Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Научно-популярное

В далекой-далекой галактике 700 млн лет назад родилось нейтрино, рассказавшее нам о гибели звезды из-за черной дыры

28.02.2021 02:15:32 | Автор: admin

Случилось это во время уничтожения звезды черной дырой, рядом с которой эта звезда оказалась. В итоге образовалось высокоэнергетическое нейтрино, которое стало настоящим подарком для земной науки. Один из важных выводов, которые можно сделать подобные явления являются природными ускорителями и генераторами элементарных частиц, причем очень мощными.

Пройдя безумные по нашим меркам расстояния, нейтрино в октябре 2020 года достигло Южного Полюса, где и было зарегистрировано детектором элементарных частиц. Эта сложная система размещена прямо подо льдом, она служит для обнаружения высокоэнергетических частиц, приходящих к нам издалека. Спустя несколько месяцев телескоп в Калифорнии смог увидеть вспышку света в той самой галактике, о которой говорится в заголовке, и откуда пришло нейтрино.

Ученые считают, что эти два события тесно связаны. С высокой степенью вероятности можно говорить о том, что черная дыра уничтожила оказавшуюся рядом звезду. Ну а проявления этой встречи мы увидели и зарегистрировали. Вполне может быть, что именно такие события являются источником потоков космических частиц сверхвысокой энергии, над происхождением которых ученые уже много десятилетий ломают головы.

Происхождение высокоэнергетических нейтрино является научной загадкой. В основном, потому, что сами нейтрино не так-то просто поймать и изучить, заявил один из авторов исследования, Сьерт ван Велзен из Нью-Йоркского университета.

Нейтрино самая распространенная частица во Вселенной, которая чрезвычайно редко взаимодействует с любым видом материи. Каждую секунду через нас проходит множество этих частиц, никак не реагируя на происходящее. Айзек Азимов назвал нейтрино призрачной частицей атома именно поэтому.

И как раз потому, что нейтрино редко взаимодействует с материей, эти частицы очень трудно обнаружить. Но если уж есть взамодействие, то оно дает много информации. В частности, можно получить некоторые подсказки о далеких, очень далеких системах. Эти подсказки, вместе с результатами наблюдения при помощи доступных нам инструментов, позволяют расширить объем знаний о Вселенной.

Большая часть нейтрино, которые проходят через Землю, генерируются Солнцем. Но есть и частицы, которые попадают к нам очень издалека. Вот как это нейтрино из галактики, которая находится от нас на расстоянии многих световых лет. По словам исследователей, нейтрино начало свой путь из галактики в созвездии Дельфин.


Звезды умирают из-за черных дыр не так часто, но астрономы уже наблюдали это явление. Происходит оно после того, как блуждающая звезда подходит достаточно близко к черной дыре и оказывается в гравитационной ловушке. В итоге звезду просто разрывает на части, и большая часть ее материи поглощается соседом.

Событие, которое получило номер AT2019dsg, спровоцировано воздействием сверх-массивной черной дыры, масса которой в 30 млн раз больше массы Солнца. Сверхмассивная черная дыра Млечного Пути, к слову, тяжелее Солнца лишь в 4 млн раз. Этот объект прекрасно виден в рентгеновском диапазоне, также его можно обнаружить и при помощи радиотелескопов. Само событие называется событие приливного разрушения и хорошо известно ученым. Событие приливного разрушения (tidal disruption event, TDE) представляет собой астрономическое явление, которое происходит, когда звезда приближается достаточно близко к горизонту событий сверхмассивной чёрной дыры и разрывается на части приливными силами чёрной дыры, претерпевая спагеттификацию.

Идея черной дыры, засасывающей расположенную поблизости звезду, звучит как научная фантастика. Но именно это и происходит во время приливного разрушения, заявил Томаса Веверса (Thomas Wevers) из Института астрономии Кембриджского университета после регистрации одного из таких разрывов.

В 2018 году ученые объявили о получении первого в истории астрономии изображения последствий разрыва звезды черной дырой, масса которой составляет 20 млн масс Солнца. Событие зафиксировано в регионе Arp 299, который находится в 150 млн световых лет от Земли. Осенью 2020 года астрономы зафиксировали еще одно такое явление, результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.


Станция по обнаружению нейтрино на Южном Полюсе Земли
Вероятность обнаружения нейтрино высокой энергии составляет 1 к 500. И сейчас астрономы зафиксировали первую в истории частицу, которая образовалась в результате события приливного разрушения. Обнаружение нейтрино указывает на существование природного генератора элементарных частиц возле аккреционного диска. А комбинированный анализ данных с радио, оптических и ультрафиолетовых телескопов дает нам дополнительные доказательства того, что TDE действует как гигантский ускоритель частиц, заявил автор исследования.

Примечательно во всем этом еще и то, что исследование проводилось с учетом сразу нескольких источников информации о событии детекции частицы и непосредственных наблюдений за определенным регионом Вселенной. Комбинированные наблюдения мощный инструмент в руках астрономов. Так, если бы ученые просто зафиксировали нейтрино, это практически ничего не дало бы науке. Обнаружение события приливного разрушения примечательно, но, как уже говорилось выше, не является чем-то исключительным. А вот обнаружение события с последующей поимкой нейтрино многое дало науке ведь теперь становится понятно, откуда берутся высокоэнергетические частицы, пусть не все, но хотя бы часть.


Ученые надеются на то, что в будущем удастся увидеть не только верхушку айсберга, образно говоря, но и весь айсберг, то есть астрономы смогут понять, откуда берутся частицы высоких и сверхвысоких энергий. Для этого сейчас строится новое поколение телескопов, которые позволяют отслеживать регионы с TDE и изучать последствия таких событий. Кроме того, создание мощного детектора нейтрино IceCube увеличит количество поимок нейтрино высоких энергий минимум в 10 раз.

DOI: Nature Astronomy, 2021. 10.1038/s41550-020-01295-8

DOI: Nature Astronomy, 2021. 10.1038/s41550-021-01305-3

Подробнее..

ESA изучит перспективные для жизни человека пещеры на Луне при помощи шарообразного зонда и целого роя роботов

01.03.2021 16:18:41 | Автор: admin

Луна ближайшая соседка Земли, и сейчас человечество продолжает активно изучать наш спутник. Не так давно китайцы отправили на Луну станцию, которая выполнила ряд научных заданий. Теперь Европейское космическое агентство планирует присоединиться к непосредственному изучению Луны. Только не ее поверхности, о которой все же многое известно, а пещер.

Да, на Луне есть пещеры, и немало. Некоторые из них могут послужить для лунных колонистов надежным укрытием, которое позволит избежать ряда опасностей, которые грозят на поверхности. ESA собрала множество идей, предложенных учеными и инженерами и отобрала пять наиболее перспективных. Потом последовал еще один этап отбора, так что теперь у агентства есть три идеи, которые планируется реализовать. Все они взаимосвязаны.

Что в итоге выбрали?


Первая идея предварительное обследование пещер и входов в них с поверхности. Вторая опускание зонда в пещеру, третья изучение лавовой трубки при помощи целого роя роботов. После анализа всех трех сценариев ученые решили выбрать проекты двух команд исследователей: из Университета Вюрцбурга и из Университета Овьедо. Первая команда предложила изучить пещеру при помощи сферического зонда, вторая при помощи роя роботов.

Пещеры и в том, и другом случае планируется искать в лунных провалах. По мнению астрономов, это самый перспективный способ обнаружения интересных объектов.

Несмотря на то, что идеи очень разные, они позволяют заняться разработкой перспективных технологий для изучения геологических особенностей лунных приповерхностных слоев, заявил представитель ESA.


Изображения провала в области Холмов Мариуса на Луне, полученные зондом Lunar Reconnaissance Orbiter
Что касается оборудования, то его на поверхность Луны должен доставить спускаемый модуль EL3 (European Large Logistics Lander). Изучать пещеры будут всего один день, правда, лунный 14 земных суток.


Прототип шарообразного зона, разработанного учеными из Университета Вюрцбурга

Как планируется проводить изучение пещер на практике?


Шарообразный зонд оснащен ходовой системой, 3D лидаром и стереокамерой. Он будет строить объемную модель как провала, так и лавовой трубки с пещерой, если ее, конечно, обнаружат. Кроме того, дрон изучит геологические особенности строения местности, плюс замерит уровень радиоактивности региона и температуру. Все это поможет понять где безопаснее всего строить колонию для людей.

Что касается роя роботов, то их, как и говорилось выше, разрабатывают ученые и инженеры Университета Овьедо. Сейчас они пытаются решить проблему нехватки электричества, поскольку в темной пещере нет солнечного света, так что роботам придется как-то действовать в этих условиях. Выход вроде бы найден. Весь рой опустят в лавовую трубку на особом кабеле при помощи крана. На конце кабеля беспроводная зарядка. Если робот находится в пределах прямой видимости, то его аккумулятор заряжается без всяких проводов. Кроме того, на конце этого же кабеля находится модуль, который принимает и передает данные наверх к наземной станции. А та, в свою очередь, коммуницирует с Землей и центром управления.


Это связанные между собой проекты?


Да, оба стали частью проекта ESA Concurrent Design Facility (CDF). Другие элементы CDF лунный посадочный модуль, о котором говорилось выше и инициатива Moonlight. В первом случае планируется разработать надежное транспортное средство, во втором навигационный и коммуникационный инструмент, который поможет в изучении Луны.

Но прежде всего нужно понять, сколько энергии нужно для проекта. Насколько обширным может быть доступный для изучения регион на Луне, а также что потребуется для обследования провалов и пещер.

А зачем вообще изучать все это?


Как и говорилось выше, колонистам нужно надежное укрытие, где можно будет разместить людей, технику, припасы и все остальное, что потребуется людям. Условия наа поверхности Луны не сахар, колония постоянно будет подвергаться как высоких, так и очень низких температур. Плюс ко всему, проблема солнечное излучение и бомбардировка микрометеоритами.

Пещеры на Луне есть точно, лавовые трубки далеко не редкость. Образуются они в то время, когда лава вытекает из жерла вулкана и постепенно остывает. Внешние слои лавы застывают быстро, а внутренние медленнее, они продолжают двигаться, и расплавленная масса оставляет полость.

Одну из пещер обнаружили еще в 2017 году, это открытие помог совершить японский зонд SELENE (еще известен как Кагуя), оснащенный радаром. Он отправляет радиосигнал, способный проникать под поверхность. Специалисты измеряют время между отправкой и приемом отраженных сигналов, определяя строение рельефа.


К слову, пещеры на Луне могут быть гигантскими, достаточными для того, чтобы в них поместился среднего размера город. Например, пещера, которую обнаружил японский зон, имеет длину в 50 км, а высоту в 75 м. Образовалась пещера около 3,5 млрд лет назад, поэтому катаклизмы, которые могли произойти, уже произошли и человеку в таком месте не грозит ничего. Конечно, если правильно все обустроить.

Ресурсы на спутнике Земли есть. Во всяком случае, льда там много. Пока что неясно, насколько он пригоден для использования в системе жизнеобеспечения лунных колонистов, но хотя бы для технических нужд применять его можно.

Подробнее..

Битва за электромобильность разработка электронной архитектуры электромобиля Кама-1

28.02.2021 22:22:33 | Автор: admin

В продолжение статьи про проектирование электромобиля Кама-1 я хотел бы рассказать об участии своих коллег в данном проекте. В то время, как коллеги из СПбПУ разрабатывали конструкцию и дизайн электромобиля, компания Ладуга занималась разработкой электрической и электронной архитектуры, что включало в себя разработку и изготовление прототипов электронных блоков.

На мой взгляд электронная часть автомобиля не менее интересна, чем конструкторская, но во многих опубликованных ранее материалах освещена довольно скудно. Поэтому ниже приведены собранные мной некоторые технические детали проекта, описание этапов проекта и ответы на вопросы в ходе бесед с непосредственными участниками этой работы.

Этапы проекта

Весь проект электромобиля включал в себя три этапа, выполнение которых заняло около полутора лет (2019-2020 гг.). Ладуга подключилась к проекту весной 2019 г. Первый этап был полностью посвящен разработке концепции проекта, описанию будущего продукта, разработки дизайна.

С точки зрения электронной архитектуры в конце первого этапа был сформирован перечень документов и электронных блоков, необходимых для реализации всех функций продукта. Были проведены расчеты энергобаланса, сформулированы требования к ключевым узлам силового привода: батареи, электромотора, разработана топология жгутов, логическая архитектура. Проработан CAN менеджмент и Power менеджмент.

В ходе проекта были разработаны следующие электронные блоки:

  • EPB (Electronic parking brake) блок управления стояночного тормоза

  • EPS (Electric power steering) блок управления электроусилителя руля

  • VCU (Vehicle control unit) блок управления электромобилем

  • Блок управления актуатора педали тормоза вместе с актуатором педали тормоза

  • BCM (Body Control Module) блок управления кузовной электроникой

  • IVI + блок индикаторов совместный блок мультимедиа и комбинации приборов

  • ЭБУ HVAC блок управления климатической установкой

  • сигнализатор движения

  • блок аудиосистемы

  • монтажный блок

На втором этапе началась работа по проектированию схем, блоков электронной архитектуры и их взаимоувязке.

В автомобиле предусмотрена подготовка под будущую интеграцию компонентов систем ADAS (Advanced driver-assistance systems, системы помощи водителю) до 3-4 уровня, что позволит водителю использовать такие функции как автоматический адаптивный круиз контроль, систему Start/Stop (Stop-and-Go), помогающую избежать столкновения в случае нештатных ситуаций, автопилот при определенных дорожных условиях, автоматическую парковку и т.п. Подобные системы в настоящее время уже доступны в топовых комплектациях современных автомобилей.

По окончанию второго этапа была завершена разработка теоретической части. Подготовлен массив документации, включающий в себя технические требования на системы, технические требования к компонентам, чек-листы, электрические схемы разных уровней, формуляры электрических интерфейсов, CAN-матрица, проработка компонентной базы.

На третьем этапе специалисты Ладуги изготовили блоки электронной архитектуры, разработали программное обеспечение, подсобрали их в функциональные стенды, а затем соединили все в единую систему межфункциональный тестовый стенд электронной архитектуры.

Стенд электронной архитектуры электромобиля компании Ладуга, представленный совместно с СПбПУ на Инжиниринговом форуме-2020 в Тольятти.Стенд электронной архитектуры электромобиля компании Ладуга, представленный совместно с СПбПУ на Инжиниринговом форуме-2020 в Тольятти.

По окончанию тестирования и успешного выполнения всех условий чек-листов стенд был разобран, а блоки отправлены для сборки тестового образца автомобиля. Финальная сборка проводилась совместно с коллегами из Минска и СПбПУ. Взаимодействие нескольких участников, выполняющих смежные работы на удаленных площадках, потребовало четкой координации проекта. Успешно были проведены работы по финальному тестированию, калибровке и доработке комплекта конструкторской документации.

Для последующего запуска в серийное производство компоненты разработанного автомобиля необходимо детально проработать с будущими поставщиками этих компонентов. Так что впереди предстоит масштабная работа по внедрению компонентов ADAS и их калибровке в составе подготовленного под это автомобиля.

Q & A

Побеседовать и ответить на мои вопросы согласились Алексей Окунев (технический директор и руководитель проекта Электронная архитектура электромобиля со стороны компании Ладуга) и Алексей Жданов (инженер-электроник отдела автоэлектроники компании Ладуга).

Алексей (Окунев), расскажи, пожалуйста, про особенности электронной архитектуры разработанного автомобиля?

Алексей Окунев: наверное, одна из наиболее заметных особенностей сенсорный дисплей, расположенный на руле. Изначально предполагалось, что частично роль мультимедиа-панели автомобиля будет выполнять смартфон пользователя. Смартфон должен был вставляться в выемку на панели приборов и через установленное приложение пользователь мог бы управлять мультимедиа, климатом и некоторыми другими функциями автомобиля с экрана своего смартфона.

Позднее, по мере проработки дизайна и потенциально разрастающегося количества работ по увязке систем автомобиля со всеми возможными моделями смартфонов от идеи со смартфоном отказались, весь функционал мультимедиа системы перенесли в сенсор на руле. Сенсорный дисплей позволяет более гибко запрограммировать экранные кнопки управления функциями мультимедиа, телефона, музыки, радио, а также реализовать поддержку функций ADAS, которые мы заложили.

Кстати, по поводу процесса разработки интерфейса изначально мы разрабатывали некоторую функциональную концепцию интерфейса пользователя (In-vehicle infotainment, IVI), потом эту концепцию передали на проработку дизайнерам. Прототип интерфейса был выполнен в виде работающего приложения, которое можно было запустить на обычном персональном компьютере, чтобы дизайнеры и заказчик могли непосредственно протестировать функционал и сформировать замечания по логике работы или формам. Затем мы проработали все замечания и перенесли полученную бизнес-логику в микроконтроллер IVI.

Сенсорный дисплей на рулеСенсорный дисплей на рулеРабочие картинки по разработке IVI
Логика работы IVIЛогика работы IVIПрототип графического интерфейса IVI в виде приложения на десктопе для отработки бизнес-логикиПрототип графического интерфейса IVI в виде приложения на десктопе для отработки бизнес-логикиПроработка функций экранной формы климатической установки. Из черновиков инженеровПроработка функций экранной формы климатической установки. Из черновиков инженеровПроработка функции предупреждения о пешеходе системы ADAS. Из черновиков инженеровПроработка функции предупреждения о пешеходе системы ADAS. Из черновиков инженеровОтладка функций HVAC на стенде. Экран заклеен пленкойОтладка функций HVAC на стенде. Экран заклеен пленкой

Алексей Жданов: функционал IVI включает в себя управление модулем климат-контроля (Heating, ventilation, and air conditioning HVAC), можно задать температуру и уровень вентиляции.
На выставке Инжиниринговый форум в сентябре 2020 года мы демонстрировали функцию, которая не вошла в финальный проект, но у нас она была ранее разработана и мы ее просто интегрировали функция голосового помощника. Модулем HVAC можно было управлять, задавать температуру с помощью голосовых команд. Также можно было спросить сколько осталось энергии батареи, сколько можно проехать километров, голосовой помощник может предупредить о малом заряде, список команд можно расширять. Такой способ взаимодействия может упростить доступ к некоторым функциям, это особенно важно для автомобиля с малым количеством кнопок.

Еще одной особенностью и отдельной задачей стала разработка актуатора педали тормоза. Для реализации функций круиз-контроля, автоматической парковки, функций активной безопасности необходимо управлять торможением автомобиля. Пришлось разрабатывать как сам актуатор, который интегрируется с тормозной системой автомобиля, так и блок управления актуатором. Было реализовано управление торможением по усилию: система ADAS указывает командой какое усилие надо сформировать и актуатор пытается давить с заданным усилием. В силу ограничений стенда калибровать данную систему пришлось уже на автомобиле (эх, не завидую я испытателям).

Конечно же, нельзя обойти вниманием разработку блока управлением электроусилителя руля. Помимо стандартной функции электроусиления необходимо было добавить функцию руления: управление положением руля для функции удержания в полосе или функции автоматической парковки. Также хотелось реализовать зависимость усилия на руле от текущей скорости автомобиля. Весь функционал успешно разработал мой коллега Владимир Шевцов.

Так выглядел мини-стенд отладки электроусилителя руля (ЭУР) на столе инженераТак выглядел мини-стенд отладки электроусилителя руля (ЭУР) на столе инженера

Помимо разрабатываемых компонент, в автомобиле использовались и уже готовые серийные узлы, но это были именно исполнительные компоненты, без возможности программирования, а значит без зависимости от версии компоненты. Это решение повлекло за собой разработку всех электронных блоков автомобиля, разработку своей системной архитектуры, CAN матриц и т.д. Но в результате это дало нам полную управляемость над проектом.

Это важный момент, который упускают многие гаражные разработчики электротранспорта. Сначала они прикладывают множество усилий для того, чтобы с помощью реинжиниринга восстановить кусочки CAN матрицы автомобиля, получая риски, что в любой момент устройствам прилетит команда на отключение, блокировку или что-то еще. А уже при выпуске следующих экземпляров, хуже того уже при серийном производстве, от поставщика компонентов приходят узлы с обновленной прошивкой, и вся электроника просто прекращает работать.

Всю электронику мы проектировали сами: рассчитывали требования, анализировали сценарии работы. При покупке готовых блоков управления может возникнуть проблема с, например, появлением новой прошивки от производителя это сразу приведет к потере контроля над проектом. С этой проблемой сталкиваются все, кто собирают автомобиль из готовых комплектующих. С этой точки зрения мы управляли проектом и всеми комплектующими, т.к. мы же их проектировали и изготавливали.

Алесей (Жданов) расскажи, пожалуйста, разработкой каких блоков ты занимался и немного про функционал этих блоков.

Алексей Жданов: я занимался разработкой железа и написанием программного обеспечения (ПО) на блок аудиосистемы, блок звукового сигнализатора движения, занимался разработкой ПО на один из самых сложных с точки зрения логики центральный блок управления электромобилем VCU (Vehicle Contol Unit). VCU собирает информацию со всех имеющихся датчиков, принимает команды водителя, взаимодействует практически со всеми блоками по цифровым шинам, управляет электроприводом, тяговой батареей, следит за их состоянием, обрабатывает их ошибки.

Так, например, VCU взаимодействует с электрическим ручником без соответствующих команд ручника VCU не разрешит движение. VCU отслеживает температурный режим тяговой батареи, если батарея находится вне температурного диапазона работы, то VCU запрещает использование полного тока этой батареи. VCU управляет охлаждением батареи управление помпой и вентилятором радиатора. При заряде батареи, у производителя батареи есть требование, что перед зарядкой батарею нужно привести в необходимый температурный диапазон.

Алексей Жданов, инженер-электроник отдела автоэлектроники компании ЛадугаАлексей Жданов, инженер-электроник отдела автоэлектроники компании Ладуга

Еще, например, одна из разработанных мной функций сигнализатор движения. По современным требованиям бесшумный электромобиль должен при движении на малой скорости воспроизводить какой-либо звук для обеспечения безопасности, например, звук двигателя реактивного самолета.

Мои коллеги занимались разработкой блоков: BCM (Body Control Module) блок управления кузовной электроникой, блок управления электроусилителя руля с функцией дистанционного управления по проводам для реализации ADAS функций автоматической парковки и подруливания, ручник с электроприводом и блок управления климатической системой.

Слева направо: Владимир Уколов (инженер-электроник), Михаил Акимов (в проекте: инженер по эргономике), Максим Орлов (системный архитектор)Слева направо: Владимир Уколов (инженер-электроник), Михаил Акимов (в проекте: инженер по эргономике), Максим Орлов (системный архитектор)

Отдельная тема проекта это силовая часть электромобиля: электродвигатель и аккумуляторная батарея. Сложность заключалась в том, что на нашем стенде электронной архитектуры детально испытать силовую часть было невозможно, т.е. она должна была сразу заработать на автомобиле, и в этом была огромная работа с нашей стороны.

Помимо железной интеграции необходимо было обеспечить программную интеграцию компонент силовой части: согласование CAN матриц и отладка работы VCU, BMS (система менеджмента батареи), инвертора электромотора, кондиционера (он также подключался к силовой части), DC-DC блока (блок преобразования высоковольтной сети к низковольтной), ТЭНом для обогрева батарей.

Алексей Окунев: из-за особенностей графика поставок основной задачей было выполнить все работы не имея на руках ни автомобиля, ни силовой части, т.е. большая часть работ должна была быть выполнена с помощью разработанных виртуальных моделей. Мотор и батарея приехали к нам буквально за месяц до старта сборки автомобиля. За это время нам нужно было всё подключить, отладить разработанные функции и откалибровать. Мы по максимуму сделали испытания, которые были возможны на стенде, и трое наших специалистов отправились на производственную площадку в Белоруссию. Конечно же, по всем законам бытия то, что не удалось испытать на стенде или моделях, аукнулось на живом автомобиле, и ребятам пришлось совершать своего рода подвиг в командировке в Минске внося финальные изменения.

Как и всегда при проектировании автомобилей отдельное внимание надо было уделять безопасности. Конечно, требования функциональной безопасности по ISO 26262 были заложены еще при разработке компонент. Но даже для испытаний на стенде у инженера под рукой всегда была БКК (Большая Красная Кнопка), которая аппаратно разрывает все цепи питания. Ее перенесли и на автомобиль. Также, поскольку у автомобиля оказалась сумасшедшая динамика, по просьбе испытателей был добавлен режим испытаний и выставки: с ограничением максимальной скорости до 40 км/ч.

Алексей (Жданов), что тебе запомнилось больше всего?

Алексей Жданов: скажу, опыт хороший, весьма. Ребята со мной, думаю, согласятся. Для нашей команды было особо интересно наблюдать, что наши документы на наших глазах превращаются в что-то живое. И в случае наличия ошибок в документации при изготовлении мы получаем ошибки, которые нам же придется исправлять руками и паяльником.

Аксакал отдела автоэлектроники компании Ладуга Владимир Уколов за сборкой ЭБУАксакал отдела автоэлектроники компании Ладуга Владимир Уколов за сборкой ЭБУ

Был случай, произошедший в Минске во время первых тестов электродвигателя на автомобиле: мощность двигателя 160 кВт и когда водитель нажал педаль газа на полную мощность, то оси, не рассчитанные на такую мощность, свернуло. После этого случая мощность двигателя, конечно, откалибровали, но оси пришлось менять.

Много вопросов было по поводу что будет с аккумуляторной батареей в условиях русской зимы?

Алексей Жданов: да, зимой, когда машина стоит на улице, батарея замерзает, но в этом нет никакой катастрофы. Да, емкость батареи при заморозке уменьшается, поэтому если водитель сядет в электромобиль и сразу поедет, то он проедет меньше, чем если бы он, предварительно прогрел батарею. Для обогрева батареи мы спроектировали трубчатый электронагреватель (ТЭН), спроектировали систему управления ТЭНом. По мере того как холодная батарея прогревается ее емкость восстанавливается.

От того, что батарея на морозе в -30 С останется никакой деградации не случится?

Алексей Жданов: деградации не случится, случится временное уменьшение емкости. Уменьшение временное, до тех пор, пока батарея не прогреется.

Алексей Окунев: еще на стадии концепции проекта были проведены расчеты энергобаланса автомобиля. Модель была разработана в нашем программном пакете PRADIS и включала в себя и электрическую, и механическую часть и тепловую подсистему. Эта задача стала замечательным примером применения системного моделирования для задач управления требованиями. И именно, зная лишь параметры верхного верхнего уровня, такие как масса автомобиля, площадь Миделя, требования к максимальной скорости и динамике автомобиля, требуемый пробег автомобиля можно получить требования нижнего уровня: емкость батареи, передаточные числа в трансмиссии, параметры электромотора и даже проработать алгоритмы термоменеджмента.

По нашим расчетам зимой перед поездкой холодную батарею необходимо прогреть. Достаточно 10 минут, чтобы батарея прогрелась до нужной температуры (около +5 C), чтобы обеспечить максимальную дальность пробега электромобиля. Попутно за эти 10 минут можно прогреть и салон с помощью отопителя. В процессе езды батарея сама себя начинает обогревать, но зимой этот обогрев не значителен. Причем оказалось, что если прогревать батарею до оптимальных +20 С, то мы потратим больше энергии, и уменьшим пробег. Конечно, эти требования были определены именно для нашей батареи, нашего электромобиля. Для другой системы эти значения будут другими.

Алексей Окунев, руководителю проекта Электронная архитектура электромобиля со стороны компании ЛадугаАлексей Окунев, руководителю проекта Электронная архитектура электромобиля со стороны компании Ладуга

Будущее проекта

Какое на ваш взгляд возможное развитие данного проекта электромобиля?

Алексей Окунев: проект интересный с большими последствиями. Разработанную электронную архитектуру можно легко масштабировать на любой другой электротранспорт.

Несмотря на то, что это пока прототип прототипа, отработка текущей технологии и отработка будущих технологий ADAS. Тем не менее, все увидели, что на базе этого можно делать серьезный проект. Можно даже поднимать вопрос о серийном проектировании, если такая задача будет поставлена.

Опять же, когда мы говорим об этом электромобиле, мы не будем забывать, что всё-таки первый мелкосерийный электромобиль был уже ранее создан АвтоВАЗом Лада Эллада, на базе Калины. Этот автомобиль выпущен в количестве 100 штук, успешно прошел испытания, эксплуатировался в Ставрополе.

Но в чём отличие Кама-1 от Эллада это, прежде всего, намного более сложная электронная архитектура. В Элладе всё строилось на электронной архитектуре Калины и только была добавлена электрическая трансмиссия вместо механической. И это приводило даже к таким несуразностям, как невозможность завести машину при полном заряде силовой батареи, но при разряженном 12-вольтовом аккумуляторе.

Это говорит о том, что нельзя просто так взять и превратить обычный автомобиль в электромобиль. Электромобильность влияет на все: на электронную архитектуру, на архитектуру кузова, на такие свойства как эргономика, тепловой комфорт, шум, вибрации, безопасность и динамику. И не учитывать ее в проекте преступно инженерам.

В Кама-1 использовались некоторые готовые исполнительные компоненты, но платформа была разработана с нуля. Это, конечно, больше веха для нас, как инженеров, чем для отечественной промышленности, но на примере Кама-1 даже серьезные эксперты увидели, что мы можем у себя в России такие проекты развивать и выстраивать, и это будет не самоделка, а серьезная работа, серьезный проект, который вполне можно масштабировать до серийного производства.

Таким образом, у КАМАЗа есть грузовой электромобиль, есть электробус на базе НефАЗа и теперь в эту линейку добавляется легковой электромобиль. Это не значит, что КАМАЗ завтра начнет выпускать легковые автомобили, это была отработана технология. Это значит, что, используя эту технологию, КАМАЗ может планировать выпуск такого автомобиля, если рынок будет готов. Сейчас мы говорим, например, о коммерческом рынке, а не о частном.

Сам электромобиль это штука дорогая, основные компоненты такие как аккумулятор стоят дорого и он, к сожалению, поставляется из Китая, т.е. большая часть стоимости уходит зарубеж. Поэтому нельзя говорить, что электромобиль будет выпускаться по 100 000 в год также как, например, Лада Веста сказать этого не будет никогда очень уместно, просто в силу целого ряда глобальных ограничений, таких как стоимость батареи и даже не столько стоимость, а объем материалов, который необходим для таких батарей, который нам никто не продаст, а в России нет собственных залежей такой мощности.

Энергосеть, банально не готова. Как можно частнику купить электромобиль, если квартира на девятом этаже? Зарядные станции скорее должны быть централизованы. Почему АвтоВАЗ делал Элладу для проекта Таксопарк? Там централизованная зарядка, где автомобиль приезжает и заряжается. Почему в Москве электробусы? Потому что там централизованная зарядка: автобус приезжает в конце смены и заряжается. И здесь то же самое. Мы можем говорить, что это нишевый продукт, такси или другой коммерческий транспорт, т.к. это получается дорогой автомобиль, который необходимо постоянно эксплуатировать, чтобы отбить его стоимость, и только так это может быть бизнесом.

Т.е. ключевой вопрос сделают ли теперь электромобиль бизнесом в России.
Возможны сценарии существования электромобиля как самостоятельного продукта. То, что они дорогие это еще ни о чем не говорит. Можно создавать условия, если будет принято принципиальное решение. Например, если в той же Москве, запретят заезд в Садовое кольцо обычным автомобилям вот, пожалуйста, достаточное условие. Поэтому, по крайней мере, у нас в России вопрос распространения электромобилей это больше вопрос политический, вопрос престижа и конечно экономический тоже. Словом, пока это роскошь, а не средство передвижения.

Наше исследование рынка показало, что в России по автомобильной части почти всё что угодно можно продать малой серией до 5 000 в год. Поэтому, при выполнении некоторых условий, вполне возможен сценарий выпуска малых серий электромобилей. А когда будет реализован функционал ADAS можно будет говорить и об умных автомобилях.

Благодарности
Часть команды разработчиков электронной архитектуры электромобиля (слева направо: Сергей Макаров, Алексей Жданов, Валерий Овчинников, Алексей Окунев, Роман Галлямов, Максим Орлов, Олег Бородин, Владимир Шевцов, Тигран Карапетян)Часть команды разработчиков электронной архитектуры электромобиля (слева направо: Сергей Макаров, Алексей Жданов, Валерий Овчинников, Алексей Окунев, Роман Галлямов, Максим Орлов, Олег Бородин, Владимир Шевцов, Тигран Карапетян)

Хочется поблагодарить команду проекта в компании Ладуга, питерских и белорусских коллег. Только совместными усилиями профессионалов можно выполнить проект такой сложности.

Работы выполнялись в рамках проекта по теме Создание "Умного" Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня. Уникальный идентификатор проекта : RFMEFI57818X0269.

Подробнее..

Тяжёлыми частицами по опухолям как работает лучевая терапия?

26.02.2021 14:22:55 | Автор: admin


Мирный атом, как мы уже писали, это не только Чернобыль и Фукусима. При грамотном и осторожном использовании он способен принести человечеству неоценимую пользу, например, когда речь идёт о прорывных технологиях в области энергетики. Но не только: сегодня поговорим о лучевой терапии для лечения рака.

Согласно данным из исследования Global Burden of Disease Cancer Collaboration, которое опубликовала международная команда ученых из 195 стран осенью 2019 года, с 2007 по 2017 год число случаев онкологических заболеваний в мире выросло на треть. В 2017 году раком заболели 24,5 миллиона человек, 9,6 миллиона от него скончались. А самым динамично развивающимся способом лечения онкологических заболеваний стала лучевая терапия. По эффективности она не отстает от других методов и при этом щадяще относится к организму пациента.


Комната, где проводится лучевая терапия (здесь с помощью аппарата i-ROCK), сегодня может выглядеть не как больничная палата, а, скорее, как помещение космического корабля из далёкого будущего. Источник: Toshiba

Как лечат рак?


Предотвращают деление клеток опухоли и её разрастание и распространение заболевания по организму, а также провоцируют её гибель. Вообще, опухоль можно удалить, вырезав из поражённого органа или вместе с ним, или отравить, постаравшись сделать так, чтобы одновременно не отравился весь остальной организм. Последнее, к счастью, возможно сделать в силу особенности раковых клеток. Но химиотерапия, а уж тем более удаление органа или его части, зачастую воздействует на организм весьма губительно. Поэтому учёные работают над альтернативными методами с научно доказанной эффективностью. Один из них как раз лучевая терапия.

Лучевая терапия (или радиотерапия) это использование радиации для борьбы со злокачественными опухолями. При помощи излучения, которое направляется непосредственно на поражённые опухолью ткани и воздействует на её клетки на генетическом уровне, их удаётся полностью уничтожить или как минимум сдержать их рост и деление. Несмотря на то, что сами эти слова звучат довольно страшно целенаправленно облучать радиацией живого человека! этот способ доказал свою эффективность и безопасность.

Действие лучевой терапии тоже основано на особенностях опухолевых клеток: как выяснили учёные, тот факт, что такая клетка делится быстрее обычных, приводит к тому, что на неё большее влияние оказывает радиация. С одной стороны, быстрое деление позволяет им с высокой скоростью распространяться в организме, с другой даёт возможность ввести своеобразную систему распознавания свой чужой и воздействовать радиацией исключительно на них. В результате облучения деление клеток опухоли замедляется и/или прекращается, они распадаются и постепенно выводятся из организма.

При воздействии радиации на клетку первая задача повредить её ДНК. В результате этого клетка инактивируется, то есть потеряет возможность делиться, и в итоге это приведёт к её гибели. При этом молекула ДНК полностью разрушается у опухолевых клеток и частично, не теряя при этом возможности к восстановлению, у здоровых. Современные технологии при этом позволяют минимизировать воздействие облучения на здоровые клетки. Как этого удаётся добиться, расскажем чуть ниже.

По сравнению с хирургическим вмешательством и химиотерапией, лучевая терапия обладает рядом преимуществ. Так, если химиотерапия оказывает влияние на организм пациента в целом, что может значительно его ослабить и дать неприятные негативные последствия, то лучевая терапия направлена исключительно на опухоль и в норме оказывает лишь минимальное влияние на соседние здоровые клетки. Конечно, в случае возникновения системного рака, который успел охватить несколько органов, химиотерапия может работать более эффективно.

Если сравнивать лучевую терапию с хирургическим вмешательством, то и здесь у первой есть несомненное достоинство: она не требует проведения операции, которую в некоторых случаях пациенту будет сложно перенести, в особенности если его организм уже значительно ослаблен болезнью и последующим её лечением. Кроме того, чисто хирургическим способом бывает не так просто добраться до некоторых опухолей, и возникает риск повреждения соседних органов.

Лучевая терапия позволяет достичь того же результата полного исчезновения опухоли без необходимости ложиться под нож. Лучше всего этот метод лечения работает при избавлении от не успевших распространиться по организму новообразований в отдельных органах, например, в мозге, лёгком, желудке, простате и так далее.

В современной онкологии лучевая терапия может использоваться как отдельно сама по себе, так и в сочетании с другими методами лечения хирургическим и химиотерапией. В частности, распространена схема лечения, когда используются одновременно хирургическое вмешательство и облучение.

В этом случае могут быть такие виды лучевой терапии: неоадъювантная (до операции) и адъювантная (после операции). Неоадъювантное облучение помогает уменьшить размеры опухоли, чтобы довести её до операбельного состояния и снизить риск возникновения метастазов, а адъюватная используется для борьбы с местными рецидивами опухоли.

Как радиация попадает в организм и какой может нанести вред?


Облучение исключительно вредных клеток филигранная работа. Самый главный вопрос, который возникает перед врачом, можно сформулировать так: каким образом можно доставить частицы в нужное место и не облучить при этом случайно ничего лишнего?

Есть три метода осуществления лучевой терапии: дистанционный, контактный и системный.
Системная лучевая терапия подразумевает, что в организм пациента вводятся радиоактивные лекарственные препараты (проглатыванием или внутривенно). Они распределятся по кровотоку и воздействуют на опухолевые очаги. Так, к примеру, при помощи капсул, которые содержат радиоактивный йод, лечат некоторые виды рака щитовидной железы.

При использовании контактной лучевой терапии (она же брахитерапия) источники излучения размещаются или внутри повреждённого органа, или в полости рядом с ним. В отдельных случаях излучатели можно размещать даже на поверхности кожи.

Наиболее распространённым стал дистанционный метод, когда используется внешний источник излучения, а между ним и мишенью могут лежать здоровые ткани. Последние получают минимальный урон, так как практически вся радиационная доза выделяется в опухоли на последних миллиметрах пробега частиц. Чтобы этого добиться, изначально использовали особые приборы, представлявшие собой, говоря по-простому, контейнер с радиоактивным веществом и механизм, позволяющий формировать узкий пучок излучения.

Одним из пионеров этого метода лечения стал канадский медицинский физик Гарольд Элфорд Джонс (Harold Elford Johns) группа учёных под его руководством в начале 1950-х создала так называемую кобальтовую пушку, в которой использовался радиоактивный кобальт-60.

А первый специальный медицинский ускоритель частиц собрали и применили в Лондоне (Великобритания) в 1953-м году. Зачем? Чтобы добиться больших проникновения и эффективности излучения и достать глубоко расположенные опухоли. И именно в направлении развития радиотерапии с использованием линейных ускорителей частиц двигался и движется прогресс в последние полвека.


Гордон Айзекс, первый пациент, излечившийся в 1957 году от ретинобластомы (злокачественная опухоль сетчатки глаза у детей) с помощью линейного ускорителя, построенного и применённого американским учёным Генри Капланом. В результате лечения зрение мальчика удалось спасти, а сам он прожил долгую жизнь. Источник: Wikimedia Commons

Лучевая терапия может быть волновой или корпускулярной. Волновое излучение, при котором на клетки опухоли направлялись рентгеновские или гамма-лучи, стали использовать в медицине раньше (в частности, именно гамма-излучение производила кобальтовая пушка Джонса), и со своими задачами оно в целом справлялось, хотя при волновом облучении радиацию невозможно направить чётко на повреждённые клетки.

Сегодня более эффективным считается корпускулярное облучение. В этом случае на опухоль направляются пучки элементарных частиц: фотонов, нейтронов или тяжёлых ионов. И именно облучение тяжёлыми ионами на данный момент считается самым технологически продвинутым методом радиотерапии, поскольку благодаря своей массе (не зря они называются тяжёлыми) они формируют своеобразную ударную волну и поэтому более эффективно разрушают ДНК раковых клеток для успешного избавления от опухоли с использованием тяжёлых ионов требуется меньше сеансов облучения.


Рентгеновские лучи (слева) и лучи тяжёлых ионов (справа). Тяжёлые ионы направляются чётко на опухоль, сводя к минимуму повреждение здоровых тканей. Источник: Toshiba

Что касается других частиц, то они обладают меньшей способностью проникать в ткани. Поэтому самые лёгкие из них электроны используются лишь для лечения кожных заболеваний. Более тяжёлые фотоны проникают глубже, но всё же не обладают такой ударной силой, как тяжёлые ионы. Фотонами тоже лечат опухоли во внутренних органах, но при большем количестве сеансов облучения.

Безвредна ли лучевая терапия? Нет. Несмотря на очевидные преимущества, как и любое интенсивное лечение, лучевая терапия редко проходит для организма абсолютно бесследно. Последствиями её применения могут стать локальные лучевые ожоги, а сосуды, которые находятся в непосредственной близости к опухоли, могут стать более ломкими. Это приводит к риску появления мелкоочаговых кровоизлияний.

Существует вероятность и возникновения долгосрочных побочных эффектов в результате попадания продуктов распада опухоли в кровь. Тем не менее, они всё же не смертельно опасны в отличие от злокачественных опухолей. По мнению специалистов, эффект от применения лучевой терапии можно сравнить с солнечным ожогом: его последствия не всегда видны сразу, но могут проявиться со временем. Таким образом, существует ненулевая вероятность, что спустя 10-20 лет у пациента могут начаться изменения на уровне ДНК или же рак вернётся.

Как выглядят самые современные установки для проведения лучевой терапии, или Что сделать, чтобы лечить больше и лучше?


Уже от три больницы в Японии заказали у Toshiba установки проведения лучевой терапии тяжёлыми ионами, и компания поставила оборудование заказчикам. А ускоритель тяжёлых ионов i-ROCK успешно работает в Онкологическом центре префектуры Канагава (Kanagawa Cancer Center). На их примере можно видеть, по каким направлениям сегодня идёт эволюция методов лучевой терапии.


Вот так выглядит собственно ускоритель тяжёлых ионов от Toshiba Energy Systems & Solutions в Центре радиационной онкологии в Канагаве (i-ROCK). В ближайшее время аналогичная система появится и в России: уже подписано соответствующее соглашение между Минздравом РФ и японской корпорацией. Источник: Toshiba

i-ROCK это впечатляющее устройство, которое занимает несколько комнат, суммарная площадь которых сравнима с площадью спортзала. В нём при помощи линейного ускорителя частиц пучок тяжёлых ионов разгоняется до 70% скорости света, прежде чем начать атаковать опухоль. Количество энергии, которая при этом передаётся в раковые клетки, значительно превышает объём энергии рентгеновского излучения или энергии протонов.

Тяжёлые ионы поступают сразу с двух направлений, что повышает эффективность лечения, то есть позволяет добиться умерщвления опухоли за меньшее количество сеансов. Притом излучатели могут вращаться на 360 градусов, за счёт чего достигается высокая точность воздействия.

Современные установки, включая i-ROCK, научились минимизировать поражение здоровых тканей во время облучения. Для этого нужно было сделать так, чтобы пучок частиц был тонким и сила излучения достаточной для поражения опухоли, но не тканей вокруг. В i-ROCK применяется метод 3D-сканирования опухоли, благодаря которому удаётся атаковать исключительно её саму, какой бы сложной формы она ни была, с высокой точностью. Это называется облучение высокоскоростным сканирующим лучом (High Speed Scanning Beam Irradiation).


Берём ионы углерода, сильно разгоняем в линейном ускорителе и направляем в тело пациента, но не абы куда, а ровно в цель. Источник: Toshiba

При использовании разработанного Toshiba метода 3D-сканирование в ходе терапии тяжёлыми ионами, облучение опухоли происходит так, будто её заштриховывают тонким карандашом. Этот метод позволяет воздействовать на опухоли сложной формы и действовать высокоточно и эффективно. Ещё одно следствие применения такого метода можно исключить этап длительной настройки оборудования и применение коллиматоров и фильтров, которые должны изготавливаться индивидуально для каждого пациента.

А что делать с органами, которые в норме движутся, до тех пор, пока их владелец жив, например, с лёгкими? На вдохе опухоль в лёгком будет в одном положении, на выдохе же на её месте под лучом окажутся здоровые ткани. Чтобы этого избежать, инженеры Toshiba добавили к установке инструмент для наблюдения за телом пациента в реальном времени, позволяющий включать излучение, когда орган находится в фокусе излучателя, и отключать, когда он перемещается. Соединив облучение с синхронизацией по дыханию и наблюдение за зоной облучения с помощью рентгенограммы в косой проекции в реальном времени с технологией повторного сканирования, инженеры Toshiba научились выполнять быстрое и аккуратное облучение новообразований равномерными дозами не только на неподвижных, но и на движущихся органах.


Благодаря наблюдению за внутренностями пациента в реальном времени минимизируется поражение здоровых тканей в ходе радиотерапии. Источник: Toshiba

Помимо всего прочего, такого сочетание технологий и методов, с одной стороны, позволяет снизить сроки подготовки к лечению и его стоимость для пациента, а с другой увеличить количество пациентов, которые госпиталь может принять в отчётный период, а следовательно, ускорить окупаемость оборудования. Toshiba помогла уменьшить время, необходимое для размещения пациента, создав эффективную систему позиционирования, а общее время пребывания в помещении для проведения терапии значительно сокращается при применении высокоскоростного 3D-сканирующего облучения. Система позиционирования Toshiba автоматически рассчитывает расхождение между компьютерной томограммой зоны облучения, полученной при планировании терапии, и рентгеновским снимком, сделанным непосредственно в помещении, где ведётся облучение, и подстраивает положение роботизированной койки, на которой располагается пациент. Если при использовании аппаратов для лучевой терапии предыдущего поколения средняя продолжительность сеанса от входа пациента в комнату до его выхода составляла 26 минут, то теперь его удалось снизить до 11 минут.

Наконец, ещё одно направление работы инженеров снижение массы и размеров всего комплекса оборудования, что в свою очередь в конечном итоге опять-таки повышает доступность лечения для каждого пациента. Тут Toshiba тоже есть чем гордиться: она создала самый компактный в мире (по состоянию на 1 октября 2017 года) вращающийся гантри (так называют подвижное устройство, используемое для удерживания и нацеливания медицинского оборудования на зафиксированного пациента), используемый при терапии тяжёлыми ионами. Этого удалось достичь за счёт применения сверхпроводниковых технологий. Если гантри может вращаться на 360 градусов вокруг пациента, это позволяет точно прицеливаться в опухоль с любого направления, уменьшить или исключить поражение здоровых тканей, быстрее разместить пациента нужным образом и уменьшить его дискомфорт, а заодно и максимально исключить деформацию органов; более того, впоследствии, при следующих сеансах облучения, положение пациента можно быстро воспроизвести.

Учёные Национальных институтов квантовых и радиологических исследований и технологий (National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology QST; японская научно-исследовательская организация, созданная в 2016 году путём слияния Национального института радиологических исследований и нескольких подразделений Японского агентства по атомной энергии), в июне 2019 года создали компактный ротационный гантри с использованием сверхпроводящего магнита, что позволило уменьшить вес оборудования примерно на 300 тонн. Меньший по размерам и весу гантри можно будет более удобно разместить его в здании больницы, и это снизит издержки на строительные работы, содержание и обслуживание, а значит, снизит и стоимость лечения.

Наконец, стоит рассказать и о том, как обеспечивается безопасность лечения. Во-первых, ускоритель и пациент находятся в разных помещениях. Последний располагается в отдельной совсем не страшно выглядящей комнате (показана в начале поста) на койке, которую можно перемещать по семи осям, чтобы обеспечить облучение любого органа и при этом сохранить удобное для пациента положение. Оптимальное положение койки и излучателей, как мы уже упомянули, определяется на основе предварительно сделанной компьютерной томограммы и рентгеновского сканирования в реальном времени уже непосредственно перед началом процедуры.

Медицинский работник может наблюдать за лечением, используя систему мониторинга луча, разработанную Toshiba: пока продолжается облучение, положение луча и плотность потока на каждом участке облучаемых тканей выводится на экране монитора в аппаратной в реальном времени. Состояние оборудования также постоянно проверяется это позволяет гарантировать безопасность пациента. Если что-то пойдёт не так, специальная система блокировки остановит поток частиц. Интерфейс управления оборудованием был специально разработан так, чтоб минимизировать возможность ошибки, вызванной человеческим фактором, и дать медицинским работникам чувство уверенности и безопасности.

Разорительна ли лучевая терапия?


Как и любая новая технология, в разработку которой было вложено много средств и усилий высококвалифицированных специалистов, лучевая терапия не может быть дешёвой. Для пациента курс лечения обойдётся в среднем дороже, чем курс химиотерапии (точные расчёты зависят от тяжести каждого конкретного случая).

Высокая стоимость объяснима: во-первых, больницам необходимо вложиться в покупку дорогого оборудования. Во-вторых, его техническое обслуживание потребует дополнительных расходов. В-третьих, для работы на нём нужен персонал с высоким уровнем квалификации на его обучение и содержание также придётся потратиться.

Что касается стоимости самого оборудования, то здесь рамки очень широкие. Так, простейший, не самый новый, и, возможно, бывший в употреблении линейный ускоритель за рубежом может стоить до $300 тысяч. Цена более новых систем вырастает до миллиона долларов и выше. При этом новейшие разработки могут оцениваться уже в несколько миллионов долларов США. В целом же на полноценное оборудование клиники радиотерапии в США, к примеру, придётся потратить от $20 миллионов до $150 миллионов, а в некоторых случаях даже больше. Это зависит от количества мест и других факторов.

Тем не менее, любая эффективная технология со временем проходит один и тот же путь: становится массовой, и как следствие более доступной. А мы надеемся, что страшный и опасный атом уже в ближайшем будущем очистит свой имидж и превратится в спасителя человечества от одной из самых страшных его проблем.
Подробнее..

5 лет до экогородов фантастика или реальность?

27.02.2021 22:08:03 | Автор: admin

"Город-сказка, город-мечта, попадая в его сети пропадаешь навсегда, глотая воздух, простуды сквозняков, с запахом бензина и дорогих духов", - пели Танцы Минус в 1999, на стыке 20 и 21 века. Но город мечты в 21 году XXI века видится другим: зелёным, экологичным, с рекреационными зонами. Это комфорт мечты: для глаз, для здоровья, для общения и взаимодействия. Но, кажется пробки давно взяли нас в кольцо и уже не отпустят.

Такие города-экосистемы с собственным микроклиматом и возобновляемой энергией уже не фантастика, а уже вполне реальное явление. Представляем три проекта экогородов, которые появятся уже в ближайшую пятилетку. Верите?

Особенности экогорода

Устойчивый, стабильный или экологичный город строится с учетом минимизации негативного влияния на окружающую среду. В таких населенных пунктах стараются уменьшить потребление воды и энергии, исключить загрязнение воздуха углекислого газа и неразумное выделение тепла. Впервые слово экогород было использовано в книге Экогород Беркли Ричарда Регистера, который представил читателям строительство города для здорового будущего.

Любой экологичный город отвечает следующим критериям и принципам:

  • экологичный транспорт и продуманная транспортная система с возможностью ездить на велосипедах или ходить пешком;

  • безотходное производство и переработка мусора, использование вторсырья;

  • энерго- и водосбережение;

  • очистка воды;

  • подземная инфраструктура в целях экономии земельных территорий;

  • большое количество зелени, в т.ч. в домах и на крышах;

  • автономная экономика;

  • осознанное отношение к экологии.

Как видите, современные технологии направлены не только на защиту окружающей среды, но и на то, чтобы сделать город более комфортным для самих жителей. Процессы автоматизируются, внедряются умные системы. Но при этом самым важным считается осознанное мышление и отношение к природе человека.

Вертикальный экогород в Китае

В китайском городе Шэньчжэнь построят многомерный вертикальный город, в состав которого войдут жилые квартиры и офисы, отели и рестораны, парковки для электромобилей и велосипедов, выставки и музеи, культурные и торговые центры, магазины и даже собственная станция метро. При строительстве будут использоваться безопасные материалы, переработанные отходы и технологии, уменьшающие углеродный след.

Как выглядит вертикальный город будущего

Город будущего получил название Tower C. Он представляет два футуристических эконебоскреба высотой 400 метров каждый. Его площадь составит 36268 м2. Оба здания объединены многоуровневым панорамным мостом и оборудованы системой вентиляции.

Комплекс сможет принимать 300 тысяч человек ежедневно. Он будет интегрирован в прилегающий городской парк с формированием многоступенчатых террасных садов у подножия башен. В результате выстроится целый город, в котором есть все необходимое для полноценной жизни и работы. Добраться до него можно будет на общественном транспорте, велосипеде или электромобиле.

Особенности проектирования

Проектом занимается известное архитектурное бюро Zaha Hadid Architects, создавшее более 950 проектов для 44 стран. В основе его стиля - параметрическая архитектура будущего с динамическими и дальновидными формами, а также с использованием композитных материалов. Бюро входит в тройку самых влиятельных архитектурных компаний в мире.

При разработке использовалось трехмерное моделирование, что позволило оптимизировать эффективность его форм и соотношение фасада к основанию.В итоге получился вертикальный многомерный город.

Какие технологии используются

Навесные фасады строения выполнены из самозатемняющегося стекла, внутри установлены вентиляционные слоты с эффективным гибридным и естественным воздухообменом. А в интерьерах будут использованы низколетучие материалы, что повысит качество воздуха.

В зданиях предусмотрен интеллектуальный мониторинг освещения и эффективного использования дождевой воды. Энергия будет добываться от солнечных батарей. В основании сдвоенных башен расположатся многоступенчатые террасные сады, которые будут очищать воздух и улавливать загрязняющие вещества за счет специальных биологических фильтров.

Линейный город без автомобилей в Саудовской Аравии

Саудовская Аравия разработала свой проект, который станет ответом на проблемы загрязнения окружающей среды и многочисленных дорожно-транспортных происшествий. Им станет линейный город, который протянется на 170 километров. Название он получит соответствующее Линия (The Line). В городе совсем не будет автомобилей, а энергия будет браться из возобновляемых источников.

Специфика линейного города

Линия протянется от Красного моря до северо-западной части страны. Автомобили здесь заменят сверхскоростным общественным транспортом и служебными машинами, которые станут перемещаться по подземным тоннелям. Поездка с одного конца города в другой займет не более 20 минут.

Город будет состоять из связанных между собой модулей. Больницы, школы и вся необходимая инфраструктура будут расположены в шаговой доступности. Управлять городом, конечно же, станет умный интеллект. Линия станет частью масштабного проекта Neom, полностью автоматизированного региона с возобновляемой энергией.

Кто придумал линейные города

Концепция линейного города впервые была описана в начале XX века испанским убранистом-планировщиком Арутро Сориа-и-Мата. Распространение идея получила в раннем СССР. Ее продвигал революционер, архитектор и высокопоставленный чиновник Николай Милютин. По этой концепции после Великой Отечественной войны были отстроен Волгоград, а также возведены Набережные Челны.

Главным же куратором проекта города The Line стал Мухаммед бин Салман, наследный принц Саудовской Аравии и председатель совета директоров Neom. Население города составит около миллиона человек, а инвестиции в проектирование и возведение - 500 миллиардов долларов. Строительство намечено уже на первое полугодие 2021-го.

Автоматизированный экогород с централизованным охлаждением в Сингапуре

На западе Сингапура построят экогород, который займет площадь в 700 гектаров. На его территории возведут пять жилых района и 42 тысячи домов, буквально утопающих в зелени. А передвигаться жители смогут преимущественно на велосипедах или пешком. Не обойдется и без возобновляемых источников энергии, а также автоматических систем контроля и управления.

Как будет выглядеть умный город

Сингапурские чиновники окрестили его лесным городком из-за обилия скверов и зелени. Раньше здесь стояла фабрика по производству кирпича, затем располагались военные части, а в последнее время на 700 гектарах располагался вторичный лес.

При строительстве города лес сохранят, а через его центр обустроят экологический коридор шириной почти 100 метров. Он соединит водосборный бассейн и заповедник, а также обеспечит безопасный проход к диким животным. Создатели называют такой коридор Общинной сельскохозяйственной дорогой.

Концепция строительства предполагает такое разделение движения, при котором все основные дороги будут под землей, а поверхность снаружи освободится для пешеходов. В городе появятся пруды и сады, будут созданы условия для ведения фермерского хозяйства.

Планируется, что первые апартаменты будут сданы уже в 2023 году. Однако купить жилье можно уже сейчас. Стоимость квартиры с двумя спальнями составляет 82 тысячи долларов.

Технологии экогорода

В городе обустроят централизованное охлаждение при помощи возобновляемых источников энергии. Это поможет решить проблему с переизбытком кондиционеров в Сингапуре. По статистике здесь на один типичный дом более трети энергопотребления приходится именно на эти охлаждающие приборы. И выбросы на человека в Сингапуре выше, чем в Британии или Китае.

Экогород будет максимально автоматизирован. Специальные цифровые дисплеи будут контролировать потребление энергии и воды. Пневматические системы с использованием высокоскоростного воздуха обеспечат автоматическую уборку мусора. Она заменит стандартные грузовые мусорные машины. Такая система помогает создать более чистую среду обитания, уменьшая запах и сводя к минимуму заражение вредителями.

 Система сбора и вывоза мусора Система сбора и вывоза мусора

Подобные проекты разрабатываются и начинают реализовываться во многих странах мира. От строительства экодомов и районов осуществляется постепенный переход к возведению целых экологичных городов. В России некоторые здания также переходят на возобновляемые источники энергии. Также в Московской области появился первый малоэтажный эко-город Новое Ступино. Как думаете, что из этого выйдет?

Подробнее..

Нейроинтерфейс будущее, которое почти наступило

28.02.2021 00:20:44 | Автор: admin
image
Нейроинтерфейс система для обмена информацией между мозгом человека и электронным устройством. Это технология, которая позволяет человеку взаимодействовать с внешним миром на основе регистрации электрической активности мозга электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Желание человека совершить какое-то действие отображается в изменениях ЭЭГ, что, в свою очередь, расшифровывает компьютер.

Небольшая предыстория о развитии



Первым нейроинтерфейсом можно считать Stimoceiver электродное устройство, которое может управляться по беспроводной сети с помощью FM-радио. В 1950-е годы Хосе Дельгадо, нейрохирург из Йельского университета, испытал его на мозге быка и впервые изменил направление движения животного с помощью НКИ(нейрокомпьютерного интерфейса).
В 1960-е годы нейрофизиолог Грей Уолтер, используя электроды на коже головы человека, зарегистрировал возбуждения от движения большого пальца человека. В 1972 году был создан кохлеарный имплант первый нейропротез, ставший коммерчески успешным на рынке. Сегодня более 25 тысяч человек используют эти устройства, позволяющие глухим людям слышать.

В 1998 году Филипп Кеннеди внедрил первый нейроинтерфейс в обследуемого человека. Им был художник и музыкант Джонни Рей. Думая или представляя движения рук, Рей управлял курсором на экране компьютера. В 1999 году группа Яна Дэна из Университета Калифорнии расшифровала сигналы зрительной системы кошки и воспроизвела изображения, воспринимаемые её мозгом. К 2000 году группа Николелиса создала НКИ, воспроизводящий движения обезьяны во время манипуляций джойстиком. А в июне 2004 года первый человек-киборг Мэтью Нэйгл получил полнофункциональный нейроимплант с нейроинтерфейсом от Cyberkinetics Inc.
image

Нейроинтерфейс сегодня и в скором будущем



Над различными нейроинтерфейсам работает огромное количество различных компаний и стартапов. Французская компания NextMind выпустила первый коммерческий нейронный интерфейс Dev Kit. В отличие от нейроинтерфейсов, вроде Neuralink Илона Маска, система Dev Kit не инвазивна, то есть не имплантируется, а крепится к затылку с помощью обычной резинки.
image

Нейроинтерфейсы бывают однонаправленные и двунаправленные. Первые либо принимают сигналы от мозга, либо посылают их ему. Вторые могут посылать и принимать сигналы одновременно.

Существует несколько методов измерения сигналов мозга. Их разделяют на три типа:
Неинвазивные. Датчики помещаются на голову для измерения электрических потенциалов, создаваемых головным мозгом и магнитным полем.
Полуинвазивные. Электроды помещаются на открытую поверхность мозга.
Инвазивные. Микроэлектроды помещаются непосредственно в кору головного мозга, измеряя активность одного нейрона.

Калибровка по визуальному образу длится в течение 45 секунд в центре экрана появляется круг с моргающим рисунком рандомно расположенных палочек. По центру круга будет прицел из трех зеленых линий это индикатор концентрации. Как только вы сконцентрировались на круге, линии сводятся вместе, образуя треугольник. Если вы отвлеклись, то они вновь разойдутся. Чтобы корректно откалибровать гарнитуру, нужно сохранять концентрацию на протяжении всего времени калибровки. После калибровки можно спокойно работать.

image

Гаджет преобразует сигналы мозга в цифровые команды и позволяет управлять компьютерами и AR/VR-гарнитурами. Работает он следующим образом: после того, как его наденут на затылочную часть, устройство снимает электроэнцефалограмму зрительной коры, понимая, что именно видит пользователь и чувствуя, когда он фокусируется на определенном предмете. Затем эта информация превращается в цифровые предметы. Однако, пока гарнитура работает лишь при открытых глазах пользователя, позже технологию будут усовершенствовать. При помощи гарнитуры можно управлять телевизором или компьютерными играми. Чтобы активировать элемент управления, достаточно сфокусировать на нем внимание.

Ключевая особенность нейроинтерфейса состоит в том, что он позволяет подключиться к мозгу напрямую. Что это может дать на практике? Нейроинтерфейсы, например, способны облегчить или кардинально изменить жизнь парализованных людей. Кто-то не может, писать, двигаться или разговаривать. Но при этом мозг у них вполне рабочий. Нейроинтерфейс позволит совершать этим людям определенные действия, считывая намерения с помощью электродов, подключенных к мозгу.

image

Ещё один вариант использования нейроинтерфейса придумали американские учёные, разработавшие кибер-протез, способный улучшать человеческую память на 30%. Устройство формирует нервные импульсы, которые помогают пациенту формировать новые воспоминания, помнить лица родственников. Ожидается, что разработка поможет бороться со старческой деменцией, болезнью Альцгеймера и другими проблемами с памятью.

Помимо здоровья, нейроинтерфейсы можно использовать для личного развития человека и развлечений. Нейрогарнитуры также дают возможность и развлекаться. Но все игры и развлекательные приложения параллельно являются и инструментами саморазвития. Играя в игры через нейроинтерфейс, вы используете осознанные состояния своего сознания для управления персонажами. И тем самым учитесь их контролировать.

Список литературы:

  1. vc.ru/future/18995-neurointerfaces
  2. www.next-mind.com/technology
  3. venturebeat.com/2020/12/07/nextmind-real-time-brain-computer-interface-dev-kit
Подробнее..

Перевод Спросите Итана пространство-время реальная сущность или просто концепция?

28.02.2021 12:13:00 | Автор: admin

Схема сильного искривления пространства-времени вблизи горизонта событий чёрной дыры. Чем ближе вы приближаетесь к массивному телу, тем сильнее искривляется пространство. В итоге вы оказываетесь в таком месте, откуда не может убежать даже свет: внутри горизонта событий.

Большинство людей, думая о Вселенной, представляют себе материальные объекты, находящиеся на огромных космических расстояниях друг от друга. Под действием собственной гравитации материя схлопывается, формируя такие космические структуры, как галактики. Газовые облака, сжимаясь, порождают звёзды и планеты. Звёзды испускают свет, сжигая топливо в реакциях ядерного синтеза. Этот свет проходит по всей Вселенной, подсвечивая всё, на что натолкнётся. Однако Вселенная это не только объекты внутри неё. Есть ещё и ткань пространства-времени, играющая по своим правилам по правилам общей теории относительности (ОТО). Ткань пространства-времени искривляется в присутствии материи и энергии, при этом само искривление ткани пространства-времени диктует материи и энергии, как им двигаться. Но что такое, конкретно, пространство-время это нечто реальное, или просто облегчающий подсчёты инструмент? Об этом нас спрашивает читатель:
Что именно представляет собой пространство-время? Это реальная штука типа атомов, или математический конструкт, используемый для описания того, как масса порождает гравитацию?


Отличный вопрос, а его тема достаточно сложна для размышлений. Более того, до появления Эйнштейна наше представление о Вселенной сильно отличалось от текущего. Давайте вернёмся в далёкое прошлое Вселенной, когда у нас ещё не было концепции пространства-времени, и будем двигаться вперёд, до сегодняшнего дня.


На всех масштабах, от макроскопических до субатомных, размеры фундаментальных частиц играют мало роли в определении конечных размеров составных структур. Являются ли эти строительные кирпичики материи воистину фундаментальными точечными частицами, неизвестно до сих пор. Однако мы разбираемся в строении Вселенной от гигантских, космических масштабов, до крохотных, субатомных. К примеру, в человеческом теле содержится около 1028 атомов.

На фундаментальном уровне мы уже давно подозревали, что если взять какой угодно объект во Вселенной, и начать делить его на всё меньшие и меньшие составные части, в итоге можно достичь чего-то неделимого. Слово атом буквально и означает неделимый, от греческого . Первое упоминание об этой идее встречается 2400 лет назад, у Демокрита. Однако вполне вероятно, что идею могли придумать и раньше. Такие неделимые сущности реально существуют они известны, как квантовые частицы. Несмотря на то, что мы назвали атомами элементы таблицы Менделеева, истинно неделимыми являются субатомные частицы кварки, глюоны и электроны (а также те частицы, что вовсе не встречаются в атомах).

Все эти кванты связываются вместе и составляют все известные нам сегодня составные структуры Вселенной от протонов и атомов до молекул и людей. И все эти кванты, вне зависимости от их типа материя это или антиматерия, есть у них масса или нет, фундаментальные они или составные, субатомные у них масштабы или космические существуют в рамках той же самой Вселенной, что и мы.


Если знать все правила, отвечающие за движение объекта в пространстве-времени, а также начальные условия и все силы, действующие между объектом и остальной частью системы, можно предсказать, как он будет двигаться сквозь пространство и время. Но местоположение объекта нельзя указать точно, не добавив к пространственным координатам временную.

А это важно, поскольку если вы хотите, чтобы все вещи во Вселенной делали что-то друг с другом взаимодействовали, связывались, формировали структуры, передавали энергию нужно, чтобы существовал способ это делать. Представьте себе пьесу, в которой все персонажи прописаны, актёры готовы их играть, костюмы подготовлены, все строки прописаны и выучены. Недостаёт лишь одной, но очень важной вещи сцены.

Что играет роль сцены в физике?

До появления Эйнштейна сцену обустраивал Ньютон. Всех актёров Вселенной можно было описать набором координат местоположением в трёхмерном пространстве и моментом во времени. Всё было похоже на решётку декартовых координат трёхмерную структуру с осями x, y и z, где у каждого объекта может быть импульс, описывающий его движение в пространстве как функция от времени. Само время считалось линейным, идущим с неизменной скоростью. В представлении Ньютона пространство и время были абсолютными.


Мы часто представляем себе пространство в виде трёхмерной решётки, хотя это чрезмерное упрощение, зависящее от системы отсчёта. На самом деле пространство-время искривляется в присутствии материи и энергии, а расстояния в нём не фиксированы, а изменяются с расширением или сжатием Вселенной

Однако открытие в конце XIX века радиоактивности бросило на картину мира Ньютона тень сомнений. Узнав, что атомы могут испускать субатомные частицы, движущиеся со скоростью света, мы поняли нечто удивительное: когда частица движется со скоростью, близкой к скорости света, она воспринимает пространство и время совершенно не так, как объект, движущийся медленно или покоящийся.

Нестабильные частицы, очень быстро распадающиеся в состоянии покоя, жили тем дольше, чем ближе их скорость была к скорости света. Эти частицы проходили расстояния большие, чем должны были, исходя из их скорости и времени жизни. А при попытке подсчитать энергию или импульс движущейся частицы разные наблюдатели (движущиеся с разными скоростями относительно неё) получали несовпадающие значения.

Получается, что с концепцией пространства-времени от Ньютона что-то было не так. На скоростях, близких к скорости света время удлиняется, расстояния сжимаются, а энергия и импульс зависят от системы отсчёта. То есть, ваше восприятие Вселенной зависит от того, как вы двигаетесь.


Световые часы, в которых протон отражается от двух зеркал, могут отсчитывать время для любого наблюдателя. И хотя двое наблюдателей могут не сойтись во мнении о том, сколько времени прошло между двумя моментами, они могут договориться о законах физики и константах Вселенной, в частности, о скорости света. У неподвижного наблюдателя время идёт как обычно, а у быстро движущегося часы будут идти медленнее, чем у неподвижного.

Эйнштейн отвечает за выдающийся прорыв в концепции реальности, описывавшей, какие величины не меняются при движении наблюдателя, а какие зависят от системы отсчёта. К примеру, скорость света одинакова для всех наблюдателей, как и масса покоя любого количества материи. А вот расстояние между двумя точками сильно зависит от вашего движения вдоль линии, их соединяющей. Скорость, с которой идут ваши часы, также зависит от вашего движения.

Пространство и время оказались не абсолютными, как думал Ньютон, и воспринимались разными наблюдателями по-разному. Они оказались относительными, поэтому теория и называется теорией относительности. Более того, между восприятием неким наблюдателем пространства и времени есть определённая связь. Через пару лет после публикации Эйнштейном специальной теории относительности (СТО) её вывел его бывший профессор Герман Минковский. Он вывел единую математическую структуру, включающую пространство и время: пространство-время. Как писал он сам,

Отныне время само по себе и пространство само по себе становятся пустой фикцией, и только единение их сохраняет шанс на реальность.

Сегодня это пространство-время широко используется до сих пор, если можно пренебречь гравитацией: пространство Минковского.


Световой конус, трёхмерная поверхность, составленная из всех возможных световых лучей, приходящих и исходящих из одной точки пространства-времени. Чем больше вы проходите в пространстве, тем меньше вы проходите во времени, и наоборот. Сегодня на вас может воздействовать только то, что было в световом конусе прошлого. В будущем вы сможете воспринять только те вещи, которые содержатся в вашем световом конусе будущего. Это иллюстрация плоского пространства Минковского, не искривлённого пространства ОТО.

Но в реальной Вселенной есть гравитация. Это сила не действует мгновенно через огромные пространства космоса. Она распространяется с той же скоростью, что и все безмассовые кванты: со скоростью света. Все правила, сформулированные в СТО, остаются применимыми, но чтобы включить в картину гравитацию, требовалось нечто большее: представление о наличии у пространства-времени собственной кривизны, зависящей от присутствия в нём материи и энергии.

В каком-то смысле это просто: если вы разместили на сцене актёров, сцена должна выдерживать их вес. Если актёры массивные, а сцена не идеально жёсткая, она будет деформироваться в их присутствии.

То же явление работает и с пространством-временем: наличие материи и энергии искривляет его, а это искривление влияет на расстояния (пространство) и скорость хода часов (время). Более того, влияние это получается довольно сложным. Если вычислять влияние материи и энергии на пространство-время, то пространственные и временные эффекты оказываются связанными. Линии трёхмерной решётки, которую мы представляли в СТО, в ОТО искривляются.


Появление массы в пустой трёхмерной решётке заставляет её линии искривляться определённым образом. Они как бы вытягиваются в сторону массы.

Пространство-время можно представлять себе как чисто вычислительный инструмент, и остановиться на этом. В математике даже пространство-время можно описать метрическим тензором. Этот формализм позволяет вычислить, как любое поле, прямая, дуга, расстояние и т.п. могут существовать в нём определённым, точно описанным образом. Пространство может быть плоским или сколь угодно искривленным, конечным или бесконечным, открытым или закрытым, и состоять из любого количества измерений. В ОТО метрический тензор четырёхмерный (с тремя пространственными и одним временным измерением), а кривизну пространства-времени определяют материя, энергия и его внутренние напряжённости.

Проще говоря, кривизну пространства-времени определяет содержимое Вселенной. А затем можно взять кривизну пространства-времени и предсказать, как любая часть материи и энергии будет двигаться и меняться со временем. Правила ОТО позволяют нам предсказывать, как материя, свет, антиматерия, нейтрино и даже гравитационные волны будут двигаться сквозь Вселенную. Все эти предсказания прекрасно совпадают с нашими наблюдениями и измерениями.


Сигнал от события GW190521, связанного с появлением гравитационных волн, зафиксированный тремя детекторами. Продолжительность сигнала составила около 13 мс, но он представляет энергию, эквивалентную преобразованию 8 солнечных масс в чистую энергию через уравнение Эйнштейна E = mc2.

Что мы не измеряем, так это само пространство-время. Мы можем измерять расстояния и временные интервалы но всё это непрямое зондирование лежащего в их основе пространства-времени. Мы можем измерить всё, что с нами взаимодействует тела, инструменты, детекторы однако взаимодействие происходит только при наличии двух объектов в одной точке пространства-времени, когда при их встрече регистрируется событие.

Мы можем измерить все воздействия, которые искривлённое пространство-время оказывает на материю и энергию Вселенной, а именно:
  • Красное смещение излучения, порождённое расширением Вселенной;
  • Изгиб света из-за присутствия на переднем плане масс;
  • Увлечение инерциальных систем отсчёта при наличии вращающегося тела;
  • Дополнительная прецессия орбит из-за гравитационных эффектов, выходящая за рамки предсказаний Ньютона;
  • Набирание энергии светом, падающим в гравитационное поле, и потеря энергии при выходе из него;


А также множество других воздействий. Однако из того, что мы можем измерять лишь воздействие пространства-времени на материю и энергию Вселенной, но не само пространство-время, следует, что пространство-время ведёт себя неотличимым от простого инструмента вычисления образом.


Квантовая гравитация пытается объединить ОТО Эйнштейна с квантовой механикой. Квантовые поправки к классической гравитации обозначаются в виде петлевых диаграмм, как та, что показана на рисунке белым цветом. Если расширить Стандартную Модель, включив в неё гравитацию, симметрия, описывающая CPT (симметрия Лоренца) может стать только приблизительной, могут появиться её нарушения. Однако пока что в экспериментах таких нарушений не наблюдалось.

Но это не значит, что пространство-время не является реальной физической сущностью. Наблюдая актёров, играющих пьесу, вы вправе назвать то место, где идёт пьеса, сценой, будь то поле, платформа, голая земля и т.п. Даже если бы пьеса разыгрывалась в невесомости космоса, вы бы просто могли отметить, что в качестве сцены используется свободно падающая система отсчёта.

В физической Вселенной, насколько нам известно, невозможно существование объектов и взаимодействие между ними без пространства-времени. Где есть пространство-время, там работают законы физики, и существуют фундаментальные квантовые поля, лежащие в основе всего. В каком-то смысле, ничто это вакуум пустого пространства-времени, а разговор о том, что происходит в отсутствии пространства-времени, не имеет смысла по крайней мере, с точки зрения физики. Нет смысла говорить о где, лежащем за границами пространства, и когда, выходящем за границы времени. Возможно, что-то такое и существует, но физических концепций этой сущности у нас нет.


Анимация взаимодействия пространства-времени с массой, движущейся сквозь него. Из неё видно, что пространство-время это не просто некая ткань. Всё трехмерное пространство искривляется в присутствии массы и энергии. Несколько вращающихся друг вокруг друга масс порождают гравитационные волны.

Самое интересное, что у нас есть ещё много вопросов о природе пространства-времени, оставшихся без ответа. Являются ли пространство и время квантовыми и дискретными, разделёнными на невидимые участки, или же они непрерывны? Является ли гравитация квантовым взаимодействием, как все остальные известные силы, или это классическая, непрерывная ткань, тянущаяся вплоть до планковских масштабов? Если пространство-время отличается от того, что говорит нам ОТО, то как именно, и каким образом мы можем это обнаружить?

Но, несмотря на всё то, что пространство-время позволяет нам предсказать и узнать, оно не является такой же реальной сущностью, как атом. Нельзя каким-то образом напрямую обнаружить пространство-время обнаружить можно только отдельные кванты материи и энергии, существующие в вашем пространстве-времени. Мы описали пространство-время в виде ОТО Эйнштейна, и она успешно предсказывает и объясняет все физические явления, когда-либо обнаруженные и измеренные нами. Однако вопрос о том, что оно собой представляет, и реально оно или нет, для современной науки пока остаётся открытым.
Подробнее..

Последние облака. Подробно о гипотезе влажной стратосферы

28.02.2021 18:05:07 | Автор: admin

В 2004 году, на момент выхода фильма Послезавтра, сохранялось ощущение, что подобный сюжет является фантастикой, преувеличением или просто страшилкой. Сегодня мы живем в мире, где уже превратилась в недавнюю историю филиппика Греты Тунберг, где рекордно обмелел водопад Виктория, а на Ямале зафиксирована вспышка сибирской язвы болезнь сохранилась в трупе северного оленя, долгие годы пролежавшем в вечной мерзлоте, которая сегодня все сильнее тает. Буквально на момент подготовки этого материала читаем о беспрецедентном ослаблении Гольфстрима. Книга Необитаемая Земля в 2020 году стала бестселлером по версии Нью-Йорк Таймс, и еще в 2020 году была издана на русском языке.

Но таковы жанры фантастики и постапокалиптики, а вместе с ними и экологический дискурс что по-настоящему грозные последствия глобального потепления остаются в тени, поскольку не слишком зрелищны, растянуты во времени и на данный момент маловероятны. Даже менее вероятны, чем сюжет Послезавтра в 2004 году. Я очень удивился, насколько скудно раскрыты в Рунете и практически не раскрыты на Хабре вопросы бесконтрольного парникового эффекта и влажной стратосферы и сегодня хочу остановиться на них.

Тропосфера и тропопауза

Начнем с общего устройства атмосферы.

Весь климат, вся погода, а также явления, связанные с глобальным потеплением, происходят в тропосфере, которая толще всего у экватора (16-17 км), а тоньше всего у полюсов. Границей между тропосферой и стратосферой является тропопауза, расположенная на высоте 8-10 километров. Температура атмосферы, составляющая на уровне моря в среднем 15 C, плавно понижается с высотой и достигает первого минимума -65 С именно в районе тропопаузы. Также удалось установить, что в зависимости от времени года верхняя граница тропосферы немного колеблется в теплые сезоны эта граница немного выше.
В тропосфере сосредоточено примерно 9/10 всей массы атмосферы, накапливаются парниковые газы, образуются циклоны и происходит циркуляция воздуха. Также именно в тропосфере образуется большинство видов облаков:

Здесь обратим внимание на то, что озоновый слой, защищающий поверхность Земли от губительного ультрафиолетового излучения, расположен значительно выше тропопаузы, на высоте 22-25 километров.

Между тропосферой и озоновым слоем находится еще один важный слой, называемый холодная ловушка (cold trap). Это именно тот слой, в котором температура тропосферы достигает минимума. Поэтому в области холодной ловушки водяной пар конденсируется, превращается в облака и возвращается в круговорот воды, а выше почти не попадает.

Те молекулы воды, которые проникают выше тропопаузы и выше озонового слоя, подвергаются фотолизу. Ионизирующее излучение расщепляет молекулу воды на кислород и водород, после чего водород улетучивается в космос. Именно таким образом планета земного типа может потерять всю воду и превратиться в аналог Венеры.

Здесь уместно отметить, что три планеты земной группы Марс, Земля и Венера при всей схожести геологического строения принципиально отличаются запасами воды. Если распределить всю воду Марса равномерным слоем по поверхности планеты, его мощность составит 2-7 метров (в зависимости от точного объема воды на Марсе). На Земле аналогичный показатель составил бы 2,5 км, а на Венере не более 20 см, причем, вся вода на Венере существует в виде следовых количеств водяного пара в атмосфере.

Такая разница указывает, что механизмы утраты воды на Марсе и Венере были разными. Если на Марсе опустынивание, вероятно, произошло из-за деградации магнитосферы, на Венере это были катастрофические последствия парникового эффекта.

Углекислый газ и холодная ловушка

Влияние углекислого газа на функционирование и проницаемость холодной ловушки заслуживает подробного описания, которое я приведу по этой работе, которая называется "Улетучивание воды на землеподобных планетах с атмосферами, насыщенными CO2" (Water loss from terrestrial planets with CO2-rich atmospheres).

Степень, в которой холодная ловушка ограничивает потерю воды, значительно зависит от количества CO2 в атмосфере. Во-первых, CO2 влияет на общее содержание воды в атмосфере, так как провоцирует парниковый эффект, тем самым повышая температуру на поверхности планеты. Однако, сила поглощения, проявляемая углекислым газом в полосах 15 и 4,3 m, обеспечивает эффективное охлаждение даже при низком давлении, что и играет ключевую роль в поддержании температуры холодной ловушки. Кроме того, CO2 также может напрямую ограничивать улетучивание водорода в самых верхних слоях атмосферы, поскольку хорошо испускает тепловое излучение в инфракрасном спектре, и таким образом подъедает энергию, которая могла бы стимулировать убегание водорода. Следовательно, история водного покрова на планетах земной группы тесно связано с историей концентрации углекислого газа. Считалось, что на Земле уровень диоксида углерода в геологических масштабах зависит от карбонатно-силикатного цикла: чем выше температура, тем быстрее происходит выветривание осадочных пород и, следовательно, образование карбонатов. Карбонаты связывают часть атмосферного углекислого газа, и благодаря этому температура воздуха вновь понижается.

Такой гомеостаз должен мог сохраняться неограниченно долго, если бы не антропогенное вмешательство в климатические процессы. Суть проблемы в том, чтобы не дать планете скатиться в состояние неуправляемого парникового эффекта. Исследованием именно этого катастрофического сценария в 1990-е годы занялся Джим Кастинг, до этого работавший в NASA. Он всерьез интересовался не только тенденциями изменения климата, но и границами зоны обитаемости в Солнечной системе. Так, именно Кастинг обнаружил, что средняя температура на поверхности нашей планеты, исходя из ее альбедо (отражающей способности) должна составлять примерно -18 градусов Цельсия, но на самом деле составляет около +17 градусов. Таким образом, температура сильно зависит от парникового эффекта, без которого на Земле было бы слишком холодно.

Наибольшую обеспокоенность в качестве парникового газа вызывает именно CO2, но Кастинг подсчитал, что для запуска механизма влажной стратосферы из-за одного только сжигания углерода уровень CO2 в атмосфере должен превысить нынешний примерно в двадцать пять раз, для чего, по всей вероятности, не хватит ни возможностей современной цивилизации, ни запасов углерода на Земле.

Тем не менее, подобные допущения можно считать оптимистичными. Дело в том, что сильным парниковым эффектом обладает не только углекислый газ, но и водяной пар. Вода имеет высокую теплоемкость, а чем больше теплого водяного пара образуется в атмосфере, тем выше могут формироваться облака. Из-за таяния ледников, вызванного парниковым эффектом углекислого газа, тропосфера становится все более влажной, а также снижается отражающая способность всей планеты полярные льды отражают гораздо больше солнечного света, чем гораздо более темная морская вода.

Наконец, существует фактор таяния вечной мерзлоты, в результате чего в атмосферу поступает метан. При этом парниковый эффект метана в 25 раз сильнее, чем у углекислого газа, а запасы метана в вечной мерзлоте пока удается оценить лишь приблизительно.

Таким образом, существует три фактора риска, подталкивающих тропопаузу вверх и приближающих ее к озоновому слою:

1. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, дающее парниковый эффект

2. Увеличение концентрации водяного пара в атмосфере, дающее не только. дополнительный парниковый эффект, но и активизацию образования облаков. При этом облака образуются все выше.

3. Таяние ледников, снижающее альбедо планеты. Вода темнее льда, поэтому океан нагревается, а вслед за ним продолжает нагреваться атмосфера.

Когда холодная ловушка откажет

Все это заставляет задуматься о пессимистичных сценариях и о тех лимитах потепления, которые может выдержать тропосфера.

Существует распространенное заблуждение, согласно которому бесконтрольный парниковый эффект является простым продолжением положительной обратной связи, провоцируемой водяным паром. Чем сильнее нагревается планета, тем больше воды испаряется. Поскольку водяной пар является парниковым газом, предполагалось, что такие процессы могут привести к выкипанию океана. Но на самом деле переход к бесконтрольному парниковому эффекту более сложен: существует предел, до которого планета может сбрасывать в космос тепловое (длинноволновое) излучение. Некоторое время температурное равновесие может поддерживаться за счет такой отдачи, но рано или поздно тропосфера перестает остывать, растет температура тропопаузы, и парниковый эффект становится лавинообразным. Тогда тепловое равновесие на Земле установится снова, но уже на точке около 1400 K (1127 С); в таком случае океаны успеют выкипеть до дна, а планета станет излучать тепло в космос в инфракрасном спектре, где водяной пар утрачивает парниковые свойства.

В 1967 и 1969 году первые расчеты такой теплоемкости атмосферы были выполнены, соответственно, Макото Комабаяси и Эндрю Ингерсоллом. В 1988 и начале 1990-х появились оценки Кастинга, о которых шла речь выше, а в 1992 складывающуюся картину систематизировал Шиничи Накадзима. Согласно его расчетам, холодная ловушка начнет терять эффективность, а тропопауза сдвигаться вверх уже при небольшом повышении температуры воздуха у поверхности Земли. В данном случае наиболее важен коэффициент смешения водяного пара, то есть, отношение давления водяного пара к общему атмосферному давлению. Чем он выше, тем ниже эффективность холодной ловушки, и тем выше образуются облака. В настоящее время такая приповерхностная температура воздуха составляет 290 K (17 С), а коэффициент смешения 10%. При повышении приповерхностной температуры до 300 K (27 С), 310 K (37 С) и 330 K (57 С) коэффициент смешения водяного пара возрастет в 1,5, 2,7 и 21 раз соответственно.

Новейшие модели, разработанные в 2013 и 2015 году, позволяют предположить, что критическая температура тропосферы (при которой в масштабах всей тропосферы происходит конвекция водяного пара, и тропосфера начинает разогревать стратосферу, то есть, тропопауза исчезает) должна быть еще выше, и составить 350-370 K (77-97 С), согласно модели Вулфа и Туна (2015). Согласно этой модели, стабильный климат, в принципе, допускающий сохранение современной биосферы, возможен при температурах около 363 K (90 С). Тем не менее, уже при приповерхностной температуре порядка 350 K (77 С) водяной пар начнет активно проникать в стратосферу. При этом атмосферное давление у поверхности Земли будет возрастать, поэтому даже при температуре 373 K (100 С) кипение океана не начнется, но при такой температуре океан определенно станет безжизненным, из-за чего окажутся обречены и все прочие земные экосистемы.

Максимальная температура, зафиксированная у поверхности Земли в последние годы, составляет около 330 K (54-57 С). При этом мы вряд ли сможем поднять температуру тропосферы на 20 градусов, просто сжигая ископаемое топливо. Подобный сценарий более вероятен в случае повышения солнечной активности примерно на 15,5%, что, как ожидается, произойдет в ближайшие 1,5 миллиарда лет. В таком случае нижние слои тропосферы будут наполнены горячим водяным паром, но в верхних слоях тропосферы и в стратосфере какое-то время сохранится мощный слой облаков. Облака повысят альбедо планеты, что позволит на некоторое время стабилизировать климат, но содержащийся в них водяной пар будет необратимо распадаться на кислород и водород в процессе фотолиза.

Заключение

Соответственно, климатические запасы прочности у нашей планеты еще достаточно велики, а окончательно сломать климат одними только выбросами углекислого газа в атмосферу мы, по-видимому, не сможем. Парижское климатическое соглашение 2015 года, которое уже сейчас кажется непозволительно оптимистичным, предусматривает меры по сдерживанию глобального потепления в пределах 2 С до конца нынешнего века тогда как до точки невозврата нам остается еще не менее 40 С. Тем не менее, мы весьма приблизительно представляем, насколько могут разогнать глобальное потепление водяной пар и в особенности метан, а также насколько уменьшится отражательная способность планеты в случае таяния всех ледников. Поэтому остается продолжать наблюдение и надеяться, что нам удастся сохранить в целости тропопаузу и холодную ловушку, подобно тому, как удается постепенно, но не без рецидивов, залатать озоновую дыру над Антарктидой.

Подробнее..

Что происходит на Марсе и при чем здесь облака

28.02.2021 20:13:53 | Автор: admin

По статистике, 100% населения Марса роботы.

В последние дни только ленивый не смотрел репортажи о марсоходе Perseverance (Персеверанс, ударение на последнюю е). В интернете можно даже послушать ветер красной планеты, он едва пробивается сквозь зуммер механических сочленений марсохода.

Сегодня мы немного сменим акценты и поговорим о вещах более приземленных. Какие технологии обеспечивают работу марсохода? Как задействованы в изучении космоса облачные компании? И в целом каковы планы человечества на марсианские земли в рамках амбициозной миссии.

Облачные вычисления помогают марсоходу не сбиваться с пути

Не так давно Amazon Web Services (AWS) рассказала, какую роль облачные вычисления играют в обработке данных, поступающих с Perseverance.

В течение всей миссии NASA собирается хранить и обрабатывать массивы информации, поступающей с Марса, в облаке AWS. На минуточку, каждый день марсоход присылает рекордное количество фотографий, аудио- и видеозаписи.

Представитель AWS Хайме Бейкер вручает царь-билет на мыс Канаверал победителю конкурса Name the Mars Rover 2020 Алексу Мэзеру и его семье. Фото: (НАСА / Обри Джеминьяни)Представитель AWS Хайме Бейкер вручает царь-билет на мыс Канаверал победителю конкурса Name the Mars Rover 2020 Алексу Мэзеру и его семье. Фото: (НАСА / Обри Джеминьяни)

Напомним, в течение 2020 года в США проводился конкурс на самое удачное имя для новой марсианской миссии.

Изучить фотографии, сделанные аппаратом, можно на официальном сайте NASA.

В частности, в облаке AWS обрабатываются данные о перемещении Perseverance и том, как он справляется с рельефом. А все фотографии, поступающие с Марса, в необработанном виде отправляются в облако AWS и становятся доступны пользователям по всему миру. Благодаря облачным технологиям NASA удалось всего за несколько часов транслировать 150 ТБ медиаданных и справиться с обработкой до 80 000 запросов в секунду. Впечатляющие цифры, которые совершенно невозможно представить в рамках классической инфраструктуры.

Но трансляцией фотографий дело не ограничивается. Облачные мощности задействованы и для продвинутой системы поиска пути. За прошедшие дни Perseverance смог передать на землю информацию более чем о 200 миллионах точек поверхности Марса. По заявлению NASA, эти данные помогут скорректировать пути перемещения будущих марсоходов и увеличат их скорость на 40%.

Кадр из сериала Теория большого взрыва. Воловиц загнал марсоход в канаву.Кадр из сериала Теория большого взрыва. Воловиц загнал марсоход в канаву.

Чтобы управлять движением марсохода, [инженерам] необходимо видеть его глазами. Соответственно, отправлять пакеты с новыми инструкциями и получать обратную связь нужно как можно быстрее. Чем больший путь сможет пройти марсоход и чем больше образцов получится добыть, тем успешнее окажется миссия говорят эксперты AWS. В некотором смысле современный марсоход походит на смартфон на колесиках.

Приблизительная программа миссии. Информация с сайта NASA.Приблизительная программа миссии. Информация с сайта NASA.

После благополучной посадки 18 февраля марсоход пробудет на планете как минимум один марсианский год (порядка 687 земных дней).

В его задачи входит:

  • обнаружить горные породы, которые сформировались под влиянием окружающей среды, способной в далеком прошлом поддерживать микробную жизнь;

  • собрать образцы грунта и камней, в которых могли сохраниться химические следы (биосигнатуры) древних живых организмов, если они вообще существовали;

  • высверлить пробы в 30 перспективных точках планеты и законсервировать их на поверхности для дальнейшего изучения;

  • протестировать гипотезу о возможности производства кислорода из углекислого газа, который содержится в атмосфере (для будущих человеческих колоний).

Здесь вы сможете посмотреть разнообразные видеоматериалы о миссии.

Микрофоны на Марсе

В задачи миссии Mars 2020 входит, среди прочего, и изучение геологических особенностей планеты. Для этого Perseverance снабжен массой щупов и датчиков, которые позволяют не только собрать образцы грунта, но и произвести их базовый анализ прямо на месте.

Но зачем на Марсоход повесили микрофон? Вряд ли ученым удастся подслушать разговоры зеленых человечков речь идет о поиске следов микроорганизмов. AWS объясняет это так:

Различные датчики марсохода собирают массу научных данных: состав атмосферы, скорость ветра и погода на Марсе. Микрофоны же записывают звуки планеты. Предполагается, что NASA обработает медиатеку, собранную Perseverance, и выложит её в открытый доступ. Это даст простым пользователям подключиться к изучению Марса наравне с учеными.

Выше местоположение марсохода на момент публикации статьи. Интерактивная карта доступна на сайте NASA.

Послушать аудиозаписи, сделанные во время миссии, можно здесь.

Для хранения полученных с Марса данных используются облачные хранилища. Но, разумеется, это не единственная технология, которая поддерживает космическую миссию.

Космические вертолеты

Чуть выше мы сравнили медиа-возможности марсохода с функционалом смартфона. Разумеется, на практике все гораздо сложнее. Perseverance это сложная научная лаборатория весом в целую тонну. Кроме того, у марсохода есть крошечный (менее 2 кг) летающий дрон-компаньон Ingenuity.

Крошка-вертолет на базе открытого ПО и компонентов, находящихся в свободной продажеКрошка-вертолет на базе открытого ПО и компонентов, находящихся в свободной продаже

Если всё пойдет по плану, Ingenuity станет первым вертолетом на Марсе. Но важно понимать: расстояние от Земли до Марса составляет 11 световых минут. Это очень много. Если марсоход еще может делать перерывы, чтобы дождаться новых управляющих команд, у летающего аппарата такой возможности нет. Добавьте сюда еще и более разреженную, чем на Земле, атмосферу, и пониженную гравитацию, и летательная миссия покажется и вовсе невыполнимой.

Строго говоря, особых надежд на Ingenuity ученые не возлагают. Это, скорее, демонстрация технологии, чем полезный инструмент. Если дрон разобьется, основная миссия продолжится в штатном режиме.

Ingenuity в реальном размереIngenuity в реальном размере

Поскольку управлять Ingenuity вручную невозможно, инженеры NASA разработали для него специальную программу на базе Linux и своего фирменного фреймворка F (F prime). Главная задача проекта доказать, что комбинация современного стокового железа и программного обеспечения с открытым кодом может поднять летательный аппарат над поверхностью Марса.

Под капотом у дрона четырехъядерный ARM-процессор Qualcomm Snapdragon 801 на частоте 2,2 ГГц. К слову, это более мощный процессор, чем тот, что установлен на самом марсоходе. NASA важна в первую очередь не производительность, а стабильность: чипы, используемые в космических миссиях, должны соответствовать стандарту High-Performance Spaceflight Computing (HPSC). Разработка таких процессоров и их доскональное тестирование занимают годы. Так как подпроект Ingenuity менее важен, чем Perseverance, ученые решились использовать в нем стандартный земной CPU.

Подробнее о вертолете на сайте NASA.

Теперь коснемся ПО: непосредственно пилотирующая программа работает на частоте 500 герц. Именно герц, а не мегагерц. По словам инженеров, такой частоты опроса датчиков будет вполне достаточно, чтобы вертолет мог стабильно держаться в назовем это воздухом.

В качестве ОС специалисты остановились на Linux. Здесь ничего удивительного: уже много лет космическое агентство использует в своих проектах модифицированные версии этой ОС. Так, на базе Linux работают компьютеры NASA на МКС.

Что касается фреймворка любой энтузиаст может бесплатно скачать и использовать его в домашнем проекте. Притом без необходимости закупать дорогое и редкое железо всё заточено под стандартные off-the-shelf компоненты.

F включает:

  • Архитектуру, разделяющую ПО для полетов на отдельные компоненты с четко определенными интерфейсами.

  • Базовый фреймворк C++ с поддержкой основных возможностей, таких как очереди сообщений и потоки.

  • Инструменты для определения компонентов и связей.

  • Постоянно развивающийся набор готовых к использованию компонентов.

  • Инструменты для тестирования летного программного обеспечения.

Взлетит или не взлетит покажет время. Важен сам факт: инженеры и программисты NASA готовы делиться частью своих наработок с любителями электроники по всему миру. Так что, если вы полны желания собрать собственный марсолет всё необходимое уже есть под рукой. Останется только построить ракету, которая отнесет его к Марсу (или договориться со спецом по полезной нагрузке). :)

В заключение приведем несколько интересных ссылок от NASA и информационных агентств

Подробнее..

Встречайте новое состояние материи

02.03.2021 12:21:43 | Автор: admin

Косяк рыб, рой насекомых и стаи птиц. Новое исследование показывает, что на самом базовом уровне такое групповое поведение формирует новый вид активной материи, называемый вихревым состоянием.

Второй закон движения Ньютона, который гласит, что по мере увеличения силы, приложенной к объекту, его ускорение увеличивается, а по мере увеличения массы объекта его ускорение уменьшается применяется к пассивной, неживой материи, от атомов до планет.
Но большая часть материи в мире является активной материей и движется под действием собственной, самонаправляемой силы, говорит Николай Бриллиантов, математик из Сколковского института науки и технологий в России и Лестерского университета в Англии. Такие разнообразные живые существа, как бактерии, птицы и люди, могут взаимодействовать с действующими на них силами.
Есть и примеры неживой активной материи. Наночастицы, известные как частицы Януса, состоят из двух сторон с разными химическими свойствами. Взаимодействие между двумя сторонами создает самоходное движение.
Чтобы исследовать активную материю, Бриллиантов и его коллеги использовали компьютер для моделирования частиц, которые могут двигаться самостоятельно. Эти частицы сознательно не взаимодействовали с окружающей средой, рассказал Бриллиантов Live Science. Скорее, они были больше похожи на простые бактерии или наночастицы с внутренними источниками энергии, но без способностей к обработке информации.
Первым сюрпризом было то, что эта активная материя ведет себя совсем не так, как пассивная. По словам Бриллиантова, разные состояния пассивной материи могут сосуществовать. Например, стакан с жидкой водой может постепенно испаряться в газообразное состояние, но при этом остается жидкая вода. Активная материя, напротив, не сосуществовала в разных фазах; все было твердым, или жидким или газообразным.
Частицы также сгруппировались в большие конгломераты или квазичастицы, которые образовали круговой узор вокруг пустого центра, что-то вроде водоворота стайных сардин. Исследователи назвали эти конгломераты частиц вихревыми, а новое состояние вещества, которое они образовали, вихревым состоянием.
В этом вихревом состоянии частицы проявляли странное поведение. Например, они нарушили второй закон Ньютона: когда к ним прикладывалась сила, они не ускорялись.
[Они] просто движутся с постоянной скоростью, что совершенно удивительно, отметил Бриллиантов.
По его словам, моделирование было базовым, и экспериментальная работа с реальным активным веществом следующий важный шаг. Бриллиантов и его коллеги также планируют провести более сложное моделирование с использованием частиц активного вещества, способных обрабатывать информацию. Они будут больше напоминать насекомых и животных и помогут раскрыть физические законы, регулирующие движение рыбных косяков или роение насекомых. По словам Бриллиантова, в конечном итоге цель состоит в том, чтобы создать самособирающиеся материалы из активного вещества, что делает важным понимание фаз этого вида материи.
Очень важно, что мы видим природу активного вещества, которое намного богаче, чем природа пассивного вещества, подытожил он.
Подробности исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.
Подробнее..

Перевод Производитель электрогрузовиков Nikola открещивается от слов изгнанного основателя

02.03.2021 14:06:25 | Автор: admin
С новым руководством Nikola попытается стать успешным производителем грузовиков.

image

Прототип аккумуляторного электрогрузовика Nikola Tre.

Компания Nikola, начинающий производитель электрических грузовиков, признала, что девять заявлений основателя компании Тревора Милтона были неточными. Милтон был вынужден выйти из компании в сентябре вскоре после того, как ложь была вскрыта.

В период с 2016 по 2020 Милтон пустил ряд громких слухов о своей компании. На пресс-конференции в 2016 году он вышел на сцену, чтобы представить прототип первого грузовика своей компании, получившего название Nikola One. Во время выступления Милтон заявил, что грузовик полностью функционирует. На самом же деле, инженерам ни разу не удалось заставить его двигаться своим ходом.

Самая печально известная промашка со стороны Nikola произошла в 2018 году, когда компания выпустила видео с изображением Nikola One в движении. На самом деле грузовик отбуксировали на вершину длинного неглубокого склона и спустили вниз, повернув камеру так, чтобы казалось, будто он едет по ровной поверхности.

Эти и другие ложные заявления стали известны в сентябре после того, как компания Hindenburg Research, занимающаяся короткими продажами, опубликовала отчет, в котором Nikola назвали крупным мошенником. В ответ Nikola поручила юридической фирме Kirkland and Ellis изучить утверждения Hindenburg. Хотя итоговый отчет не был обнародован, компания отреагировала на девять неточных заявлений до ухода Милтона в сентябре 2020 года. В частности речь шла о следующих заявлениях:

  • В июле 2016 года компания заявила, что ей принадлежат права на скважины с природным газом, а в августе 2016 года сообщила, что эти скважины использовались в качестве резервного источника для производства водорода из солнечной энергии;
  • В апреле 2019 года Милтон заявил, что солнечные панели на крыше штаб-квартиры компании производят около 18 мегаватт энергии в день;
  • В декабре 2019 года и июле 2020 года Милтон заявил, что компания может произвести более тонны водорода на демонстрационных станциях, и что в то время компания держала цену заметно ниже 3 долларов за килограмм;
  • В июле 2020 года Милтон заявил, что все основные компоненты производятся собственными силами.


Теперь компания признает, что эти заявления на момент объявления были неточными полностью или частично.

Nikola сообщает, что контора Kirkland and Ellis продолжает выяснить нарушила ли компания какие-либо законы, когда эти заявления совершались. Фирма продолжает расследование.

Компания сообщает, что из-за этих ошибочных утверждений может столкнуться с серьезными юридическими последствиями. Федеральная прокуратура и Комиссия по ценным бумагам и биржам заинтересовались этой ситуацией в сентябре прошлого года. Nikola утверждает, что пока не может предсказать итоги расследования. Компания выплатила судебные издержки в размере 8 миллионов долларов в соответствии с соглашением о компенсации с Тревором Милтоном.

Nikola пытается пережить Милтона


Компания утверждает, что главный тезис отчета Hindenburg (что компания является крупным мошенником) не вполне точен. Милтон действительно пытался построить жизнеспособный бизнес по производству водородных грузовиков, хотя делал это некомпетентно. Несмотря на то, что он дико преувеличивал возможности Nikola, он также нанял опытных инженеров для работы над своими продуктами. Перед уходом Милтон заключил сделки с компаниями, которые действительно умеют проектировать и строить грузовики.

Таким образом, пока новые руководители компании пытается разобраться с выходками Милтона и их последствиями, они также продолжают заниматься реализацией наиболее многообещающих аспектов его стратегии. Когда компания опубликовала на этой неделе свои квартальные финансовые отчеты, Nikola заявила, что завершила сборку пяти прототипов своего аккумуляторного электрогрузовика Nikola Tre в партнерстве с IVECO, итальянским производителем грузовиков. Nikola сообщает, что совместно с IVECO занимается постройкой собственного производства в Германии, пробный запуск планируется в июне. Также Nikola строит завод по производству грузовиков в Аризоне, который, как ожидается, начнет работать в конце этого года.

Nikola сообщает, что клиенты получат свои грузовики до конца года. В ходе конференции в четверг компания заявила, что спрос на аккумуляторные электрогрузовики остается высоким.

Также Nikola сообщила, что водородные грузовики будут выпущену к запланированной дате в 2023 году. Недавно компания объявила о сделке по поставке электроэнергии с энергетической компанией в Аризоне эта компания поможет Nikola производить водородное топливо по низкой цене для запланированной сети водородных заправочных станций.

Nikola удалось получить минимальную цену за электроэнергию, поскольку производство водорода может быть приостановлено в жаркие летние дни. Это важно для электроэнергетических компаний, поскольку им приходится тратить много денег на обеспечение достаточной мощности в периоды пикового спроса. Заказчик, который гарантирует нулевое потребление энергии в периоды пикового спроса, добавляет совсем малую долю к затратам, что позволяет улучшать условия сделки. Nikola сообщает, что планирует заключать аналогичные сделки в других штатах.

Если вкратце, то новое руководство Nikola действительно пытается оживить компанию. Они отбросили самые нелепые идеи Милтона (вроде пикапа Badger) и сосредоточились на самых жизнеспособных.

Но время идет. Компания потеряла почти 150 миллионов в четвертом квартале 2020 года, в банке у нее осталось 840 миллионов. В ближайшее время Nikola потребуется собрать больше денег. Для этого руководству компании потребуется убедить инвесторов в том, что ухищрения Милтона в прошлом, и теперь компанией управляют люди с жизнеспособной бизнес-стратегией. Пока непонятно удастся ли им это сделать, но они пытаются.




image

Вакансии
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.



О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Подробнее..

ДВС всё ещё жив микро- и мини-гибриды

02.03.2021 14:06:25 | Автор: admin
image
Уже почти половина новых автомобилей, выпускаемых в Евросоюзе, относится к микрогибридам.

На фоне кучи новостей о развёртывании инфраструктуры под новые электромобили и спорах о стандартах зарядки многие могли пропустить реинкарнацию старого подхода, который теперь называют технологией Start-Stop. Это отличный вариант не тратить энергию на повышение энтропии Вселенной, пока вы просто стоите в пробке. Если вы стоите дольше пары секунд, то двигатель автоматически отключается и не ест вхолостую топливо. Сейчас подробнее расскажу, как это работает и почему обычные батареи очень быстро умрут при таком режиме. Я как раз как бывший инженер сервис-центра видел много батарей, умерших из-за не подходящих для них нагрузок.

Хочу много лошадей из крохотного мотора


image
Фотохимический смог в Пекине.

Есть несколько тенденций в современном автопроме, пусть, возможно, и не все им рады.
Во-первых, это честные или почти честные старания автопроизводителей выполнять требования регуляторов по созданию всё более чистых автомобилей. К сожалению, нормы по экологичности плохо сочетаются с пожеланиями покупателей в плане динамики разгона и мощности двигателя. В итоге всплывают дизельгейты, но в целом прогресс в этой области очень заметен, что критично для крупных городов. Ситуация с фотохимическим смогом постепенно улучшается, если, конечно, город не использует угольные электростанции.

Во-вторых, есть тенденция к удешевлению. Потребитель хочет получить больше лошадей за те же деньги. Если раньше нормальными считались полуторалитровые моторы в 5070 л. с., то теперь тот же самый мотор часто выдаёт 120, а то и 150 лошадиных сил. Понятно, ничто не даётся просто так. В итоге моторы требуют установки турбин, более качественного топлива, точного управления впрыском и становятся практически неремонтопригодны.

С другой стороны, снижение цикла обновления автомобиля приводит к своеобразному переходу на CICD в автопроме. Если раньше новая технология была почти незаметна на фоне большого парка старых автомобилей, то сейчас ротация происходит быстрее. Системы ABS, ESP и VSC сейчас постепенно становятся стандартами для любых машин, включая бюджетные. Собственно, классический ДВС уже далеко не тот ДВС, что был раньше. Да, на кукурузном масле и непонятном топливе из грязной канистры он ехать отказывается. Но в среднем он стал существенно мощнее и экономичнее, пусть и ценой долговечности. Вот только старые элементы пришлось существенно дорабатывать.

Стоим на светофоре


image
Так выглядит типичный график заряда-разряда во время поездки на автомобиле с системой старт-стоп. Обычные аккумуляторы убиваются с пугающей скоростью.

Самая неприятная часть городского цикла непрерывное дёрганье в бесконечной очереди, когда стоишь в пробке. Для экономии топлива и была разработана система старт-стоп, чтобы отключать двигатель во время вынужденных пауз. Причём они ставятся не только на классические гибриды, где сочетаются электропривод и ДВС, но и на чисто бензиновые двигатели. Экономия довольно существенная: 310 % с потолком в районе 12 %.

Первая система такого рода была установлена на Toyota Crown ещё в 1974 году, но с тех пор очень многое изменилось в работе двигателя и других систем. Сильно поменялся паттерн езды. Раньше почти не возникала система, когда приходилось заводить ещё работающий двигатель. Сейчас с учётом коротких циклов продвижения в пробке такое происходит несколько раз в день. Это потребовало разработки более сложного стартёра с тандемным соленоидом, который обеспечивал повторный запуск двигателя при ещё вращающемся коленчатом вале. Но правильный синхронизированный запуск это только часть проблемы. Попробуем посмотреть на современную реализацию в многочисленных гибридах.

Гибриды, микрогибриды и все остальные


Текущий рынок привёл к тому, что между полностью электрическим автомобилем и привычным ДВС-вариантом сформировалось несколько промежуточных классов.

Традиционный ДВС это почти все бюджетные линейки машин: классическая трансмиссия, объём двигателя небольшой, чтобы соответствовать современным экологическим нормам. Запуск двигателя осуществляется с помощью обычной свинцово-кислотной батареи в 12 В.

Микрогибриды это всё те же ДВС, но уже с системой старт-стоп. Та самая первая Toyota Crown формально относится к этому классу. Ключевое отличие в стартёре, о котором мы говорили раньше. Для корректной работы он должен иметь мощность порядка 35 кВт. Обычный аккумулятор не сможет долго служить в рваном режиме работы постоянных зарядов-разрядов и многократных запусках двигателя высокими токами. Поэтому для этого типа автомобилей подходят только AGM- и EFB-аккумуляторы. Внутри AGM не традиционная серная кислота в жидком виде, а специальный абсорбированный электролит в виде пропитанных пористых стекловолоконных структур. Это позволяет ему выдерживать такие режимы работы. А у EFB пластины потольше, специальные приблуды в активную массу, да и сепаратор специальный, а на Эксайде поверх этой самой замороченной активной массы еще и сеточку из стеклоткани для устойчивости вмазывают.

Мини-гибриды: к традиционной схеме с линией в 12 В добавляются новая электрическая система на 48 вольт и небольшой электрический двигатель. Он маломощный, но его достаточно, чтобы прокатиться пару метров в глухой пробке и не дёргать основной ДВС постоянными запусками. Питается обычно от литиевой батареи на 48 вольт. Свинцово-кислотный аккумулятор всё равно используется в схеме для запуска двигателя в холодном состоянии и в случае, если вдруг электрический контур не справился с этим.

Полный гибрид: в этой схеме скорее уже возможна поездка чисто на электроприводе на короткие расстояния. Чаще всего есть возможность подзарядить тяговый литиевый аккумулятор от зарядного устройства напрямую. Активно используется система рекуперации при торможении. В целом автомобиль намного ближе по своей структуре к электромобилям. Например, тот же ДВС стоит часто упрощённой конструкции, часто работающий не в рамках классического цикла Отто, а на базе циклов Миллера, Аткинсона. На электрический этап приходится основная, самая неэффективная для ДВС часть ползание по пробкам со скоростью 510 км/ч, когда стоит первая передача, а педаль газа не нажата.

image
Если посмотреть на текущие пропорции, то 47 % автомобилей это классические ДВС, 48 % микрогибриды, оборудованные системой старт-стоп, и остальные занимают по 1 %. Реальных чистых электромобилей исчезающе мало.

Что такое AGM- и EFB-аккумуляторы


image
Выглядит страшно, но этот разобранный аккумулятор лучше классических свинцовых.

AGM (Absorbent Glass Mat) это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, при которой электролит не плещется свободно внутри, а зафиксирован на специальных губках из стекловолокна. Тонкие стеклянные волокна при этом абсолютно не входят в реакцию с серной кислотой, а за счёт волокнистой структуры они практически нечувствительны к вибрациям и механическим повреждениям. То есть даже если корпус будет повреждён, то кислота не будет литься во все стороны, как в классическом аккумуляторе, а останется питанным в стекловолокне, типа как памперс работает. Только стеклянный. Только не надо разбирать их самостоятельно и проверять. Это всё равно очень опасно. Часть микропор остаётся свободной от электролита. Это нужно для создания свободного пространства для рекомбинации газов.

image

Внутри всё сформировано в виде пакета пластин, которые могут иметь разные толщину и площадь активной поверхности этой самой активной массы. Если нам нужна батарея с большой ёмкостью и невысокими токами увеличиваем толщину, уменьшаем площадь. В автомобильном применении AGM актуальнее обратный вариант увеличение площади пластин со снижением их толщины. Такие аккумуляторы могут отдавать больший ток и быстрее заряжаться, но имеют меньшую ёмкость. Пластины в блоках прижаты намного плотнее друг к другу, что помогает лучше удерживать активную массу, чем у обычных батарей. Также может использоваться ещё более плотная упаковка не в пластины, а в туго свёрнутые свинцовые рулоны цилиндрической формы со стекловолоконной прокладкой-сепаратором.

Благодаря своей структуре такие батареи имеют несколько преимуществ:

  • они не требуют обслуживания. Риски утечки кислоты или проблем из-за вибрации минимальны;
  • значительно меньший саморазряд в сравнении с современными свинцово-кислотными батареями;
  • скорость заряда в несколько раз больше классических аккумуляторов, за счёт чего они подходят для системы старт-стоп;
  • они работают в цикле неполного заряда, который является проблемой в обычном городском цикле, где вы не успеваете нормально полностью зарядить аккумулятор;
  • их сложнее убить кратковременным глубоким разрядом, но при длительном разряде они тоже умрут;
  • а ещё их можно трясти, наклонять и вообще монтировать под углом. Только прям совсем переворачивать не стоит.

Ключевое отличие от AGM EFB-батарей в том, что EFB проще и дешевле в производстве. В них электролит не связан, как в AGM, а находится в свободном виде. Но в отличие от классических свинцово-кислотных аккумуляторов у них более толстые свинцовые пластины. Положительные пластины у них пакетируются в стекловолоконный флис, что предотвращает осыпание активного вещества. Поэтому они хоть и обладают меньшим по сравнению с AGM током заряда-разряда, но могут выдержать примерно вдвое больше циклов зарядки по сравнению с классическими аккумуляторами. Короче, это такой промежуточный по своим характеристикам продукт, который стоит дешевле, чем AGM.

image
Впрочем, и сложности у них у всех общие с классическими свинцовыми аккумуляторами. При высокой температуре у них увеличивается саморазряд, а в морозы их ёмкость падает. Поэтому, если у вас за бортом минус 30, то стоит задуматься об обогреваемой парковке. Ёмкость и так упала из-за переохлаждённого электролита, так ещё и ледяной двигатель с густым маслом требует больше оборотов для запуска.

Что есть интересного у нас


Немного расскажу про нашу компанию. В Exide мы производим много аккумуляторов как раз для микрогибридов сейчас это примерно 3040 % всего европейского автопарка. В новые автомобили чаще всего попадает именно аккумулятор нашего производства. Сейчас около 70 % европейских автомобильных брендов ставит именно наши линейки, но со своим брендингом.
У нас есть несколько видов батарей: AGM, EFB, Premium, Excell и Classic. Последние три классические. Excell базовый надёжный вариант с хорошей ценой.
Excell отличается более высоким стартовым током, что особенно чувствуется зимой. Ток примерно на 15 % выше, чем у Classic. А СLassic это для тех, у кого автомобиль попроще, совсем без прибамбасов, и цена имеет значение.

У Premium будут самые высокие токи холодной прокрутки примерно на 30 % выше Classic. Кроме того, выше скорость заряда из-за нашей технологии Carbon Boost 2.0. В активную массу отрицательных пластин вносится специальная углеродная добавка, которая также позволяет увеличить заряжаемость, особенно из состояния глубокого разряда, примерно вдвое. Изначально их разрабатывали именно под системы старт-стоп, но в дальнейшем включили и в классическую линейку.

На всех батареях классической серии стоит наклейка, предупреждающая, что они не подойдут для системы старт-стоп. Цикл работы, характерный для микрогибридов, быстро выведет их из строя, как и другие обычные аккумуляторы. Для таких систем мы предлагаем ставить AGM или EFB. Эти два типа почти одинаковы по своим параметрам, но в AGM электролит полностью иммобилизирован за счёт пропитывания специальных стекловолоконных структур, а в EFB он жидкий. Собственно, EFB это скорее промежуточный вариант между классическим свинцово-кислотным аккумулятором и более дорогим AGM.

Кстати, если уж что и использовать как источник резервного питания, так это аккумуляторы для старт-стоп, а не обычные, которые быстрее выходят из строя из-за меньшего числа возможных циклов заряда-разряда.

Похороны временно переносятся


К полной замене автомобилей с ДВС на электромобили мы будем двигаться ещё долго: лития на нашей планете более чем достаточно. Но только небольшая часть его месторождений является коммерчески рентабельной. При этом уже сейчас электроавтомобили составляют примерно 50 % всего спроса с тенденцией роста до 75 % в ближайшие 10 лет. А ещё весёлые проблемы с выделенными линиями от электростанций до заправок, где каждая зарядка может отъедать до 150 кВт.

Скорее всего, в ближайшее время мы увидим расцвет именно промежуточных гибридных решений, которые продлят жизнь как свинцовым аккумуляторам в новых эффективных формах, так и ДВС. А там, может, и вообще на водородные элементы перейдём вместо лития.
Подробнее..

Новые японские батарейки из алмазов и углерода-14 переживут владельца, его внуков и правнуков

02.03.2021 14:06:25 | Автор: admin

Японцы в самом деле разработали элементы питания, которые способны работать сотни лет. Их основа синтетические алмазы и радиоактивные изотопы. По словам исследователей, такие батареи подходят, например, для космического оборудования. У них, конечно, есть недостатки, но достоинств тоже немало.

Авторы проекта ученые и инженеры Национального института материаловедения Японии (National Institute of Materials Science, NIMS). Насколько можно понять, японцы собираются коммерциализировать свое изобретение, так что все детали конструкции батарей они не раскрывают. Но, в целом, понять что к чему можно.

Что это за элементы и зачем там алмазы?


Согласно источнику, японская батарея состоит из трех главных элементов. Два из них радиоактивные, а третий, собственно, алмаз. Как и говорилось выше, минерал этот искусственный, так что стоимость всей системы не заоблачная.

Синтетические алмазы многие десятки лет используются в промышленности. Создаются они в лабораторных условиях, характеристики их приближены к природным, но стоимость в несколько десятков раз ниже.

Что касается радиоактивных элементов, то это изотопы углерода и никеля с длительным периодом полураспада. Для углерода-14 он составляет 5700 лет, а для никеля 63-100 лет. Комбинация двух изотопов позволяет увеличить время работы батареи.

Алмазы служат в качестве электродов. Изотопы генерируют бета-излучение, ну а алмазы производят электрический ток. Для того, чтобы защитить окружающую среду и людей, элемент помещается в металлическую оболочку. Стекло, металлы, плексиглас не пропускают бета-излучение, так что обычного алюминия хватит, чтобы сделать батарею полностью безопасной. Она относится к типу бета-гальванических.

Если использовать элементы лишь в космической промышленности, то и проблемы с их утилизацией нет все равно системы отправляются в космос и на другие планеты. Но, если применять алмазные батарейки на Земле, придется разработать безопасный и надежный процесс переработки.

Прототип есть, но кое-что нужно улучшить


Как и говорилось выше, у этого элемента питания есть как достоинства, так и недостатки. Преимущества солидные.

Во-первых, радиоактивные элементы можно брать из отходов АЭС. Изотоп углерода-14 используется во многих отраслях промышленности, в науке и медицине. Так, он применяется для радиоизотопного датирования и диагностики некоторых заболеваний желудочно-кишечного тракта.

При этом отходы АЭС с углеродом-14 (а накапливается он на графитовых стержнях из реакторов). Хранить подобные отходы и дорого, и непросто, поскольку нужны специальные методы защиты. Так что если алмазные батареи пустить на поток, то проблему отходов хотя бы частично можно решить.

Во-вторых, они крайне долговечны, о чем уже не раз было сказано. О запасе энергии можно просто не беспокоиться.

В-третьих, такие элементы надежны. Выходить из строя там особо нечему, разве что при механическом воздействии. Они могут работать даже при высоких температурах, и их можно использовать, в частности, в космическом оборудовании и машинах для разведки полезных ископаемых, сказал Сатоши Коидзуми (Satoshi Koizumi), один из авторов проекта алмазной батареи и сотрудник NIMS.

В-четвертых, конструкция батарей на алмазах проще, чем конструкция РИТЭГ на плутоне, которые используются сейчас в космических аппаратах.

НО. Как всегда есть ложка дегтя во всей этой бочке меда. А именно малая мощность батареи. Прототип выдает пока лишь 1 микроватт мощности, так что для того, чтобы обеспечить энергией космический аппарат, нужна либо огромная батарея, либо доработка элемента. И как раз в этом направлении будут действовать представители NIMS.

Алмазные батареи как тренд


Еще в августе мы писали о том, что американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая способна проработать тысячи лет. И да, там тоже используются алмазы и углерод-14. У американцев также есть прототип, плюс их элемент уже прошел несколько этапов тестирования.



Американский элемент питания не тайна, и протип батарейкиее изучили сторонние ученые. Безопасность и эффективность бета-гальванической батареи подтвердили в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Причем конкуренты прототипа батареи NDB демонстрировали 15% эффективности при производстве энергии. А у разработки калифорнийского стартапа благодаря синтетической алмазной структуре, которая выступает одновременно полупроводником и теплоотводом, эффективность достигла 40%. Внутренний стержень фонит до 28 000 лет, поэтому элементы питания будут работать гораздо дольше, чем техника, в которую они установлены.


Nano Diamond Battery предлагает бета-гальванические батареи в разных форм-факторах, включая привычные АА, AAA, 18650, CR2032 и других. Теоретически они могут работать совместно с литий-ионными батареями, установленными на большинстве современных устройств. При работе алмазная батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору.

В общем-то, похоже на то, что алмазные элементы новый тренд. Если удастся поднять их мощность, то батареи можно будет использовать не только в космической отрасли, но и на Земле. Конечно, с оглядкой на безопасность, ведь стоит повредить металлическую оболочку, и бета-излучение станет воздействовать на окружающие элемент объекты.

Тем не менее, американцы сохраняют оптимизм. Представьте себе iPhone. Наша разработка полностью заряжала бы вашу батарею с нуля пять раз в час. Представьте себе это. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц Как насчет десятилетий? Вот что мы можем сделать с помощью нашей технологии, рассказал о разработке NDB сотрудник стартапа Нил Найкер.

Подробнее..

Перевод Вещество, которое может вызвать технологическую революцию

02.03.2021 14:06:25 | Автор: admin
Показанное на изображении устройство камера высокого давления с алмазными наковальнями используется для применения давления к лабораторным образцам.Показанное на изображении устройство камера высокого давления с алмазными наковальнями используется для применения давления к лабораторным образцам.

Что, если я скажу, что существует материал, который может стать самым мощным в мире ракетным топливом с удельной энергией, в двадцать раз превышающей удельную энергию двигателей Space Shuttle? Или что этот же материал может стать первым в мире веществом, проявляющим свойства сверхпроводимости при комнатной температуре, и что, если данная технология будет реализована, это будет такой гигантский шаг вперёд, что компьютеры станут в тысячи раз мощнее, чем сегодня? Этот прорыв поможет нам, наконец, воплотить вековую мечту человечества о ядерной энергетике. Применение такого материала не только сделало бы нынешние энергетические установки более безопасными и эффективными, но и полностью преобразили бы такие отрасли, как медицина и транспорт. Впервые гипотеза о возможности существования такого вещества была выдвинута ещё в 1935 году. И с тех пор учёные, не жалея времени и сил, пытаются проложить пути к его созданию. Сегодня мы, возможно, стали на шаг ближе к созданию такого вещества.


Всё, как всегда и везде, начинается с водорода. Водород пронизывает всю Вселенную. Это самый распространённый из всех химических элементов его молекула состоит всего из одного протона и одного электрона. Однако если водород в газовом состоянии это элементарно простое вещество, то при переходе из одного состояния в другое его сложность возрастает многократно. Доказательство этому колоссальное вращающееся образование диаметром 8000 миль, располагающееся под облачными вершинами Юпитера самый гигантский океан в Солнечной системе. Давления, образующегося в глубинах планеты, достаточно для того, чтобы нарушить связи между протонами и электронами и перевести элемент в новое необычное состояние: не в плазму, не в газ, а в жидкий металлический водород.

Ключевое слово здесь металлический. Теория 1935 года предсказала, что при достаточно высоком давлении водород будет проявлять свойства металла, по мере распада молекул на составляющие части превращаясь в электрический проводник. Металлы также характеризуются ярко выраженным блеском и прочностью, другими словами, обычный прозрачный газообразный водород станет непрозрачным.

Но что отличает металлический водород, например, от расплавленного золота? Разница в том, что металлы имеют решётку на атомном уровне. Решётка формируется из ионов, окруженных свободно движущимися электронами. Металлический водород не в состоянии сформировать такую решетку, так как у водорода нет ничего, кроме одного протона, и поэтому для формирования решётки у него не хватает составных частиц. И именно по этой причине металлический водород получает множество уникальных свойств.

Под насыщенной парами поверхностью Юпитера простирается загадочно переливающийся разными цветами океан жидкого металлического водорода с причудливыми завихрениями. Изображение NASA.Под насыщенной парами поверхностью Юпитера простирается загадочно переливающийся разными цветами океан жидкого металлического водорода с причудливыми завихрениями. Изображение NASA.

Считается, что водород в металлическом состоянии может быть метастабильным, другими словами, он остаётся металлическим даже при снижении давления до нормального уровня. Картина напоминает ту, когда для того чтобы превратить углерод в алмаз, необходимо приложить огромное давление, но, если после этого убрать давление, алмаз не превратится опять в углерод, а будет оставаться алмазом. Однако на практике метастабильность металлического водорода мы проверить пока не можем, так как на Земле нет образцов металлического водорода. Правда, в своё время группа учёных из Гарварда утверждала, что им удалось создать такое вещество в лаборатории, но искомый образец исчез до того, как можно было провести его дальнейший анализ. Нет необходимости говорить о том, что к заявлениям, сделанным этими учёными, следует относиться весьма критически.

Тем не менее в прошлом году в журнале Nature были опубликованы результаты новых, более перспективных исследований.

Чтобы оказать давление на лабораторные образцы, использовалась камера высокого давления с алмазными наковальнями. Водород окружается тонким листом из металлической фольги, и эта конструкция фиксируется между двумя алмазными наковальнями, после чего на образец оказывается давление. Изображение J. Adam Fenster / Университет Рочестера.Чтобы оказать давление на лабораторные образцы, использовалась камера высокого давления с алмазными наковальнями. Водород окружается тонким листом из металлической фольги, и эта конструкция фиксируется между двумя алмазными наковальнями, после чего на образец оказывается давление. Изображение J. Adam Fenster / Университет Рочестера.

Вначале исследовательская группа приступила к экспериментам, применяя небольшое давление (измеряемое в гигапаскалях, ГПа) к образцу плотного водорода. Водород оставался прозрачным как в видимом, так и в инфракрасном спектре. Как было сказано выше, отличительными особенностями металлов являются их блеск и непрозрачность. Однако, когда давление было увеличено до 300 ГПа, образец перестал быть прозрачным в видимом спектре. Затем давление на образец постепенно увеличивалось до 400 ГПа и выше, то есть в 4 миллиона раз больше земного атмосферного давления. Когда давление увеличилось до 425 ГПа, образец перестал быть прозрачным в инфракрасном спектре. Водород стал отражать свет, то есть получил новое свойство, и это заставило исследователей поверить в то, что образец плотного водорода перешёл в долгожданное металлическое состояние.

По мере повышения давления образец водорода начал проявлять новые свойства при взаимодействии с инфракрасным и видимым светом. Изображение Paul Loubeyre.По мере повышения давления образец водорода начал проявлять новые свойства при взаимодействии с инфракрасным и видимым светом. Изображение Paul Loubeyre.

Фазовый сдвиг образца был обратимым, хотя у исследователей нет уверенности, что при давлениях выше 425 ГПа водород сохранил бы металлические свойства. Используя существующие технологии, измерения свойств образцов водорода в экстремальных условиях (например, под большими давлениями или при низких температурах) проводить практически невозможно. По этой причине исследователи также не смогли измерить электропроводность образца результаты таких измерений могли бы дать неопровержимые доказательства наличия металлического водорода. Даже вычислительные методы, прогнозирующие значения давления, при котором водород переходит в металлическое состояние, нельзя считать точными, так как мы не можем заложить в компьютерную модель необходимые поправки на квантовом уровне.

Тем не менее указанное исследование можно расценивать как лучшее доказательство того, что водород способен переходить в металлическое состояние. Если учёным действительно удастся создать металлический водород, такое вещество появится на нашей планете впервые в её истории. И это может произойти ещё при нашей жизни.

Основные проблемы, которые предстоит решить, будут касаться измерения параметров электрической проводимости и сопротивления металлического водорода. Это поможет понять, сможет ли этот элемент реализовать свой потенциал и, возможно, стать одним из самых ценных веществ на Земле.

Внутренняя часть резервуара с жидким водородом. Изображение NASA.Внутренняя часть резервуара с жидким водородом. Изображение NASA.

Идеально было бы использовать металлический водород в качестве ракетного топлива, так как он лёгкий и занимает малый объём. Преобразование металлического водорода обратно в молекулярный водород позволит высвобождать огромное количество энергии, сопоставимое с той энергией, которая изначально потребовалась бы для создания металлического водорода, и это превратило бы металлический водород в сверхмощное горючее, которое сможет совершить революцию в ракетостроении. Для сравнения: удельный импульс (показатель того, насколько быстро ракетное топливо выбрасывается из задней части космического корабля, а также показатель эффективности космического снаряда) используемых в настоящее время ракет составляет около 450 секунд. Удельный импульс ракет на металлическом водороде оценивается в 1700 секунд. Другими словами, выводимые на орбиту ракеты смогут иметь не две ступени, а всего одну, что позволит значительно увеличить полезную нагрузку ракет.

Таким образом, использование металлического водорода позволит нам более уверенно исследовать соседние миры и одновременно обеспечит долгожданный прогресс на нашей собственной планете будут разработаны новые технологии хранения и передачи энергии, и кардинальные изменения претерпят устройства, которыми мы пользуемся в повседневной жизни. И, если исследования, подобные проведённым в прошлом году, продолжатся, теоретическая возможность создания металлического водорода превратится в практическую. Это открытие может стать одним из самых важных за всю историю человечества.

Узнайте подробности, как получить Level Up по навыкам и зарплате или востребованную профессию с нуля, пройдя онлайн-курсы SkillFactory со скидкой 40% и промокодомHABR, который даст еще +10% скидки на обучение.

Другие профессии и курсы
Подробнее..

Орбитальная станция с искусственной гравитацией наступит ли будущее в 2025 году?

02.03.2021 16:05:07 | Автор: admin
Визуализация орбитальной станции Voyager. Источник: Orbital Assembly CorporationВизуализация орбитальной станции Voyager. Источник: Orbital Assembly Corporation

В январе 2021 года Orbital Assembly Corporation (OAC) анонсировала свой амбициозный проект по созданию первой коммерческой орбитальной станции с искусственной гравитацией Voyager. Строительство начнется в 2025 году и ориентировочно через 5 лет станция должны принять первых туристов.

О проекте

Voyager представляет собой кольцо диаметром 200 м. Искусственная гравитация достигается вращением с определенной угловой скоростью. В анонсированном проекте сила притяжения на станции будет такая же, как на Луне. Ширина станции составит 20 м.

Особенность проекта Orbital Assembly Corporation его коммерческая направленность. Помимо использования станции для научных исследований, ее создатели планируют вплотную заняться космическим туризмом: на Voyager разместят 24 жилых модуля. По словам авторов, искусственная гравитация позволит функционировать даже душевым кабинами. Кроме этого, каждый жилой модуль будет снабжен отдельным шлюзом для выхода в открытый космос. Общая вместимость станции 400 человек.

Для туристов будут доступны тематические залы, рестораны и бары, кинотеатры, спа-салоны, концертные площадки и прочие, вполне земные, развлечения. Но чтобы прийти ко всему этому, потребуется еще очень многое.

Планы и проблемы

На конференции 29 января генеральный директор OAC Джон Блинкоу рассказал, что на первом этапе будет создан прототип станции диаметром 61 м. Причем корпорация уже запатентовала робота, который займется сборкой непосредственно на орбите: в данный момент проводятся пусконаладочные работы. Прототип будет использован в качестве испытательной площадки для проверки теорий и проведения экспериментов, которые позволят приступить к строительству Voyager.

На официальном сайте корпорации не указана итоговая стоимость проекта. Чтобы уменьшить финансовую нагрузку, в OAC решили привлечь инвесторов и выпустили акции, которые может приобрести любой желающий по цене 25 центов за штуку. Пока их количество ограничено 4 млн., соответственно итоговая стоимость акций 1 млн. долларов. Но эта сумма лишь малая часть стоимости всего проекта.

Одна из существенных статей расходов доставка частей станции на околоземную орбиту. В данный момент при использовании ракет-носителя Falcon 9, транспортировка 1 кг груза обойдется в 2000$. Если ему на смену придет Starship, то стоимость можно будет уменьшить до нескольких сотен долларов. Но учитывая проектную массу станции Voyager, которая составит примерно 2500 тонн, в обоих случаях сумма получается немаленькой 5 млрд. и 500 млн. долларов соответственно (если принять цену доставки 1 кг кораблем Starship за 200$).

Помимо доставки, средства необходимы для разработок, проведения экспериментов, создания прототипа, материалы и т. д. Учитывая позиционирование Voyager как первого отеля на орбите, который должен сделать космический туризм доступнее, было бы любопытно узнать стоимость пребывания на станции, а заодно расчеты по самоокупаемости, если таковые есть. Учитывая сегодняшние расценки на частные полеты в космос порядка 250000 долларов этот вид отдыха доступным назвать никак нельзя.

Итого

Проект станции Voyager выглядит красиво и амбициозно. На его реализацию у создателей есть еще около 9 лет. Идея о том, что уже совсем скоро на орбите появится корабль, куда может отправиться любой условный желающий, поневоле завораживает. Но если углубиться в финансовые расчеты и взять во внимание нереализованные космические проекты, перспектива уже не становиться такой радужной. Верить в возможность создания станции Voyager в ближайшее десятилетие личное дело каждого, а время все расставит по своим местам.

Подробнее..

Ученые получили первый снимок кристалла времени

02.03.2021 16:05:07 | Автор: admin

Благодаря последнему прорыву, жутковатые колебания новой пульсирующей формы материи были впервые сняты на пленку с помощью специального микроскопа. Он позволяет нам увидеть эту странную, фазовую форму вещества, которая сильно отличается от привычных нам твердых тел, жидкостей, газов и плазмы.

Снимок сделал Максимус, ультрамощный рентгеновский микроскоп в Центре Гельмгольца в Берлине. Он дает нам представление о поведении новых кристаллов времени, которые впервые были экспериментально созданы в лаборатории в 2016 году. Открытие обещает выдающиеся новые прорывы в фундаментальных исследованиях, говорится в материале, опубликованном немецко-польской командой в Physical Review Letters.

Что такое кристалл времени

Один из экспериментов, в результате которого появился первый кристалл времениОдин из экспериментов, в результате которого появился первый кристалл времени

Вкратце, временные кристаллы это объекты, которые проявляют свойства кристаллов как в пространстве, так и во времени.

Чтобы понять их свойства, можно сначала убрать четвертое измерение, время, и рассмотреть обычный трехмерный кристалл. Что это такое? Набор атомов, расположенный в определенной повторяющейся, систематической последовательности.

Скажем, кубики льда. Прежде чем вода кристаллизуется, пространство, которое она занимает, является однородным. Вы можете взять пробу снизу, сверху или где-нибудь в середине стакана, и получить одну и ту же бесформенную массу. Что является одним способом показать то, что пространство демонстрирует симметрию.

Тем не менее, когда вода кристаллизуется, атомы образуют жесткие заданные структуры. Пространство, занимаемое кристаллом, стало периодическим, у него есть некоторый алгоритм. Кристалл нарушил пространственную симметрию, потому что он показывает повторяющиеся узоры в некоторых направлениях.

Точно так же, как атомные решетки обычных кристаллов повторяют регулярные узоры в пространстве, кристаллы времени повторяют регулярные узоры во времени. На практике это означает, что они демонстрируют так называемую временную периодичность, колеблясь между одной и другой энергетической конфигурацией, как часы.

Франк ВильчекФранк Вильчек

Гипотезу о существовании временных кристаллов в 2012 году выдвинул лауреат Нобелевской премии по физике Франк Вильчек. Он представил материю, в которой, при всей внешней стабильности, происходят некие энергетические колебания. То есть, она меняется не в пространстве, а во времени. Вильчек говорил, такие структуры могут существовать, если они получают энергию для своей оссиляции из разлома в симметрии времени. По его расчетам, атомы могут образовывать постоянно повторяющуюся решетку во времени, возвращаясь в исходное положение спустя одинаковые интервалы, тем самым нарушая временную однородность (симметрию).

Кубик льда довольно редкое явление в природе. У него низкая энтропия, он склонен к разрушению. То же самое и с временными кристалами: найти их в природе, по крайней мере на Земле, невозможно. Сам факт их существования представлялся крайне сомнительным. Структуры казались слишком эфемерными и далекими от реальности.

Точно так же, как физика допускает спонтанное образование кристаллов, периодичность которых нарушает симметрию (однообразность) пространства, также она должна допускать спонтанное образование временных кристаллов, периодичность которых нарушает симметрию времени. Согласно Вильчеку, это проявится в периодическом колебании различных термодинамических процессов.

Вильчек представил систему в ее минимально возможном энергетическом состоянии, фактически замороженную в пространстве. Как нормальный кристалл, только полностью изолированный от пространственных колебаний. Тогда его колебания во времени можно будет засечь.

Идея казалась довольно странной новый вид материи, отличающийся от других своим поведением в четвертом измерении. Но в сентябре 2016-го группа ученых в лаборатории Мэрилендского университета в Колледж-Парке неожиданно не подтвердил теорию Вильчека. Онисоздали первый временной кристалл. Для этого использовалось кольцо ионов иттебрия, охлажденных почти до абсолютного ноля (0,0000000001 К). В структуре было зафиксировано нарушение временной симметрии.

Изображение эксперимента в Мэрилендском университетеИзображение эксперимента в Мэрилендском университете

Новая материя действительно показывала необычные свойства. Когда на кристалл времени оказывалось воздействие с определенным периодом или частотой, он не реагировал на той же частоте, а модифицировал её под себя. Если лазер подавал импульс на цепочку ионов (формирующую кристалл времени) каждые десять секунд, эти ионы реагировали с периодом не в десять, а в двадцать, тридцать, сорок секунд. Или другое число, кратное первоначальному периоду.

Можно представить три ребенка, прыгающих через веревку. Андрей и Ваня её раскручивают, а Катя прыгает. Каждые три секунды руки ребят делают полный круг и возвращаются в свое изначальное положение. Веревка обходит Катю, ей нужно один раз подпрыгнуть. Между объектами установлена симметрия во времени, период которой равен трем секундам.

Теперь, чтобы представить временной кристалл, нужно нарушить эту временную симметрию. Система будет реагировать на другой частоте. Руки Андрея и Вани совершают несколько полных оборотов, а веревка делает только один оборот. То есть, они прокрутили веревку четыре раза, но Кате нужно перепрыгнуть только один раз. Что довольно-таки странно (хотя и не так странно, как квантовая механика, в правильности которой теперь мало кто сомневается).

После группы из Мэрилендского университета успешный эксперимент с созданием кристаллов времени провели их коллеги из Гарварда. Они использовали совершенно другую экспериментальную установку с плотно упакованным азот-вакансионными центрами в алмазах. И снова временные кристаллы получилось создать, пусть и в нано-масштабе.

Установка для создания временного кристалла из ГарвардаУстановка для создания временного кристалла из Гарварда

Система тут была сложнее, атомов в ней больше, и она хорошо демонстрировала это необычное свойство временного кристала: отклик на взаимодействие с интервалом, превышающим интервал взаимодействия. Структуру облучали лазером с интервалом T, а материал реагировал с интервалом 2T. Это крайне странное свойство, которое отсутствует в обычных материалах. Можно представить кубик желе, который начинает колебаться только со второго щелчка.

При этом новый тип материи очень четко и структурированно переходил из одной конфигурации в другую, как часы. Поэтому ученые предполагают, что в итоге из временных кристаллов можно будет делать устройства для измерения времени (атомные часы). Их также думают использовать в качестве средства хранения памяти, жесткого диска в квантовых компьютерах. Собственно, обе команды, из Мэрилендского университета и из Гарварда, до этого занимались квантовыми компьютерами. Поэтому, по их словам, им и удалось так быстро переключиться на временные кристаллы. Системы используют одни и те же принципы, разрабатываются похожим образом, и кажутся как будто созданными друг для друга.

Норман Яо, физик из Калифорнийского университета в Беркли, который в 2017-м впервые опубликовал схему для создания и отслеживания временных кристаллов, а также помогал команде Гарварда, рассказывает:

Последние полвека мы исследовали только временно-равновесное вещество, как в металлах и диэлектриках. Мы только сейчас начинаем изучать целый новый мир неравновесного вещества.

Чуть более детальный разбор свойств и методов получения временных кристаллов на Хабре можно найти вот тут. А ещё подробнее тут (на английском).

Что сейчас

Исследования свойств временных кристаллов продолжаются. Для ученых это настоящий кладезь знаний, вопросов здесь гораздо больше, чем ответов. Детальное исследование вышло в феврале в Physical Review Letters. Работу совместно провели ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка, Университета им. Адама Мицкевича и Польской академии наук.

Совместная немецко-польская команда смогла создать гораздо (в несколько миллионов раз) больший кристалл времени, чем раньше. Причем при комнатной температуре. Они получили новый тип материи путем сильной однородной микроволновой накачки мазером полосы пермаллоя микронного размера. Их кристалл состоит из магнонов квазичастиц, связанных со спином электронов в магнитном материале. Один из ученых, Ник Трегер, говорит, что проще всего осмыслить эту концепцию, представив магноны как аналог фотонов. Точно так же, как фотоны это квантование света, магноны это квантование спиновой волны внутри магнитного материала.

В своем эксперименте Ник Трегер, Павел Грушецкий и другие поместили маленькую полоску магнитного материала на микроскопическую антенну, через которую они посылали радиочастотный ток. Это микроволновое поле вызвало колеблющееся магнитное поле источник энергии, который стимулировал в полоске магноны (квазичастицы спиновой волны).

Магнитные волны перемещались по полоске налево и направо, периодически спонтанно формируясь в повторяющийся узор в пространстве и времени. В отличие от обычных стоячих волн, этот узор формировался еще до того, как две сходящиеся волны могли бы встретиться и пересечься. Вывод: эта закономерность, узор, который регулярно исчезает и снова появляется сам по себе, должен быть квантовым эффектом. Собственно, его мы и можем наблюдать на выпущенном учеными видео:

Ник Трегер говорит в интервью, выложенном на сайте Института интеллектуальных систем Макса Планка:

Это, конечно, немного странно и сбивает с толку. Но, вкратце, мы индуцируем магноны в полосе с помощью антенны поверх структуры. То есть, все, что вы можете увидеть в этом видео, представляет собой периодический узор (формируемый магнонами). Он следует собственному периодическому движению в пространстве-времени, то есть формирует временной кристалл.

Гизела Шютц, директор Института интеллектуальных систем им. Макса Планка, возглавляющая отдел современных магнитных систем, в статье отмечает уникальность рентгеновской камеры Максимуса, которая смогла запечатлеть этот снимок:

Она не только может видеть фронты волн с очень высоким разрешением, в 20 раз четче, чем лучший световой микроскоп. Она может делать это со скоростью до 40 миллиардов кадров в секунду, а также с чрезвычайно высокой чувствительностью к магнитным явлениям.

Павел Грушецкий, ученый с физического факультета Университета Адама Мицкевича в Познани, говорит:

Мы смогли показать, что пространственно-временные кристаллы намного более устойчивые и распространенные, чем ранее полагалось. Наш магнонный кристалл формируется при комнатной температуре! И частицы могут взаимодействовать с ним в отличие от изолированной системы, создаваемой при абсолютном ноле. Более того, он достиг размера, который можно было бы использовать. Такой эксперимент открывает массу потенциальных полезных применений для этого нового вида материи.

Йоахим Грефе, последний автор публикации в Physical Review Letters, делает вывод:

Классические кристаллы, как мы знаем, имеют очень широкую область применения. Теперь мы видим, что существуют кристаллы, которые могут проявлять свои свойства не только в пространстве, но и во времени. Это позволяет добавить еще одно измерение для возможных вариантов их использования.

Мне кажется очевидным, что временные кристаллы будут полезны там, где нужны очень эффективные устройства для частотных манипуляций или проведения точных отсчетов. Потенциал для технологий связи, радаров или квантовых машин огромен.

Наши коллеги также в восторге от того, как эти структуры можно применять для исследования физики нелинейных волн. Но для начала сейчас мы хотим получить более фундаментальное понимание временных колебаний кристаллов пространства-времени. И только после этого будем думать о том, как это можно использовать на практике.

Подробнее..

Перевод Ticket to the Moon. Выиграй билет до Луны на ракете SpaceX

03.03.2021 06:16:05 | Автор: admin
Юсаку Маэдзава объявляет новый конкурс возможность выиграть поездку на ракете SpaceX

Японский миллиардер Юсаку Маэдзава приглашает подписчиков подать заявку на конкурс и выиграть одно из восьми мест на космическом корабле SpaceX во время частного полета вокруг Луны в 2023 году. Участники могут быть из любой страны мира.



Я хотел бы, чтобы к команде присоединились люди самого разного происхождения, отметил Маэдзава, Команда будет состоять из 10-12 человек. Я приглашаю 8 человек полететь вместе с нами.

Состояние Маэдзава, основателя крупнейшего в Японии интернет-магазина одежды, составляет около $2 млрд. Он был объявлен в качестве первого утвержденного пассажира Starship еще в 2018 году во время мероприятия в штаб-квартире SpaceX в Калифорнии. Тогда же Маэдзава, заядлый коллекционер произведений искусства, объявил о своем проекте Dear Moon Project, цель которого пригласить 6-8 художников со всего мира, чтобы они присоединились к нему в шестидневном полете вокруг Луны в 2023 году. Маэдзава планировал, что эти художники, вернувшись на Землю, создадут шедевр, который вдохновит и разбудит мечтателя внутри каждого из нас.


Сентябрь 2018 г. Юсаку Маэдзава объявляет о своем намерении полететь на ракете SpaceX Starship

За последние два года от Маэдзава не было никаких новостей. Только в январе 2020 года он запустил забавную кампанию по поиску спутницы, которая должна была бы сопровождать его в путешествии до Луны. На конкурс было подано 27 722 заявки, а японский сайт для потокового видео AbemaTV собирался сделать из полета реалити-шоу под названием Full Moon Lovers. Несколько недель спустя шоу было отменено, а Маэдзава завершил поиск спутницы по личным причинам, как он написал в твиттере.

Starship это сверхтяжелая ракета-носитель нового поколения SpaceX многоразового запуска, предназначенная для перевозки людей и грузов (до 100 тонн ) во время полетов в открытый космос. Ранее компания проводила испытания прототипов данной ракеты на полигоне в Бока-Чика, штат Техас. Два последних прототипа были успешно запущены, но оба испытания, к сожалению, закончились взрывами при попытке приземления. Илон Маск и президент SpaceX Гвинн Шотвелл заявили, что первый орбитальный полет Starship может состояться в конце 2021 года.

Crew Dragon, другой космический корабль компании SpaceX, уже находится на стадии эксплуатации. Планируются полеты с частными астронавтами и туристами. Капсула в форме желудя доставила первые два экипажа астронавтов на Международную космическую станцию в прошлом году в рамках программы NASA по коммерческим экипажам.
Подробнее..

Перевод От iMac до Марса. Марсоход Perseverance работает на том же процессоре, что и iMac 1998 года

03.03.2021 06:16:05 | Автор: admin
Новенький марсоход NASA под названием Perseverance самая современная машина, когда-либо совершавшая посадку на Марс. Но когда мы говорим о марсоходах, слово современный субъективное определение. Perseverance работает на базе PowerPC 750, одноядерном процессоре с тактовой частотой 233 МГц и всего с 6 млн транзисторов. PowerPC 750 известен тем, что использовался в iMac Bondi blue 1998 года. Кстати, такой же процессор NASA уже использует в марсоходе Curiosity.



На первый взгляд, не самый лучший выбор, верно? Даже несмотря на трудности с покупкой компьютерных комплектующих в наши дни, NASA наверняка могли бы выделить $500, например, для чего-то вроде процессора Intel Core i9-10900K (с 10 ядрами и максимальной тактовой частотой 5,3 ГГц). Учитывая, что Perseverance обошелся NASA в $2.7 млрд. Но, как объясняет издание New Scientist, такой прогрессивный чип, на самом деле, только навредит работе марсохода из-за особых условий на Марсе.


Изображение: Apple

Во многом это связано с тем, что атмосфера Марса намного меньше защищает от вредного излучения и заряженных частиц, чем атмосфера Земли. Сильный выброс радиации может нанести серьезный ущерб чувствительной электронике: чем сложнее микросхемы, тем больше шансов, что они выйдут из строя. На расстоянии 138 млн миль NASA не может просто взять и поменять процессор, если что-то пойдет не так. Именно поэтому марсоход Perseverance имеет два вычислительных модуля: один из них является резервным. Третья копия модуля также находится на борту для анализа изображений.

Чтобы сделать всю систему более надежной, чип PowerPC 750 в Perseverance немного отличается от чипа в старых добрых iMac. Технически это центральный процессор RAD750, особый вариант с защитой от радиации, стоящий более $200 тыс. Помимо Perseverance и Curiosity, он используется и в космическом гамма-телескопе Ферми, орбитальном аппарате Lunar Reconnaissance Orbiter, космическом аппарате для изучения комет Deep Impact, телескопе Кеплер и другие.

Хотя процессор и кажется нам слабым и устаревшим по сравнению с современными смартфонами или игровыми ПК, в спецификации NASA для Perseverance отмечается, что он намного мощнее, чем процессоры более ранних марсоходов, например, Spirit или Opportunity: его тактовая частота 200 МГц, это в 10 раз выше, чем у указанных прошлых марсоходов; с 2 ГБ флеш-памяти он увеличивает объем хранилища в восемь раз. В заключение, Perseverance также имеет 256 МB ОЗУ на тот случай, если вы собираетесь построить свой собственный марсоход.
Подробнее..

Жизнь и открытия первой женщины-палеонтолога

03.03.2021 16:23:30 | Автор: admin

Мэри Эннинг была бедной собирательницей окаменелостей и самоучкой, чьи тщательно задокументированные находки расширяли человеческие знания о древней жизни, но долгое время игнорировались научным сообществом, ввиду отсутствия у нее ученой степени и даже университетского образования.

Ранние годы
Мэри Эннинг родилась в 1799 году в английском курортном городке Лайм-Реджис, Англия. Город, который позиционировался как бюджетная альтернатива дорогим курортам, имел еще одну особенность, связанную с береговой линией.
Около 200 миллионов лет назад, в юрский период, эта береговая линия была покрыта теплым морем, изобилующим доисторической жизнью. В конце концов, море отступило, но мягкие осадочные породы, образовавшие морское дно, остались, а останки животных, которые были похоронены на морском дне, медленно сами превратились в камень. Часть морского дна размылась, образовав скалы; каждая волна или свирепый шторм размывали их, обнажая изобилие окаменелостей.

Отец Мэри, краснодеревщик Ричард выбрал Лайм-Реджис из-за богатых туристов, желающих подышать морским воздухом, которым он мог бы продавать свою продукцию. Но вскоре Ричард нашел еще один источник заработка: он стал ходить по пляжам, продавая небольшие окаменелости туристам в качестве памятного сувенира. К тому времени, когда Мэри исполнилось 6 лет, она постоянно присутствовала рядом со своим отцом, помогая ему находить, раскапывать и очищать окаменелости. В ноябре 1810 года несчастный случай (падение со скалы) в сочетании с туберкулезом оборвали жизнь Ричарда, оставив его супругу овдовевшей матерью двоих детей, беременной третьим ребенком и нищей. Ситуацию осложняло то, что Эннинги были несогласными или протестантами, не являющимися прихожанами англиканской церкви. Это не улучшало их отношения с соседями, зато стало причиной, по которой читать умели все дети в семье.
Через несколько месяцев после смерти отца Мэри отправилась на сбор окаменелостей самостоятельно. И ей улыбнулась удача: Мэри обнаружила большой аммонит, который купила одна богатая туристка за полкроны больше, чем кто-либо когда-либо заплатил Ричарду за окаменелость. Как только Эннинг поняла, что может зарабатывать деньги для своей семьи с помощью сбора и продажи окаменелостей, ее походы на пляж стали регулярными.

Первые открытия
Менее чем через год Эннинг с помощью своего брата обнаружила окаменелость, которая озадачила ученых. Она была более пяти метров в длину и имела 60 позвонков. На раскопки ушли месяцы, и к тому времени, когда их закончили, в городе распространилась весть о том, что они нашли чудовище. Часть его была похожа на рыбу, а часть на крокодила. Лондонские научные круги никогда раньше не видели чего-то подобного. В конечном итоге его назвали ихтиозавром, что означает рыба-ящерица. Окаменелости ихтиозавра находили и раньше, но образец Мэри Аннинг был первым полным скелетом, который поверг научный мир в смятение.
Я ни в коем случае не считаю ее полностью рыбой по сравнению с другими рыбами, а скорее рассматриваю ее в том же свете, что и тех животных, которых встречали в Новом Южном Уэльсе, которые, по всей видимости, представляют собой множество отклонений от обычного строения, писал в своей статье британский хирург Эверард Хоум, осматривавший окаменелость в 1814 году. Он упомянул имя землевладельца, в поместье которого находился утес, однако ни словом не обмолвившись про Мэри Эннинг.

Научный рисунок черепа ихтиозавра, найденного Мэри и Джозефом Эннинг. (Изображение предоставлено: Дом Эверарда / Философские труды Королевского общества 1814 г.)

Скелет ихтиозавра вызвал оживленную дискуссию в научном мире, выдвигались различные объяснения его происхождения (надо помнить, что до появления эволюционной теории Дарвина было еще полвека). Мэри, естественно, в этой дискуссии никак не участвовала. Но прекрасно понимала, что нашла что-то необычное, поскольку окаменелость удалось продать за 23 фунта стерлингов, этих денег хватило, чтобы прокормить семью в течение нескольких месяцев, что для девочки-подростка было куда важнее любых академических споров. Покупатель подарил скелет частному музею, затем он попал в Британский музей и, наконец, в Музей естественной истории в Лондоне, где сегодня от него остался только череп.
Эннинг продолжала охоту за окаменелостями, между 1815 и 1819 годами она нашла несколько более полных скелетов ихтиозавров, которые потом оказывались в местных музеях или использовались в лекционных турах по стране. Почти всегда лекторы, рассказывавшие о своих теориях анатомии или происхождения ихтиозавров, не упоминали девушку, которая нашла, извлекла и очистила окаменелости, делавшие их выступления такими популярными.
Следующая крупная находка Эннинг вызвала еще больше споров, чем ее первый ихтиозавр. В 1823 году, согласно информации Музея естественной истории Великобритании, она обнаружила полный скелет плезиозавра, вымершего морского ящера с четырьмя конечностями. А всего несколько лет спустя, в 1828 году, она раскопала окаменевший скелет птерозавра, крылатой рептилии, жившей в эпоху динозавров, впервые найденный за пределами Германии.
За свою жизнь Мэри открыла несколько видов вымерших рыб, а также ряд других морских существ. Вместе с английским палеонтологом Уильямом Баклендом она стала пионером в изучении копролитов окаменелых фекалий.
Наконец-то научное признание?
Но научное сообщество не спешило признавать достижения Эннинг. Одна из самых положительных прижизненных оценок была дана ей леди Харриет Сильвестр, богатой вдовой, посетившей Мэри в 1824 году:
Несомненно, это замечательный пример Божественного провидения то, что эта бедная, невежественная девушка получила такое благословение, ибо благодаря чтению и применению она достигла той степени познания, что имеет привычку писать и разговаривать с профессорами и другими умными людьми по этому поводу, и все они признают, что она разбирается в науке больше, чем кто-либо другой в этом королевстве.
Признанию заслуг Мэри мешали не только ее пол, но и отсутствие формального образования, сильный загородный акцент и бедность. Кроме того, в то время было просто принято записывать информацию о коллекционерах, которые жертвовали окаменелости музею, а вовсе не о тех, кто эти окаменелости нашёл и продал коллекционерам. Охотники за окаменелостями в целом не были людьми, которым научное сообщество уделяло бы много внимания.
Эннинг признали, как успешного собирателя окаменелостей, но не более. Между тем, по некоторым воспоминаниям, она знала о своих находках больше, чем многие из тех, кто демонстрировал их публике. Мэри читала всю научную литературу по теме, которую могла найти, переписывала статьи из журналов, чтобы хранить их дома. При этом она так тщательно перерисовывала иллюстрации, что исследователи ее творчества отмечали трудно отличить оригинал от копии. Так же тщательно она описывала и зарисовывала свои находки.
Впрочем, нельзя сказать, что ее совсем игнорировали. Когда в 1847 году она умерла от рака груди, ежеквартальный журнал Лондонского геологического общества опубликовал ее некролог. Это был первый раз, когда они удостоили таковым кого-то, кто не был членом общества (общество не принимало женщин в свои члены до 1904 года).
Тем не менее, после смерти об Эннинг быстро и надолго забыли. Память сохранилась в виде байки о том, что именно ей посвящена одна известная английская скороговорка она продает морские ракушки на берегу моря (she sells seashells by the seashore). Однако по словам фольклориста Стивена Виника, нет никаких доказательств этой связи. Я думаю, что самая важная причина популярности истории Мэри Эннинг и скороговорку заключается в том, что она удовлетворяет текущую социальную потребность в признании новаторских женщин-ученых, пишет Виник. В культуре обычно возникает ощущение, что женщинам-ученым не уделяется должного внимания, и что мы обязаны исправить это.
Настоящее признание заслуг Мэри Эннинг для палеонтологии случилось уже в нашем веке. Вышел ряд статей, где она выступает именно как автор находок, две большие биографические работы, посвященные Мэри, а в прошлом году полнометражный биографический фильм, с Кейт Уинслет и Сиршей Ронан в главных ролях. Правда Эннинг там, в лучших традициях выставили лесбиянкой, чему нет никаких исторических подтверждений. Зато сохранилось письмо, где она отмечает привлекательность мужа геолога Шарлотты Мерчисон, ее знакомой которую в фильме представили любовницей Эннинг.
В 2015 году в Донкастерском музее, согласно сообщению BBC, палеонтолог Дин Ломакс, приглашенный ученый из Манчестерского университета, повторно обнаружил в коллекции музея ихтиозавра, причем нового, ранее не описанного вида. Ломакс назвал его Ichthyosaurus anningae в честь Мэри Эннинг.
Оригинал материала на английском языке
Подробнее..

К Луне и обратно в наличии 8 бесплатных мест

03.03.2021 20:06:54 | Автор: admin
Источник: dearmoon.earthИсточник: dearmoon.earth

3 марта 2021 года японский миллиардер Юсаку Маэдзава в своем твиттере объявил о поиске 8 попутчиков для полета к Луне, причем все расходы оплачивает сам бизнесмен. Старт миссии планируют в 2023 году.

Предыстория

Еще в 2018 году Илон Маск объявил, что компания SpaceX заключила контракт с первым космическим туристом, который отправится к Луне. Через несколько дней после этого заявления стало известно и имя человека, который сможет облететь спутник Земли и наслаждаться зрелищем через иллюминатор космического корабля. Им стал Юсаку Маэдзава японский предприниматель, основатель компании Start Today и онлайн-магазина по пошиву индивидуальной одежды Zozotown.

После договоренности с Маэдзавой, Маск решил поделиться таким фото со своими подписчиками в Твиттере:

Маск и Маэдзава. Источник: twitter.com/elonmuskМаск и Маэдзава. Источник: twitter.com/elonmusk

Стоимость контракта до сих пор не разглашается, но в одном из интервью Маска при оценке суммы промелькнуло прилагательное значительная. В SpaceX подтвердили, что Маэдзава внес аванс не только за себя, но и еще за 8 попутчиков, которые отправятся с ним.

Техническая сторона

Предполагается, что весь полет займет почти 6 суток. Помимо Маэдзавы, на борту будут находится 8 туристов, несколько пилотов SpaceX и 1-2 астронавта. Траектория полета будет схожа с той, по которой двигался пилотируемый корабль Аполлон-13.

План полета. Источник:dearmoon.earthПлан полета. Источник:dearmoon.earth

Для полета будут использовать сверхтяжелую ракету-носитель SpaceX Starship. Испытания корабля проводятся с апреля 2019 года. За все время планируется построить около 20 прототипов, каждый последующий из которых будет модернизирован, и, благодаря этому, сконструировать первую полноценную версию Starship V1.0. Ближайшие испытания планируются на апрель 2021 года.

Маэдзава и проект #dearMoon

Согласно Forbes в 2017 году Маэдзава занял 14-ю строчку в рейтинге самых состоятельных японцев. Его чистые активы на тот момент составляли 3,6 млрд. долларов.

Помимо немаленького состояния, предприниматель известен своими прогрессивными взглядами на управление бизнесом, любит современное искусство и занимается благотворительностью. В 2019 году японец раздал 900 тыс. долларов случайной сотне людей. Сообщение о розыгрыше он опубликовал в Твиттере этот пост стал самым популярным в истории этой социальной сети.

Предстоящую космическую миссию Маэдзава назвал dearMoon. Мысли о ней, по его словам, пришли в момент разглядывания одной из картин своей коллекции: какое полотно создал бы художник, если бы смог увидеть Луну совсем рядом?

Стартовое изображение сайта dearmoon.earthСтартовое изображение сайта dearmoon.earth

В полет Маэдзава планирует пригласить творческих людей, при этом выдвигает два условия:

  • во-первых, претенденту нужно описать суть своей работы и то, как это путешествие поможет ему сделать нечто большее для общества в целом;

  • во-вторых, человек должен быть готов разделить надежды и увлечения людей, которые отправятся вместе с ним.

По словам японца, он верит, что эта миссия способна помочь человеку раскрыть свой потенциал и вдохновить на небывалые творческие проекты.

Чуть позже, Маэдзава внес некоторое уточнение, сказав что художником себя может почувствовать каждый. Это наталкивает на мысль, что заявку может подать человек любой профессии. Регистрация на сайте dearMoon доступна до 14 марта, после чего начнется отбор и уже в конце мая команда пройдет заключительное собеседование и медицинскую комиссию.

P. S.

До того, как позвать с собой 8 добровольцев, Маэдзава планировал найти себе спутницу для полета к Луне с помощью ТВ-шоу. Претендентка должны была быть старше 20 лет, интересоваться космосом и быть готовой оказать помощь в подготовке экспедиции. Но через 17 дней после старта сбора анкет, предприниматель полностью отказался от этой идеи, сославшись на личные причины. После этого он извинился перед людьми, которые готовили запуск шоу, а также перед 27 722 девушками, которые уже подали анкеты и претендовали на участие в полете.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2021, personeltest.ru