нам о некотором github репозитории. Хорошо, идем на гит. Открываем главную и страницу иии... что делать дальше?
Мы помним как Дедушка Мороз везде любит подписываться. Попробуем через поиск что-нибудь найти. Находим один репозиторий. Описание репо сходится с тем, что говорил нам бот. Идем посмотреть.
Изучим структуру файлов репозитория. В корне есть три файла, классический README и два скрипта на Питоне:
Еще есть папка requests, внутри множество текстовых файлов.
Попробуем открыть любой из них, видим содержание:
Khoor Ghg Prurc,
L uhdoob zdqw d qhz vrffhu edoo iru Fkulvwpdv. Fdq brx sohdvh eulqj rqh iru ph? L surplvh wr sudfwlfh hyhub gdb!
Iurp, Doha
Кажется, с текстом что-то не так. Имена скриптов decrypt и encrypt подсказывают нам что с текстом производили некоторые манипуляции. Описание к репозиторию сообщает нам что обязательно шифровать все входящие заявки. Как это сделать, описано.
Что же, скачиваем репозиторий себе. Для начала откроем файл, который судя по названию должен шифровать данные.
Видим здесь небольшой скрипт, который шифрует данные в файлах в папке requests. Откроем файл decrypt
Код практически идентичен, используется самый простой алгоритм симметричного шифрования по ключу. На самом деле нам это знать и не нужно. Что делать дальше?
Ответ под спойлером:
По аналогии из описания с командой шифрования, нам необходимо выполнить расшифровку текста. Сделать это просто, выполним скрипт decrypt.py. Проверяем, ничего не изменилось... хмм... странно. Обратите внимание на строку 25 в обеих скриптах. В файле decrypt словно нарочно убрана строка, которая вызывает функцию расшифровки. Добавляем в файл decrypt.py строку decrypt_files('requests'). Запускаем еще раз скрипт. Готово, текстовые файлы приобрели читабельный вид!.
Теперь мы можем читать файлы заявок. В одной из заявок в тексте есть четырехзначное число, обратите внимание, ранее ни в одной из подсказок не было чисел. Хм.. может это оно:
Dear Santa Claus!
I can buy myself a gift, but I am missing three thousand eight hundred sixty-five rubles
From Stas
Идем к нашему сейфу, попробуем набрать 3865. Отлично! Замок открыт! Остался еще один, но мы не получили никаких новых вводных. Что-же делать? Помним что у нас есть наше рабочее место, вернемся к нему. Возможно там есть то, что поможет нам продвинуться дальше.
Шестая задача
Стоит вспомнить, какие у нас доступны команды
Нас должна заинтересовать команда CODE. У нас как раз есть код. Вводим
Видим ошибку, сообщающую что команда должна принять аргумент. Пробуем добавить наш пин-код. Отлично! Сработало!
Получаем еще одно сообщение, нам намекают о втором пин-коде и речь о каких-то печеньках.
Давайте попробуем еще доступные нам команды, остались links и image.
Вводим image и видим ошибку о нехватке аргументов, ок, вводим links:
Получаем список ссылок. На самом деле это подсказки с информацией, которая нам может пригодится в прохождении. Первая же ссылка называется Cookie(печенье), мы уже встречали это слово. Перейдем по ссылке. У нас загрузится страница с описанием что существуют некие cookie( печеньки) в браузере. Вернемся в наш терминал и посмотрим, записаны ли у нас куки. Открываем в браузере режим разработки и смотрим:
Мы видим наличие куки image со значением koteyka. Ничего не напоминает? У нас в терминале есть команда image, которая как раз просит ввести какой-то аргумент.
Вводим в терминал image koteyka
получаем изображение. Вспоминаем что одна из ссылок в подсказках была с статья о стеганографии. Сохраняем полученную картинку и отправляем её в сервис декодирования изображений.
Сервис успешно расшифровывает спрятанные в изображении сообщение и выдает его нам. Это ссылка на файлообменник.
Переходим по ссылке и скачиваем архив, в архиве текстовый файл. Открываем его.
Программисты надежно защищают пин-код. Они создали для него отдельное хранилище.
Код для этого хранилища передать невозможно, он динамический, меняется регулярно.
Одного из программистов Деда Мороза перекупил Санта Клаус. Пообещав ему внж в Штатах.
Теперь этот программист сливает инфу гномам санты. Недавно он слил информацию по доступу в хранилище.
Ниже алгоритм формирования кода доступа для хранилища. Зная его ты можешь написать код, генерирующий код активации:
Алгоритм генерации кода на основании ключа
1. Из сгенерированного ключа удаляются все буквы, остаются только числа
2. Строка обрезается до первых пяти символов
3. В полученном числе, каждая четная цифра меньше 5 умножается на два
4. Итоговое число преобразуется в формат base64
5. К строке в формате base64 добавляется дата в формате Y-m-d H:i пример: "2000-01-01 00:00"
Сразу переходим по ссылке, чтобы проверить. Нас встречает простая форма
при попытке ввести что-то в поле code - получаем ошибку. При обновлении страницы генерируется новый ключ. Значит нам действительно необходимо написать небольшой скрипт, который будет генерировать код на основании полученного ключа. Алгоритм нам описан. Что такое base64 и md5 есть в подсказках по команде links в терминале.
Пишем скрипт. Генерируем код и отправляем. В ответ получаем второй долгожданный пин-код!
Седьмая задача
Снимаем замки, открываем наш импровизированный сейф ииии видим наш подарок, только он еще под одним замков ( к сожалению, фото утеряно)
Еще в сейфе лежит usb-флешка и какое-то странное устройство.
При подключении флешки видим на ней архив "курилка.rar" , но он под паролем. При подключении странного устройства не происходит ничего, только странно мигает красный светодиод.
Идем обратно к терминалу, вводим code *наш последний код*, получаем новые вводные:
Нам необходимо найти курилку где тусуются ассистенты дедушки мороза и послушать. Снова ничего не понятно.
Будем решать задачи по мере их поступления. Сейчас у нас на руках есть запароленный архив "курилка.rar" и странный девайс. Маловато информации... Обратимся за помощью, введем команду links . Нам еще и разу не пригодилась ссылка с именем Morse, кликаем. У нас открывается азубка Морзе. Что делаем дальше?
Ответ под спойлером:
Светодиод в устройстве подозрительно мигает, пробуем сопоставить импульсы светодиода с азбукой Морзе. Получаем пароль. Вводим в наш архив, готово!
Восьмая задача
В архиве фото. Открываем фото, видим лист бумаги где написано число 906. Вводим код в последний замок, не открывается. Что делаем дальше?
Ответ под спойлером:
У нас есть еще одна неиспользованная ссылка EXIF , переходим по ней. По ссылке инструкция о том, как смотреть координаты где сделано фото. Пробуем посмотреть их на фото из архива, получаем координаты. Координаты для нас знакомы. Совпадение? Не думаю. Одеваемся и идем к месту.
Девятая задача
Мы на месте по координатам, осматриваемся, не замечаем ничего необычного. Помним что у нас есть код 906 из архива и упоминание Попова А.С. На месте ( или заранее) вспоминаем или гуглим, что за ПОПОВ А.С
Создатель радио. В подсказке написано что Попов пел новогодние песни, нужно подойти к курилке и послушать.
Включаем радио на телефоне. Какая станция? Вспоминаем про код 906 которые еще не играл. Настраиваемся на частоту 90.6, слышим новогоднюю песню.
У меня завалялся ft-трансмиттер для авто. Решил использовать устройство для квеста. Я его немного переделал под домашнее использование.
Разобрал. Припаял кусок мгтф провода как антенну, для усиления сигнала.
Сделал отверстие в корпусе под разъем и припаял type-c
Так разъем выглядит снаружи. Теперь можно пользоваться устройством подключив его к любому зарядному устройству 5вольт.
Собственно геометка в фотографии из архива на флешке указывала на место под моим окном. А на подоконнике у меня был включен fm-трансмиттер, который в бесконечном цикле проигрывал песню. Конечно, я все все проверил заранее, походил по двору и проверил зону покрытия сигнала, меня все устроило.
Кто внимательно слушал песню, услышал код. Вводим код на последнем замке...
Наверняка многие сталкивались с тем, что после COVID остаются неприятные последствия в виде тумана в голове, проблем с обонянием, апатией и усталостью. Поэтому эта статья будет мега-полезна для тех, кто недавно переболел гриппом или covid. А для остальных - как полезное руководство.
Если сравнить наш иммунитет с плотиной, то ковид или какая-нибудь мутировавшая форма гриппа эту плотину сильно изнашивает, у кого-то и прорывает напрочь. Я думаю, вы сами или ваши близкие сталкивались с последствиями после перенесенных инфекционных заболеваний.
Отмечу наиболее частые из них:
Потеря обоняния - у кого-то по полгода восстанавливаются вкусы и запахи.
Одышка - возникает у 31,7% переболевших: у них изменяется частота и глубина дыхания из-за того, что организму не хватает кислорода.
Утомляемость - чаще всего физическая и умственная утомляемость проходит в течение месяца после болезни, но иногда сохраняется на более долгий срок.
“Туман в голове” - это когда ваши мысли постоянно путаются, вы не можете сконцентрироваться на задаче, полный рассинхрон в голове. Раздражительность, апатия.
Головные боли, проблемы со сном - такое происходит тоже довольно часто. Нарушается работа нейромедиаторов, иммунитет жестко проседает, дыхательные функции нарушаются, кислорода в клетки поступает меньше.
Вообще наш иммунитет отдает огромное количество ресурсов и сил, чтобы эту самую плотину не прорвало: витамины, минералы, аминокислоты - все это идёт в расход с бешеной скоростью. Именно поэтому после гриппа у многих лезут волосы, ломаются ногти, болят суставы.
Последствий на самом деле гораздо больше и объединяет их термин - постковидный синдром.
Далее рассмотрим, что нужно делать, чтобы таких последствий избежать или минимизировать ущерб от них.
Добавки и витамины от постковидного синдрома
Адаптогены
Понятие «адаптогены» в середине 20-го века ввёл русский учёный Николай Васильевич Лазарев. Он искал способ повышения собственной неспецифической защиты организма для лучшей адаптации к стрессовым ситуациям, инфекциям, а также повысить физическую и умственную выносливость и бдительность организма. Адаптоген повышает резистентность или регуляторную способность организма к биологическим, химическим и физическим факторам, а также помогает в случае повышенного психологического стресса.
Вот список наиболее изученных и клинически проверенных адаптогенов:
Родиола розовая - в 1960-х годах к растению проявился интерес советских исследователей, искавших адаптогены. Еще в 1975 году в СССР настойка была зарегистрирована, как лекарственное средство и применялась для спортсменов-космонавтов.
Экстракт родиолы розовой повышает физическую работоспособность при длительном COVID и сокращает продолжительность усталости и хронической боли. Также есть данные о том, что вещества в родиоле полезны для предотвращения почечной недостаточности, связанной с повышением креатинина во время и после болезни.
Элеутерококк - повышает энергию, обмен веществ, физиологическую работоспособность. Регулирует уровень сахара в крови, работает как антиоксидант.
Женьшень - снижает окислительный стресс, замедляет воспалительные процессы в организме, мощный иммуномодулятор.
Женьшень - довольно уникальный корень, вещества из женьшеня тестировали на вирусах гепатита, разных видах гриппа, ротавируса и герпеса. Женьшень везде показал хороший результат.
Адаптогены принимаются коротким курсом, если найдете врача, кто работает по адаптационной терапии (высчитывает индивидуально, сколько капель вам нужно прокапать), то будет круто. Профилактика 1-2 раза в год вполне себе ок. Если часто болеете, то лучше перед новым курсом посоветоваться с врачом.
Витамины и добавки
Витамины из еды это конечно здорово, но не у всех есть возможность есть фрукты и овощи зимой в больших объёмах, ну и не забываем про аллергии, проблемы с жкт и плохую усваиваемость из-за этого
Витамин D - исследования показывают, что низкий уровень витамина D в крови связан с увеличением тяжести последствий COVID-19. Для устранения дефицита рекомендуется принимать не менее 5000 МЕ (125 мкг) в день, а ещё лучше с К2.
Цинк - помогает снизить тяжесть и продолжительность респираторных инфекций. Кроме того Zn обладает защитным действием в качестве профилактической терапии COVID-19 за счет механизмов влияния на иммунную систему, уменьшения воспаления.
Витамин С - ну это вообще жизненно важный антиоксидант и источник энергии. Также С помогает защитить клетки от повреждений, вызванных свободными радикалами, которые появляются во время и после COVID. Кстати, некоторые исследования рекомендуют вводить высокие дозы витамина С внутривенно, чтобы уменьшить окислительный стресс.
Глутатион и N-ацетилцистеин (NAC) - во время окислительного стресса, вызванный COVID, мы теряем много глутатиона. Глутатион - это клеточный антиоксидант. Глутатион улучшает стабильность клеточной мембраны, защищает мембрану клеток печени, увеличивает активность ферментов печени, нужен для утилизации свободных радикалов. NAC - это предшественник глутатиона.
Жирные кислоты омега-3 - являются незаменимыми жирными кислотами, которые играют роль в воспалении и иммунной функции. Да, вокруг Омега-3 много споров и обсуждений, новые исследования говорят, что Омега 3 не влияет на снижение риска ССЗ, но сейчас речь не об этом. Омега-3 снижают окислительный стресс и процессы воспаления, улучшают симптомы у людей с длительным течением COVID.
Пробиотики - это добавки, содержащие полезные бактерии, которые улучшают здоровье кишечника, а микрофлора нашего кишечника после ковид или курса антибиотиков ни к черту. Пробиотики улучшают настроение и когнитивные симптомы, помогают быстрее восстановиться после ковид.
Куркумин - мощное противовоспалительное средство. Про всю пользу куркумина я писал в отдельной статье. Хроническое воспаление связано с долгосрочными последствиями после заражения COVID, и тут куркумин прям очень кстати + восстановление когнитивных функций, так как куркумин снижает и нейровоспаления.
Препараты
Семакс - улучшает клеточный метаболизм, помогает вернуть обоняние и чувствительность рецепторов.
Кроме того препарат помогает повысить уровень метаболизма ацетилхолина и чувствительность дофаминовых рецепторов. Семакс также относят к ноотропам из-за его воздействия на повышение уровня BDNF и стимуляции передних отделов больших полушарий мозга (концентрация, внимание). Речь идёт про 0.1% концентрацию.
Эссенциале форте Н- для восстановления мембран нервных клеток, головного мозга и печени. Действующее вещество - это фосфолипиды, они нужны как строительный материал для клеточных мембран. Лучший вариант приёма - это капельница с эссенциале, если нет такой возможности или страх игла, то есть в виде капсул.
Кстати, а как вы восстанавливаетесь после гриппа или COVID? Есть какие-нибудь проверенный лайфхаки? Пишите в комментариях.
Что в итоге
В заключение скажу, что при поиске лучшей добавки от воспаления или восстановления после болезни важно отдавать предпочтение продуктам, которые содержат качественные ингредиенты, проходят сторонние испытания и подкреплены научными исследованиями.
Обращайтесь за советом к медицинским работникам, которые в этом разбираются. Все добавки следует рассматривать как дополняющие друг друга, а не как лекарства, которые могут самостоятельно снять все симптомы. Не забывайте про сбалансированное питание, физические нагрузки и управление стрессом - всё это помогает вам быстрее восстановиться после болезни.
Больше интересного материала про добавки и препараты я выкладываю в сообществе RISE в ТГ и группе в ВК. Подписывайтесь и читайте про рабочие связки, исследования и личный опыт участников.
Всем привет. Небольшая ремарка: Я уже стотыщьмиллионов лет знал и слыхивал про хабр. Но почему-то думал, что это что-то для продвинутых IT-шников. Сегодня залез пощупать этот клятый хабр, и оказывается там есть очень интересные статьи не касающиеся этих ваших хрен-знает-сколько-нанометровых технологий мелкопроцессоров, и особенностей дрессировки своего питонона. Там оказывается много интересного для обывателя хоть чуть-чуть интересующегося хоть какой-либо техникой, и вообще научпопом. Я честно сворую статьи про энергию пара с хабра и выложу их на пикабу. Оригиналы статей принадлежат некоему буржую Creatures of Thought. Их перевёл и притащил на хабр SLY_G. Я перетаскиваю это на пикабу.На данный момент по этой теме (пар, паровые двигатели,паровые турбины, и подобный стим-панк в реальности истории, в период от древности до современности) есть 14 статей, статьи пишутся с марта 2021 года. Я их перетяну на пикабу, если вам привычнее читать на этом ресурсе (но честно говоря непосредственно на хабре с ПК читать удобнее на мой первый взгляд. Опять-же честно, с телефона не пробовал, может с телефона и удобнее через пикабу Х.З.). Я просто скопистырю эти статьи сюда, нисколько не редактируя даже ту орфографию которую сам заметил. ПЫ.СЫ. я первый раз с ПК пост пилю,так-что кидайтесь тапками и пиздите палками.
Введение
В центре двора университета Райса, где проходил обучение автор этих строк, на постаменте находятся три огромных гранитных плиты, расположенные вертикально, горизонтально и под углом 45° к горизонту. При этом менее заметной, но более значимой для моего юного впечатлительного сознания оказалась другая скульптура, "Энергия", расположенная в северной части двора, рядом с фасадом лаборатории Аберкромби. На ней изображён рельеф бородатой библейской фигуры, одетой в набедренную повязку, которая левой рукой забирает у Солнца лучи, а правой мечет их на Землю. Скульптура прославляет инженеров. Действительно, практически вся энергия, которую использует человечество, происходит от Солнца, в том или ином виде. Это откровение поразило меня, когда я был студентом. Частичным исключением можно считать лишь ядерную и геотермальную энергии, поскольку они происходят от давно умерших солнц, а не от нашего текущего.
В XVIII веке основным источником энергии, не происходившей от мускульной силы животных, в Европейском сообществе была падающая вода. Тепло Солнца поднимало её ввысь, превращая в облака, после чего она спускалась обратно на Землю в виде дождя. На открытых просторах северо-западной Европы важную роль играл и ветер, но обычно он был менее надёжным источником энергии, чем вода, а области его применения были сильнее ограничены. Водяные мельницы были известны и использовались во всей Евразии с древнейших времён. Самые ранние свидетельства их существования принадлежат к третьему столетию до н.э. На пике развития Римской империи тамошние инженеры разработали технологию колоссальных масштабов, в пользу чего свидетельствуют руины мельничного комплекса и акведука в Барбегале, местечке на юге Франции. Комплекс состоит из шестнадцати колёс, работающих в паре, расположенных на крутом холме. Водой их снабжал крупный каменный акведук. Однако не существует свидетельств широкомасштабного использования водяных колёс до Средних веков. Только в средневековье они тысячами распространились по всем водяным потокам Западной Европы. "Книга Страшного суда", королевская перепись населения Англии и Уэльса от XI века, упоминает более 5000 водяных мельниц на территориях, принадлежащих Вильгельму I Завоевателю.
Бесконечное вращение колёс чаще всего использовали для помола зерна, однако также были распространены колёса для валяния шерстяной одежды. Специальными молоточками, которыми управлял распредвал, они взбивали волокна в плотный войлок. Но к концу средневековья изобретательные мастера уже применяли водяные колёса практически ко всем промышленным задачам, как писал историк Линн Уайт мл.:
… дубильные мельницы, мельницы для распиливания, для выжимки всего, от оливок до руды, мельницы для раздувания мехов печей, молоты для ковки, полировальные камни для оружия и брони, мельницы для измельчения красильных пигментов для бумаги или пивного сусла, всё чаще встречались в Европе.
Пока шли дожди и текла вода, эти машины выполняли задачи, которые в предыдущие века были доступны только ценой уставших мышц, ноющих суставов и обильного пота – человеческого или животного.
Веками конструкторы разрабатывали различные технологии, позволяющие адаптировать колёса к разным обстоятельствам. Вертикальное подливное колесо, в котором вода шла по низу, хорошо работало в мелких потоках с быстрым течением воды. Наливные колёса, вода на которые лилась сверху, наполняя расположенные по окружности вёдра, лучше подходили для небольших потоков, расположенных на крутом холме. Поток, не способный вращать подливное колесо, всё ещё мог наполнять вёдра, пусть и медленнее, а наклон холма упрощал подвод воды к колесу (хотя в этом случае требовался какой-нибудь водяной жёлоб; всё это вместе с вёдрами делало наливное колесо более сложным инструментом). Горизонтальные колёса, относительно неэффективные, могли похвастаться простотой конструкции. Горизонтальное колесо, расположенное под мельницей, построенной над мельничным потоком, могло вращать жёрнов напрямую, исключая необходимость в цевочном зубчатом колесе, превращающем вертикальное вращение в горизонтальное.
Но при всём многообразии применений источников водяной энергии было очень мало. Можно было делать запруды для выравнивания потоков и прорывать каналы, приводящие воду прямо к колёсам, однако любой отдельно взятый поток воды мог обеспечить энергией лишь ограниченное количество мельниц. На реке Вьенна на юго-западе Франции в итоге мельниц понаставили очень плотно — до двадцати штук на километр. Заторы, организованные мельницами на Рейне, вероятно, привели к вымиранию рыбного промысла в этих местах в конце средневековья – раньше там активно добывали атлантического лосося. После насыщения потоков мельницами неизбежно начинались конфликты между мельниками, расположенными вверх и вниз по реке. К примеру, в 1600 году Суд королевской скамьи в Англии рассматривал дело, в котором истец разломал парочку дряхлых валяльных мельниц, чтобы поставить на их месте новые, для помола зерна. А в процессе ремонта ответчик перенаправил русло реки к своим собственным мельницам, и утверждал, что истец, разломав старые мельницы, нарушил его древнее право на владение рекой (существовавшее «с незапамятных времён»). Суд принял сторону истца, постановив, что разрушение мельниц не нарушило право на водное русло.
Люди, конечно, с древних времён владели ещё одним мощным источником энергии – огнём. В отличие от воды, огонь может порождать тепло, чтобы греть дома и плавить руду, но не может служить источником энергии механических процессов. Исторически в качестве топлива для огня чаще всего выступало дерево – как для домашнего, так и для промышленного применения. Иногда в этой роли выступал торф. Но с XVII века и далее Британия выделялась всё возрастающим потреблением угля для этой цели. К 1700 году британцы раскапывали почти по 3 млн тонн угля в год – в 13 раз больше, чем в 1560 году, при том, что население острова не выросло с того времени даже вдвое.
В ходе XVIII века изобретатели обнаружили, что две этих элементарных силы природы совместно могут превратить недорогой уголь с высокой плотностью энергии в механическую энергию, свободную от топографических оков. Они создали паровой двигатель, которому предстояло изменить мир. Индустриальная революция – и всё то, что она принесла с собой, от дешёвой одежды до эксплуатации рабочих на фабриках – началась при помощи энергии воды, но ускорилась под руководством пара. Путешествия, войны и империи до неузнаваемости изменились после создания железных дорог и пароходов.
Электрическая энергия тоже была получена из пара. Эдисон намеревался «подразделить свет», масштабировав невыносимый свет электрической дуги в нечто, пригодное для домашнего использования. Но ещё более значимым последствием распространения электрического освещения стала возможность овладения энергией парового двигателя и доставки её в любую точку в любом количестве, по желанию. Пар устранил ограничения, привязывавшие машины к близлежащим водяным источникам энергии, а электроэнергия устранила необходимость в механической связи источника энергии и места её использования.
Сила пара влияла и на другие области техники и науки. В конце XVIII и в XIX веке, в пору расцвета пара, разработка паровых двигателей как извлекала выгоду из прорывов в металлургии и науки о тепле, так и подстёгивала их развитие.
В данной серии статей мы изучим историю этой «эпохи пара», в некотором смысле продолжающейся и до сего дня. Несмотря на доминирование бензинового топлива в транспорте в последнее столетие, и всё усиливающиеся требования к переходу на беспаровые источники энергии вроде солнечной или ветровой, большая часть нашей электроэнергии всё ещё происходит из процессов нагревания воды и получения пара.
Популярных описаний ранней истории паровых двигателей можно найти достаточно много – см. например, книги "Energy" от Ричарда Родеса и "The Most Powerful Idea in the World" от Уильяма Розена. Однако я думаю, что мои статьи обеспечат новый взгляд на это историю, продлив её до XX столетия – в отличие от множества других, заканчивающихся на 1830-х годах, когда локомотив стал надёжным средством передвижения.
Свидетельства об экспериментах и устройствах, превращавших пар в движение, можно найти вплоть до первого века до н.э. Однако только после того, как учёные XVII столетия разработали науку о давлении, изобретатели смогли создать первые двигатели, способные приводить в движение машины при помощи пара. А наиболее значимым результатом появления этой новой науки стало открытие того, что и у воздуха есть свой вес.
Вес воздуха
Европейские шахтёры времён эпохи Возрождения, всё глубже зарывавшиеся в землю в поисках руды, неизменно находили другую, менее желанную субстанцию: воду. Где бы они ни рыли, вода находила их, просачиваясь в туннели и шахты. Если её не получалось удалять так же быстро, как она прибывала, она в итоге затапливала шахту, делая её бесполезной. Чем глубже была шахта, тем большую проблему представляла вода. А к концу средневековья некоторые шахтёры сумели закопаться уже достаточно далеко. Веками шахтёры разрабатывали различные приспособления для избавления от этой помехи, от простейших цепочек рабочих с вёдрами до сложных подъёмных устройств. Многие из них описаны в трактате о подъёме металлов из земли De re metallica 1556 года за авторством Георгия Агриколы, одного из отцов минералогии.
История Раммельсбергской шахты в центре Германии представляет собой ярчайший пример изобретательности и упорства в попытках осушения подземных работ. Предприимчивые саксы начали рыть землю для добычи меди на поверхности горы Раммельсберг ещё в X веке, но с годами шахтёры всё глубже зарывались в гору в поисках руды. В итоге, в XII столетии, им пришлось вырыть наклонный дренажный тоннель, или штольню, длиной около 800 метров, соединявший шахту со склоном горы. На осуществление этого проекта ушло 30 лет. Рабочим приходилось таскать воду вёдрами из нижних частей шахты до устья штольни. Однако такой метод мог существовать не очень долго, и шахту забросили до XIV века, когда её новые владельцы построили там механическую систему подъёма воды, приводимую в движение мускульной силой людей при помощи колеса. В следующем столетии в шахте вырыли ещё одну, более глубокую штольню – на этот раз её рыли почти сто лет, поскольку длина её должна была быть значительно больше. После чего были построены каналы, соединяющие осушающие машины с шахтой. К этому времени шахтёры зарылись почти на 300 м вглубь. [1]
Но дренажные системы, подобные той, что использовалась в Раммельсберге, подходили только для возвышенностей, на которых можно было выкопать тоннель изнутри шахты наружу, в точку, расположенную ниже. Шахты, расположенные не в горах или на холмах, сильнее зависели от механизмов, подымавших воду. Однако мало какие шахты в то время были такими же глубокими, как Раммельсбергская – типичной для Германии того времени была шахта глубиной 23-24 метра. [2]
Всасывающий насос
Особенно сильно связывает откачку воды из шахт и паровой двигатель такая технология, как всасывающий насос. Поршневой «нагнетательный» насос был известен с античных времён, и описан в двух из величайших классических инженерных трактатах: "Десять книг об архитектуре" Витрувия и «Пневматика» Герона. Поршень насоса при движении вниз прогонял воду через центральную трубу, а откидной клапан не давал выкачанной воде возвращаться в цилиндр, когда он наполнялся водой при движении вверх.
Однако такой агрегат не очень подходил для работы в шахте, поскольку её нужно было бы погрузить в воду внутри самой шахты – а там её было бы трудно обеспечивать энергией. Кроме того, выпускная труба должна быть очень прочной, чтобы поднимать воду на много метров. Материалы подобной прочности находились за пределами возможностей металлургии эпохи Возрождения.
Впервые в европейской литературе всасывающий насос появился в неопубликованных записях итальянского инженера Мариано ди Якопо по прозвищу «Таккола» (итал. галка) в середине XV века. Неизвестно, было ли это изобретение продолжением традиции, уходящей корнями в античность, заимствованием из арабского мира (похожий насос в 1206 году описывал Аль-Джазари, инженер из Аббасидского халифата), или выдумкой самого Такколы или его современника. В любом случае его описание отличалось от нагнетательного насоса тем, что вместо того, чтобы толкать воду вверх, он тянул её при помощи поршня в расположенной снаружи трубе.
Один или несколько клапанов в поршне позволяли воде подниматься выше его, когда поршень погружался обратно в воду с каждым движением вниз. Поскольку такой механизм располагался над землёй, а не внутри жидкости, его легко было подключить к источнику энергии. Кроме гуманного варианта с водяной мельницей, на одной из иллюстраций Агриколы изображён человек, вращающий ногами большую машину, похожую на гигантское колесо для хомячка. Более того, трубе, через которую поршень выкачивал воду, не нужно было выдерживать высокое давление – достаточно было пустотелого бревна.
Составной всасывающий насос из трёх частей
Однако у всасывающего насоса был одно раздражающее и загадочное ограничение. Как бы вы ни пытались его улучшить, он не мог поднимать воду на высоту более 10,3 метров. Чтобы обойти это ограничение, шахтёры могли создавать насосы из нескольких секций. Одна помпа поднимала воду до резервуара, откуда её поднимала следующая, и так далее. Пример такой конструкции тоже можно встретить у Агриколы. Однако такая система была слишком сложной и дорогой.
Сопротивление вакуума
Выяснение причин, по которым насос не мог поднимать воду более, чем на десяток метров вверх, было вопросом величайшей практической и научной важности. Галилей обратился к этой задаче в своей книге "Две новые науки" устами её персонажа Сагредо:
Насос работал идеально, пока вода в цистерне стояла выше определённого уровня. Однако ниже этого уровня насос работать отказывался. Впервые заметив это явление, я решил, что машина сломалась. Однако рабочий, к которому я обратился за починкой агрегата, сказал мне, что дефект был связан не с машиной, а с самой водой, уровень которой понизился слишком сильно, чтобы его можно было поднять на такую высоту. Он добавил, что невозможно, при помощи этого насоса или любой другой машины, работающей на принципе притяжения, поднять воду хотя бы на волосок выше восемнадцати локтей; и будь насос большим или малым, таково ограничение высоты подъёма [локоть – мера длины около 45 см / прим. пер.].
[3]
В рамках Аристотелевой физики, преобладавшей в Европе в то время, было принято объяснение этого явления через «боязнь пустоты» (horror vacui) – естественное сопротивление природы появлению вакуума. В мире Аристотеля всё имело свою цель, и у материи было предназначение и намерения. Он представлял себе Вселенную в виде концентрических сфер – внутри земля, затем вода, потом воздух, огонь, и наконец, вечная квинтэссенция небес. Каждая форма материи стремилась занять своё естественное место, поэтому брошенный камень опускался на землю, а пламя огня тянулось вверх. Философия Аристотеля во многом противоречила ортодоксальному христианству – он утверждал, что Вселенная вечна и не была создана, а его детерминистская космология не оставляла места для божественной воли. Тем не менее, в университетах западной Европы к XIII веку сложилось определённое представление о мире, сочетающее идеи Аристотеля с христианской теологией. Это мировоззрение оставалось фундаментальным для обучения и во времена Галилея. [4]
По Аристотелю, мир состоял из субстанций, а существование вакуума логически отвергалось. Поэтому поднятие вверх воды при помощи насоса объяснялось активной природой материи, стремящейся предотвратить образование невозможного. Альтернативой было бы создание вакуума между поршнем и жидкостью. И даже древние философы, допускавшие существование вакуума, например, Герон Александрийский, склонялись к похожему объяснению, хотя и приписывали силу притяжения самому вакууму, обладавшему чем-то вроде стремления к самоуничтожению. То, что чашка прилипает к губам человека, если высосать из неё воздух, Герон объяснял тем, что «вакуум притягивает плоть к себе, чтобы заполнить истощённое пространство». [5] Галилей обращается к похожей концепции в объяснении этого явления устами своего персонажа Салвати: «взвесив воду, содержащуюся в трубе высотой в восемнадцать локтей, вне зависимости от её диаметра, мы получим величину сопротивления вакуума в цилиндре из любого твёрдого материала того же диаметра». [6] Галилей явно вдохновлялся Героном, описывая вакуум и его роль в природе.
Первым альтернативное объяснение работы всасывающего насоса предложил голландский натурфилософ Исаак Бекман, один из первых наставников Декарта. Он писал в своём журнале в начале 1610-х годов, что «воздух давит на все вещи и сжимает их соответственно находящемуся над ними воздуху». А предполагаемая сила вакуума на самом деле является силой окружающего воздуха. Материя «с огромной силой стремится по направлению к пустому пространству из-за невероятной глубины окружающего воздуха, и таким образом проявляется его вес». [7] Судя по всему, Бекман пришёл к этой идее по аналогии с тем давлением, которое чувствуют на себе ныряльщики, погружаясь на глубину.
Идея о том, что у воздуха может быть вес, противоречила космологии Аристотеля – ведь воздух в небе уже был в своём естественном месте, поэтому у него не было причин давить вниз. Однако появлялась новая механическая философия, отказывавшаяся объяснять принципы функционирования природы через стремления и цели. Сторонники новых идей, которых всё меньше устраивала натуральная философия, которой обучали в университетах, начали восстанавливать других древних авторитетов, чтобы бросить вызов Аристотелю. Среди них был и Герон, а ещё атомисты – к примеру, Демокрит и Лукреций. Они тоже настаивали, что у мира нет цели, на необходимости использования физических сил, порождающих движение. Они считали, что у природы должно быть объяснение в рамках той же причинно-следственной связи, что и у машин, которые в XVII веке постепенно заполняли европейский ландшафт — шахтных машин, мельниц водяных и ветряных, городских часов. [8] Как писал Бекман в 1629 году в письме к математику Мерсенну: «Я не приму никаких философских утверждений, если их предмет не будет представлен в материальном виде». [9]
Однако важнее метафизических приверженностей новых механистов были их инновации в философской практике, отличавшие их от старых атомистов. Они не просто придумывали объяснения существующим явлениям, но и вознамерились решать свои споры, создавая новые, проводя эмпирические испытания, чтобы отличить правду от лжи. [10] К 1640 году группа итальянских философов, почитавших Галилея как пионера, всё же решили не согласиться с ним по поводу вакуума. Они, как и Бекман, пришли к выводу, что притяжение поршнем насоса воды объясняется не вакуумом, а давлением воздуха. [11] Поэтому они, в соответствии с новой философией, начали придумывать способ продемонстрировать правильность их точки зрения и опровергнуть теорию «сопротивления вакуума». Первым среди них был Эванджелиста Торричелли.
Торричеллиева пустота
Торричелли, хоть он и был моложе Галилео более чем на сорок лет, был одним из его ближайших учеников. После смерти Галилео в 1642 году он занял место своего учителя в роли придворного математика Фердинандо II Медичи. Вскоре после этого он придумал новый эксперимент, позволяющий одновременно опровергнуть Аристотеля в части возможности вакуума, и его почившего мастера касательно силы, заставляющей воду идти вслед за поршнем. Ключевой инновацией стало то, что он заменил водяной столб ртутным. Поскольку при нормальном атмосферном давлении ртуть поднимается на 760 мм, а не на 10 м, аппарат для изучения вакуума можно было уменьшить, разместив на лабораторном столе, и даже носить с собой. Также при таком масштабе можно было изготовить трубочку целиком из стекла, и напрямую наблюдать происходящее во время эксперимента.
Вероятно, Торричелли не проводил опыт сам, а делегировал работу своему молодому ученику Винченцо Вивиани. Как бы там ни было, экспериментатор сначала заполнил стеклянную трубочку, закрытую с одного конца, ртутью, а потом, перевернув, опустил его в ёмкость с этим же веществом. Ртуть опустилась, пока её верхний край не остановился на уровне 760 мм над поверхностью ртути, налитой в ёмкость, оставив, как предполагалось, в верхней части стеклянной трубочки вакуум.
Эксперимент Торричелли с двумя отдельно наполненными ртутью трубочками. Правая трубочка с шарообразным концом должна была продемонстрировать, что ртуть держит не сила вакуума.
Вот вам и доказательство реальности вакуума. А что же его сила – почему она не могла отвечать за удержание столбика ртути? Торричелли решил опровергнуть эту теорию, используя вторую трубочку с шарообразным окончанием. Если за положение ртути отвечает сила вакуума, то в таком случае он должен быть сильнее. Однако ртуть уравновесилась ровно на том же уровне, что и в обычной трубочке. Торричелли считал свою точку зрения доказанной. В знаменитом сегодня письме от 1644 года, описывая результаты эксперимента, он написал, что «мы живём, будучи погружёнными на дно океана элементарного воздуха, который, согласно неопровержимым экспериментам, обладает весом». [12] И вновь мы видим, насколько влиятельной оказалась аналогия давления воды на глубине в размышлениях о весе воздуха.
Несмотря на ощущение собственного триумфа, Торричелли в связи со своими экспериментами ничего не публиковал. В Италии была неподходящая атмосфера для того, чтобы заниматься такими вещами. Институт папства насаждал на полуострове свои порядки; принципы натуральной философии глубинным образом переплетались с ортодоксальным католичеством; а с момента обвинения Галилея в ереси, после публикации им гелиоцентрической модели Вселенной, прошёл всего десяток лет. Вместо этого философы-единомышленники по всей Европе узнали об эксперименте с ртутью через французского математика Марена Мерсенна, координатора научной жизни Европы, ведшего активную переписку практически со всеми видными учёными того времени.
В последовавшие десятилетия прошла целая волна экспериментов с вакуумом и давлением воздуха. [13] В 1650 году Отто фон Герике, бургомистр Магдебурга и экспериментатор, разработал по мотивам водяных насосов воздушный насос, который использовал для откачки воздуха из медного сосуда. Воздушный насос лет десять спустя усовершенствовал английский естествоиспытатель и изобретатель Роберт Гук. Он использовал воздушный сосуд, чтобы после откачки воздуха можно было проводить видимые эксперименты. Однако самый важный для разработки паровых двигателей эксперимент был поставлен во Франции в 1648 году. И опять-таки поставил его не тот человек, чьё имя сегодня широко известно – Блез Паскаль. Эксперимент проводил его зять Флорен Перье, руководивший походом к вершине горы Пюи-де-Дом, возвышающейся над городом Клермон на 1000 метров. Он вооружился барометрами Торричелли, и наблюдал, как по мере восхождения уровень ртути постоянно падал, с 711 мм у подножия до 627 мм на вершине горы. Эксперимент дал более надёжные свидетельства того, что в столбике Торричелли ртуть подымал вес воздуха, и что при разном разрежении воздух давит с разной силой. [14]
Наиболее хитроумные из новых эмпириков – в числе которых были Христиан Гюйгенс и Готфрид Вильгельм Лейбниц – поняли, что эту недавно открытую силу воздуха можно использовать для создания насоса наоборот, и превратить всасывание в физическую работу. Изменение давления воздуха в цилиндре насоса будет двигать поршень – вниз, если давление уменьшается, и вверх, если увеличивается, противодействуя атмосферному давлению. Это был первый твёрдый шаг на пути к созданию парового двигателя. Но вместо того, чтобы обратиться к пару для изменения уровня давления, сначала они обратились к пороху.
Мы постарались сделать каждый город, с которого начинается еженедельный заед в нашей новой игре, по-настоящему уникальным. Оценить можно на странице совместной игры Torero и Пикабу.