Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Научно-популярное

Радуга Роскосмоса

18.06.2021 16:08:17 | Автор: admin
Галактика Андромеды в различных спектральных диапазонах: радио, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском

Два года назад в космосе завершилась работа российского спутника Спектр-Р основы астрофизического проекта РадиоАстрон. Сейчас ему на смену пришел космический телескоп Спектр-РГ, а в разработке находятся еще две обсерватории Спектр-УФ и Миллиметрон. Давайте посмотрим зачем Роскосмос и Российская академия наук создают эти телескопы, и как движется их реализация.

Начнем издалека, чтобы разобраться почему астрономам недостаточно обычных телескопов на Земле.

Что такие могоспектральная астрономия?


Как и в древности, сегодня для человека главный метод получения знаний об окружающей Вселенной это наблюдения колебаний электромагнитного поля или, электромагнитного излучения. Сначала человек просто изучал окружающее пространство уникальным природным средством глазами. Но наши глаза видят очень узкий диапазон длинн волн электромагнитных колебаний, в том диапазоне, в котором наше Солнце излучает ярче всего, а атмосфера Земли лучше всего пропускает видимом.

image

Наука открыла людям возможность смотреть вокруг себя и в других диапазонах. В зависимости от длины волны электромагнитные колебания мы называем по разному. Длинные волны от километров до сантиметров это радио. Например FM радиоволна имеет длину около 3 метров, сотовая связь 16 см, микроволновки 12 см, а экспериментальная сеть 5G в Сколково 6 см.

Если длина волны укорачивается меньше сантиметра, и составляет миллиметры или их доли это уже миллиметровый диапазон излучения. Это такое переходное состояние между радио и светом. Если укорачивать волны дальше, то получим инфракрасное тепловое излучение, потом видимый свет, потом ультрафиолет, рентген и самое жесткое и энергичное излучение гамма. Всё это и называется спектр электромагнитного излучения. Наверно у всех в школьных кабинетах физики висели такие графики:

image

Из них хорошо видно насколько малую часть реальной информации об этом мире воспринимают наши глаза всего семь цветов, которые мы видим как радугу. Всё остальное и без науки во тьме.

Электромагнитные волны создаются в процессах связанных с выделением и передачей энергии, а из далекого космоса к Земле долетает только то, что было выброшено какими-то масштабными событиями: взрывами сверхновых, аккреционными дисками черных дыр, воздействием космической радиации на газ и пыль И каждое событие соответствует своей спектральной подписи. Излучение звезды зависит от её температуры и состава, например, Солнце имеет пик яркости в диапазоне видимого света, а в гамма-диапазоне почти черное. Молодые звезды синие, старые красные. Далёкие квазары светят практически во всём спектре.

То, что мы воспринимаем глазами как цвета, это просто электромагнитные колебания разной длины волны, например длина волны красного света 650 нанометров, а синего 400 нанометров. По такому же принципу ученые создают цветные картинки из снимков в тех диапазонах излучения, в котором наши глаза не видят вообще, например в инфракрасном или ультрафиолете, или даже рентгене.

image
Центр галактики Млечный путь в различных диапазонах рентгеновского света и радиоизлучения

Излучение, которое достигает Земли, далеко не всегда прямо совпадает с тем, которое покинуло источник. Разница зависит от скорости источника относительно приемника, расстояния и свойств среды между ними. И только учет всего комплекса факторов позволяет извлекать огромный объем данных о близком и далёком космосе: изучать строение, движение и эволюцию звезд, находить экзопланеты и черные дыры, наблюдать процессы в ядрах галактик, измерять расстояние в галактических и галактических масштабах, изучать свойства межгалактического и межзвездного пространства, заглядывать в прошлое галактик на миллиарды лет В конечном счёте, лучше понимать Вселенную, в которой мы живём. Поэтому нам и нужны многоспектральные глаза. (Крайне рекомендую книгу на эту тему Многоканальная астрономия).

Зачем запускать телескопы в космос?


В межзвездном пространстве электромагнитные волны переживают воздействия от гравитационных волн, межзвездной плазмы, газа и пыли, но самое серьезное препятствие на пути к Земле это наша атмосфера. Её плотность сопоставима с десятью метрами воды, поэтому нам не страшна космическая радиация, но астрономам интересна именно она. Даже если в небольшой телескоп взглянуть на звёзды с Земли, то можно увидеть рассеивающий эффект воздуха, а для некоторых электромагнитных волн (жесткий УФ, рентген, гамма) воздух вообще непрозрачен.

image

Для снижения воздействия атмосферы, астрономы стараются забраться как можно выше в горы, чтобы сократить слой воздуха. Кроме того, приходится скрываться от цивилизации, которая поднимает пыль, светит в небо прожекторами, шумит в радиодиапазоне, а сейчас ещё заваливает небо сотнями рукотворных звёзд спутниками.

image
Пролёт спутников Starlink в поле зрения одного из телескопов обсерватории CTIO

Поэтому только космонавтика дает наилучшую среду для изучения свойств обозримой Вселенной космоса во всех доступных диапазонах.

Спектры


Ученые Советского Союза в 80-е годы прошлого века запланировали масштабную астрофизическую программу Спектр, которая предполагала запуск целой серии тяжелых космических телескопов. Наблюдение планировалось в радио, миллиметровом, инфракрасном, ультрафиолетовом, рентген и гамма диапазонах. Соответственно телескопы получили литеры: Р, М, ИК, УФ, РГ. К сожалению, в приоритетах советской космонавтики 80-х гг была гонка с Америкой: станции Мир, Энергия-Буран, безумное количество спутников-шпионов СССР запускал по две ракеты в неделю, но не для науки. Лишь пара телескопов была запущена в 80-х: Астрон, и Гранат, но Спектры оставались только в мечтах наших астрономов.

Потом Советский Союз распался, пришли лихие девяностые, в которые каждый лихачил как мог. Например специалисты Астрофизического центра Физического института имени Лебедева собрали прототип телескопа КРТ-10 в Пущино, и приступили к наземным испытаниям.

image

Технически это был РТ-10, поскольку К значит космический, а наземный прототип в космос не летел. Но работа была вознаграждена. Астрофизикам, физикам и инженерам удалось-таки создать и запустить в 2011 году первый из Спектров Р, т.е. радио.

Его запуск открыл международную программу исследований методом радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой РадиоАстрон. Главное преимущества такого метода, в возможности наблюдать с беспрецедентным угловым разрешением наиболее яркие в видимой Вселенной источники радиоизлучения. Семь с половиной лет исследований дали свои результаты в исследованиях квазаров, пульсаров, межзвездной и межгалактической среды.

image

На мой взгляд, главная уникальность РадиоАстрона была в том, что он в принципе полетел несмотря на обстоятельства, в которых создавался в 90-е и 2000-е. Наиболее важную роль в этом достижении сыграл Николай Кардашев, который в 50-х годах был соавтором работы теоретически обосновавшей создание гигантских радиотелескопов-интерферометров, а в последние десятилетия своей жизни весь свой авторитет вложил в запуск РадиоАстрона. Разработанная с участием Кардашева технология РСДБ значительно расширила возможности радиотелескопов за счет их объединения в решетки-интерферометры. Теперь много антенн могли работать как одна большая.

image

Причем их можно объединять не только напрямую, но и удаленно, т.е. создавать радиотелескопы-интерферометры диаметром 12 тысяч километров. Это не опечатка, всё правильно: радиотелескоп размером 12 тыс км. РСДБ позволяет объединять антенны размещенные по всей Земле, а значит пределом выступает только её диаметр.

Космический РадиоАстрон позволил увеличить размер радиоинтерферометра до 340 тыс км, и Кардашев стал свидетелем его успешной работы. Позже, та же технология, примененная уже европейскими и американскими учеными дала фотографию тени черной дыры.

image

Другие Спектры тоже двигались вперед, например 1,7-метровое зеркало для ультрафиолетового телескопа уже изготовлено на Лыткаринском заводе оптического стекла, а его гигантская труба, размером с автобус, не первый год ждет своего часа на НПО им. С.А. Лавочкина. Правда были проблемы с финансированием и санкционной электроникой, но, вроде бы, их смогли решить.

image

Рентгеновский Спектр-РГ, после многочисленных задержек и проблем полетел-таки в 2019 г. и сейчас радует мировую науку. Это тоже телескоп с тяжелой судьбой, которая требует отдельного рассказа. Сложности в его создании привели в выпадению Г из его научной программы, т.е. он наблюдает только в рентгене, а для гамма-диапазона не предназначен, но название решили не менять, чтобы не получился второй Спектр-Р.

В отличие от РадиоАстрона рентгеновский телескоп наблюдает не отдельные источники излучения, а ведет картографирование всего видимого небосвода.

image

Спектр-РГ это тоже международный проект, но если у РадиоАстрона иностранное участие заключалось в наземной поддержке, то в рентгене наблюдает два телескопа: российский и германский. За каждые полгода работы Спектра-РГ составляется полная карта небосвода, и чем дольше ведутся наблюдения, тем большего проникновения добьются телескопы и больше источников рентгеновского излучения будет картографировано.

image

Про Спектр-РГ мы обязательно поговорим отдельно. Нам же осталось упомянуть о самом сложном, и самом долгом Спектре Миллиметроне. Его разработкой сегодня заняты создатели РадиАстрона, которым помогает накопленный в прежнем проекте опыт.

image
Рендер Миллиметрона на фоне снимка инфракрасного телескопа Herschel. Снимки Миллиметрона должны выглядеть примерно так.

Миллиметровый диапазон не менее важен для изучения космоса, в нем светятся облака межзвездной пыли, и другие холодные объекты. Удобство миллиметрового диапазона ещё и в том, что в телескоп может наблюдать как самостоятельно, так и применяя технологию РСДБ. Пока наблюдения в миллиметровом диапазоне ведутся с Земли из высокогорных районов, например в Чилийских Андах расположен массив миллиметровых телескопов ALMA.

image

Если запустить Миллиметрон, то совместно с ALMA он сможет на порядки повысить детализацию наблюдений. С ним или отдельно можно намного точнее рассмотреть окрестности черных дыр и определить ли нет ли среди них кротовьих нор; измерить спектральные искажения реликтового излучения и заглянуть в ранее недоступное наблюдению прошлое Вселенной; определить содержание сложных органических молекул в соседних звездных системах, и даже попытаться найти сферы Дайсона, т.е. более развитые и древние инопланетные цивилизации Каждое из этих направлений отдельный прорыв в знаниях о свойствах Вселенной, и поучаствовать в исследованиях уже сейчас готовы европейцы, корейцы и китайцы, несмотря на довольно ранний этап готовности проекта. О том, как сегодня создается Миллиметрон будет наш следующий рассказ.


Подробнее..

Перевод Мы стоим на пороге кризиса Фальшивой науки

20.06.2021 14:08:21 | Автор: admin


Журналы все чаще отзывают научные статьи, потому что оказывается, что написаны они не теми, кем заявлено. Необходимо выработать более эффективные способы решения проблемы, в противном случае мы рискуем полностью утерять общественное доверие к науке.

Занятие наукой подразумевает поиск знаний об окружающем мире при помощи строгой логики и проверки каждого предположения. По результатам таких поисков исследователи описывают важные открытия в работах и отправляют их издателям для возможной публикации. После экспертной оценки, в ходе которой другие ученые подтверждают достоверность изложенного материала, журналы публикуют работы для ознакомления с ними общественности.

В связи с этим многие небезосновательно верят, что опубликованные работы весьма надежны и отвечают высоким стандартам качества. Вы можете ожидать встретить какие-то незначительные оплошности, упущенные в процессе ревью, но явно не крупные нестыковки. Ведь все-таки это наука!

Как ни печально, но в подобном предположении вы ошибетесь. Реальная и точная наука существует, но и в этой области наблюдается тревожное количество фиктивных исследований. Причем за последние несколько лет их объем увеличивается с невероятной скоростью, о чем свидетельствует все более частый отзыв научных статей от публикаций.

Фиктивная наука
На данный момент практикуется ряд приемов, которые угрожают подрывом легитимности научных исследований в целом. К ним относятся выдумывание авторов, а также указание соавторства никак не связанных с исследованием ученых и даже более гнусные приемы вроде заваливания журналов материалами из низкосортного бреда, сгенерированного ИИ.

Этот процесс аналогичен отзыву товаров в магазинах. Если ранее проданный товар по какой-то причине оказался плох или опасен, то магазин обязан отозвать его и попросить покупателей его не использовать. Таким же образом журнал может отозвать опубликованную работу, которая в ретроспективе оказалась фиктивной.

Конечно же, иногда статьи отзываются по причине искренней ошибки автора. Однако более, чем в половине случаев причиной оказываются академические нарушения или откровенная подделка. Вплоть до начала последнего десятилетия подобные явления обычно ограничивались фальсификацией исследователями экспериментальных данных или искажением результатов экспериментов в угоду их теории. Однако, чем больше усложняется технологический мир, тем более запутанными становятся и средства мошенничества в нем.

Одним из простых решений может стать простое игнорирование ложных работ. Но проблема в том, что их, как правило, сложно определить. К тому же, каждый отзыв статьи из публикации в некоторой степени губит репутацию журнала. А если такое будет происходить регулярно, то и общественная вера в научные исследования сойдет на нет. Следовательно, научное сообщество должно уделить этой проблеме серьезное внимание.

Camille Nos


Часть этой проблемы смоделирована намеренно. К примеру, Camille Nos никак не связано с ИИ, но все равно заслуживает упоминания. Созданное в марте 2020 года, Nos уже выступило соавтором более, чем 180 работ в таких разносторонних областях, как астрофизика, компьютерная наука и биология.

Я использовал оно, потому что Nos не является реальным человеком. На деле это псевдо-личность, созданная французским движением в защиту науки RogueESR. В качестве первого имени было взято французское гендерно-нейтральное Camille, а в качестве фамилии слияние греческого слова , означающего разум/познание, и французского слова nous, означающего мы.

Nos была создана в ответ на новый, вызвавший бурную критику, закон (источник на французском) по реорганизации академических исследований во Франции. Несмотря на то, что задачей закона было улучшение исследовательской деятельности, его противники считают, что ввиду устанавливаемых им требований рабочие места ученых окажутся в шатком положении и будут зависеть от внешнего финансирования. В частности, согласно новому закону, финансирование ученых должно соответствовать их прежним заслугам, хотя открытия, как правило, совершаются на уровне сообщества коллективно.

Чтобы открыто обозначить эту проблему, многие исследователи выбрали добавлять в качестве соавторов Nos. Однако журналы и научные рецензенты, которые отвечали за проверку таких работ, не всегда ставились в известность о том, что Nos реальным человеком не является.

Несмотря на то, что исследовательская составляющая этих работ пока что внушает доверие, здесь возникает обеспокоенность тем фактом, что в качестве соавтора можно легко добавить псевдо-личность, у которой даже нет удостоверения. Безусловно сама затея подчеркивать общественные усилия такими авторами, как Nos является похвальной, но мысль о том, что сегодня ученых можно буквально рожать из воздуха, весьма настораживает.


Усилия сообщества должны быть стандартизированы, но пока для этого нет системы

Указание авторов там, где они не участвовали


Тем не менее проблема проявляется не только в недостатках системы экспертной оценки и научной среды. Случаи фейкового соавторства особенно участились в работах по теме ИИ. Это мошенничество включает практику внесения в соавторы широко известных ученых, даже без их уведомления или согласия. Еще один способ это добавление фиктивного соавтора, такого как Camille Nos, но уже с целью симулирования международного сотрудничества или вызова более широкого научного дискурса.

Помимо привнесения иллюзии международного сотрудничества, указание фиктивных авторов с респектабельными именами может повысить авторитетность работы. Многие ученые, прежде чем читать или цитировать таких авторов в своей работе, будут искать их имена в Google. При этом участие в соавторстве сотрудника престижного института может подтолкнуть их к более пристальному изучению работы, особенно если она еще не проходила экспертное ревью. Престиж института в таком случае может служить неким заместителем достоверности на период оценки работы экспертами. А на такую оценку порой уходят долгие месяцы.

Сложно сказать, сколько лже-авторов на текущий момент уже внесено в публикации. Одна из причин в том, что некоторые ученые могут предпочесть игнорировать указание собственной фамилии в работе, которую они не писали. Это особенно верно для случаев, когда содержимое такой работы нельзя назвать плохим (как и хорошим), а на судебные разбирательства может уйти много денег и времени. Более того, сейчас не существует ни одного стандартного метода для проверки идентичности ученого перед публикацией его работы, что позволяет фиктивным авторам проскальзывать налегке.

Все эти проблемы показывают необходимость внедрения процесса верификации ID. Официально ничего подобного мы на данный момент не имеем, и это должно быть стыдно. В эпоху, когда каждый банк может верифицировать ваш ID онлайн и сопоставить его с лицом на вашей веб-камере, наука даже не способна защитить от мошенничества своих наиболее ценных участников.


Когда речь идет о написании научных работ, то путь мысли старого-доброго человеческого ума пока еще превосходит налучший ИИ

Алгоритмы плохие писатели


В 1994 году физик Алан Сокал решил написать фейковую статью по какой-то гуманитарной теме и отправить ее в журнал. Статью приняли, хотя никто, включая самого автора, не понял, о чем она была. Это не только смехотворно, но также показывает, насколько рецензенты могут облениться. В этом случае они, по сути, одобрили бессмысленную статью.

Аналогичным образом в 2005 году трое студентов, изучавших компьютерные науки, решили приколоться над научным сообществом, разработав программу SCIgen. Она генерирует абсолютно бессмысленные работы с графами, иллюстрациями и цитатами, приправленные множеством заумных слов из компьютерной науки. Одна из таких статей даже была принята к участию в конференции. Более того, в 2013 году различными издателями было отозвано 120 работ, когда вскрылось, что написала их SCIgen. За 2015 год сайт программы все еще зарегистрировал около 600 000 посещений.

К сожалению, фейковые статьи генерируются не только в качестве шутки или студенческого прикола. Целые компании зарабатывают деньги, создавая бредовые статьи и отправляя их хищническим журналам, которые такие работы принимают просто потому, что берут за это комиссию. Подобные компании, иначе именуемые бумажными фабриками, вырабатывают все более и более изощренные методы.

Несмотря на совершенствование техник обнаружения подделок, эксперты небезосновательно остерегаются, что такие бессовестные деятели, отточив свое мастерство на низкосортных журналах, могут рискнуть переключиться на авторитетные. Это способно привести к своеобразной гонке вооружений между бумажными фабриками и журналами, которые не хотят публиковать бредятину.

Конечно, это не все, и на горизонте маячит еще один вопрос: Как долго написанием научных работ будут заниматься только люди? Может ли случиться так, что через 10 или 20 лет ИИ-алгоритмы станут способны автоматически анализировать обширные объемы литературы и делать собственные заключения в новой работе, соответствующей высшим научным стандартам? Как тогда мы будем отдавать должное этим алгоритмам или их создателям?

Хотя сегодня мы пока имеем дело с намного более простыми вопросами: Как выявить работы, написанные относительно несложными алгоритмами, и не несущие никакой смысловой нагрузки? Что с ними в итоге делать? Помимо добровольных усилий и принуждения лже-авторов отзывать свои работы, научное сообщество имеет поистине мало ответов на эти вопросы.


Большинство журналов остро нуждаются в обновлении систем безопасности для отслеживания фиктивных работ

Противодействие фальшивой науке


Большинство журналов, дорожащих своей заслуженной репутацией, по крайней мере требуют от желающих опубликовать свои работы верификацию по электронной почте. Вот, к примеру, система верификации журнала Science. Но несмотря на это, создать фейковую почту и пройти такой процесс проверки достаточно просто. Подобный вид мошенничества по-прежнему распространен, что подтверждается большим количеством работ, ежегодно отзываемых даже из престижных журналов. Это лишь доказывает, что нам необходима более строгая система контроля.

Один из эффективных подходов идентификации ученых это ORCID. По сути, с помощью этой системы, каждый исследователь может получить уникальный идентификатор, который затем будет автоматически привязываться к хронологии его деятельности. Применение ORCID при экспертной оценке журналов и в процессе публикации существенно усложнит создание фиктивных личностей или использование имен исследователей без их согласия.

Несмотря на то, что это очень многообещающая инициатива, ни один серьезный журнал еще не ввел обязательное получение авторами идентификаторов из ORCID или иных систем. Я считаю, что подобное бездействие позорно, ведь таким образом можно с легкостью решить проблему.

Наконец, в данном контексте может помочь сам искусственный интеллект. Некоторые журналы развертывают модели ИИ для обнаружения фиктивных работ. Однако пока что, издатели еще не пришли к согласию по единому стандарту. Как следствие, журналы, которым недостает ресурсов или опыта, не могут применять меры того же уровня, что и авторитетные издания.

Это расширяет разрыв между журналами высокого и низкого уровня и, лично для меня, является очевидным подтверждением того, что все заинтересованные издания должны объединиться и найти способ распределить ресурсы для борьбы с мошенничеством. Конечно же, более популярные журналы могут получать выгоду за счет отставания конкурентов, но только в краткосрочной перспективе. Если же заглянуть дальше, то преобладание числа журналов с низкими стандартами может снизить доверие к научным публикациям в целом.

И речь не о том, что исследователи и научные журналы сидят и бездействуют вместо того, чтобы отслеживать лже-авторов. Отдельные издания действительно проделывают в этом направлении очень многое. Но, если одни журналы имеют для этого средства, а другие нет, то получается, что публикуются они не на равных правилах игры. К тому же, мошенники всегда смогут нацелить свои фейковые статьи на журнал с низким бюджетом.

Именно поэтому в данном случае для отслеживания бумажных фабрик и определения идентичности всех их авторов необходим коллективный подход.

Помимо науки: все больше фейковых новостей


Думаю, ни для кого не секрет, что фейковый контент свойственен не одной только науке. Всего несколько лет назад в разгар эпохи Трампа выражение фейковые новости уже звучало как хит сезона. А с тех пор методы генерации контента с целью влияния на общественное мнение стали только изощреннее. При этом они весьма похожи на методы, применяемые в научных работах.

К примеру, в различных консервативных СМИ было очевидно, что авторами обзорных статей являются фейковые журналисты. Их фотографии генерировались ИИ-алгоритмами, а аккаунты LinkedIn и Twitter были абсолютно вымышленными, и до сих пор неизвестно, кто на самом деле стоял за этими статьями.

Существуют также несколько генераторов новостных статей, которые упрощают создание фейковых аннотаций. Несмотря на то, что опытного фактчекера таким способом не проведешь, среднего пользователя Facebook подобный материал может зацепить настолько, что он даже поделится им с друзьями.

Именно поэтому я доверяю только новостям и научным данным из проверенных источников, а также контенту, который могут самостоятельно перепроверить на истинность. Другие источники я полностью отвергаю, потому что знаю, что большинство из них находится в диапазоне от простительной ошибки до абсолютного вымысла.

Еще несколько лет назад я не придерживался такой позиции, как и люди, меня окружающие. Доверие к новостям существенно подкосилось, и я даже не представляю, каким образом его можно вернуть. Сегодня то, что уже давно происходило с новостями, начало происходить с наукой. Очень плохо, что найти правду о происходящем в мире становится все сложнее. Но если пошатнуться основы самого человеческого знания, то это уже будет куда большее бедствие.

Несмотря на то, что споры вокруг фейковых новостей затихли после выборов 2020 года, тема далеко не закрыта. Поскольку инструменты для подделывания контента все больше и больше совершенствуются, я считаю, что в ближайшие годы этот вопрос еще разгорится очередной волной внимания.

Хочется верить, что к тому времени мы уже достигнем согласия на тему того, как противостоять фейковому контенту и фейковым исследованиям.


Подробнее..

Чем кальциевые аккумуляторы отличаются от гибридных?

21.06.2021 16:11:25 | Автор: admin
Они отличаются тем, что у гибридных (Ca+, Ca/Sb) свинцовый сплав положительных решёток легирован сурьмой, а отрицательных кальцием, тогда как у кальциевых (Ca/Ca) те и другие кальцием. В результате, выделение газов происходит при разных напряжениях заряда, и токи окончания заряда при этих напряжениях тоже разные.

Однако, современные автомобильные аккумуляторы отличаются не только составом металлов, но и плотностью установки пластин в банках, а также сепараторами между пластинами, которые влияют на распределение ионов носителей заряда в электролите, а значит, и потенциалы, и токи при том или ином напряжении на клеммах. Потому случаются казусы, когда кальций ведёт себя как гибрид или гибрид как кальций.


Обманывают ли нас производители, или мы не всегда учитываем влияния конструкции на электрохимические процессы? Проведём серию испытаний пары аккумуляторных батарей (АКБ), изображённых на фото.

В сегодняшнем эксперименте участвует батарея 6СТ-64L Тюмень PREMIUM СаСа 64 А*ч. Кальциевая технология освоена Тюменским аккумуляторным заводом (с лосем на логотипе) в 2019 году.


Аккумулятор полностью разряжен, плотность электролита 1.07 граммов на кубический сантиметр. Ареометр утонул ниже шкалы. (Выводим тюменского лося на чистую воду, шутка для тех, кто знает: электролит полностью разряженного свинцово-кислотного аккумулятора вода, потому что вся кислота в намазках, в виде сульфатов свинца).


Тестер показывает уровень заряженности (state of charge, SoC) 0%, внутреннее сопротивление 9.77 мОм, ток холодной прокрутки (ТХП) 283 из 620 А по стандарту EN, напряжение разомкнутой цепи (НРЦ, оно же электродвижущая сила ЭДС без нагрузки) 11.53 В, и предписывает зарядить аккумулятор.


Заряжать будем зарядным устройством (ЗУ) Кулон-720. Настроим следующие параметры заряда: предзаряд до 12 В 2 А, основной заряд 14.7 В 6.4 А 24 часа, хранение 13.2 В 0.5 А.


Дозаряд у Кулона-912 реализован качелями, так принято называть управление двухпороговым компаратором или компаратором с гистерезисом по напряжению. Когда напряжение на клеммах достигает верхней планки, ЗУ отключает зарядный ток. Когда поляризация релаксирует, напряжение на клеммах снижается, и при касании нижней планки ЗУ возобновляет подачу тока. Продолжаются эти циклы до превышения максимального времени. Установим пороги 15.6 и 14.7 В, ток 3.2 А, продолжительность 16 часов.


Прерывистый дозаряд качелями или моргалкой служит затем, чтобы минимизировать потерю воды на электролиз, и при этом по возможности полнее зарядить АКБ и перемешать электролит. Исторически этот способ сложился применительно к зарядным устройствам (источникам питания), у которых было невозможно оперативно регулировать зарядный ток, и вместо снижения силы тока, его прерывали по таймеру с помощью реле указателей поворота, либо по напряжению с помощью компаратора. Чтобы компаратор не возобновлял заряд моментально после его отключения, а делал паузу, понадобился гистерезис.

Некоторые энтузиасты считают электролиз воды при заряде аккумулятора вообще недопустимым, и устанавливают низкий верхний порог качелей. Дозаряд с такими настройками затягивается надолго, и часто не устраняет расслоения электролита и сульфатации глубинных слоёв намазок. Поверхность пластин при этом может выглядеть идеально: коричневая у положительных и серебристая у отрицательных, но при изгибе материала активных масс (АМ) он хрустит, выдавая присутствие сульфатов в глубине. Разумеется, для проверки пластин на хруст АКБ следует вскрыть и разобрать, потому эти факты не общеизвестные.
Крайне не рекомендуем разбирать любые химические источники тока без адекватной всесторонней подготовки: техники безопасности, оборудованного рабочего места (не на кухне и не в жилом помещении), средств индивидуальной защиты, знания дела и навыков работы, а прежде всего, понимания, зачем это делается. Компоненты химических накопителей энергии по своей природе токсичные, едкие, а часто ещё и пожаровзрывоопасные.

Другие энтузиасты пошли дальше и стали регулировать интегральный ток с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM) более высокой частоты, чем доли герца единицы герц, реализовав подачи зарядного тока одной и той же амплитуды пачками импульсов ШИМ. В любом случае, для эффективного заряда свинцово-кислотного аккумулятора, необходимо обеспечить присутствие воды в зоне реакции, т.е. перемешивать электролит, так как при заряде АМ затрачивается вода и выделяется кислота, и потенциал заряжаемого участка АМ должен быть достаточным для преодоления термодинамической ЭДС и осуществления реакции Гладстона-Трайба.


Пошёл предзаряд.


Вскоре ЗУ перешло к этапу основного заряда.


За три с половиной часа залито 22.4 А*ч, напряжение на клеммах 13.3 В. Оставим ЗУ работать на ночь.


На следующий день время заряда составило 19 часов 42 минуты, аккумулятору сообщено 75.3 А*ч. Напряжение дозаряда доходит до установленных 15.6, ток при этом напряжении снизился до 1.2 А.


Алгоритм ЗУ не просто включает и отключает ток, а продолжает заряд некоторое время при максимальном напряжении, отключает, после падения включает сначала заряд постоянным напряжением по нижней уставке, затем по верхней, с ограничением тока не выше установленного.


Плотность электролита уже чуть выше 1.25.


С момента начала заряда прошло 23 часа, залито 77.4 А*ч. Ток при 15.6 В снизился до 1 А.
АКБ продолжает заряжаться, плотность электролита поднялась чуть выше 1.26.


Заряд продолжался 26 с четвертью часов, батарее передано 79.2 А*ч. Ток при 15.6 В не снижается.


Плотность 1.27.


29 с половиной часов от начала заряда, залито 80.9 А*ч. Ток при 15.6 В снизился до 0.9 А. Оставим ещё на ночь.


На утро аккумулятору сообщено 82.6 ампер*часа, ЗУ в режиме хранения. С начала заряда прошло 45 с половиной часов.


Плотность во всех банках 1.28. Нам удалось зарядить эту АКБ после глубокого разряда за один подход.


Однако возникают сомнения в том, что эта АКБ полностью кальциевая. При заряде она повела себя как гибридная. Ca/Ca аккумулятору 16 часов дозаряда, а именно такое максимальное значение можно установить на Кулоне-720, и его мы как раз установили, бывает недостаточно. Приходится перезапускать заряд.

Разряжать будем электронной нагрузкой ZKE EBD-A20H, по ГОСТ током 5% номинальной ёмкости 3.2 А до касания под нагрузкой 10.5 В.


Прибор подключается к ПК по USB и позволяет строить графики напряжения и тока. После начала разряда стабилизированным током напряжение растёт вследствие зависимости сопротивления электролита от концентрации кислоты, затем вскоре начинает плавно снижаться по мере разряда аккумулятора.


Через 8 часов разряда напряжение на клеммах 12.22 В. Слито 26.78 А*ч, 332.45 Вт*ч.


Через 20 с половиной часов разряд продолжается, на клеммах 11.07 В, АКБ отдала 66.86 А*ч, что уже превышает паспортную ёмкость. Как видно из графика, в конце разряда напряжение снижается быстрее, модуль первой производной выше.


На последней минуте график резко пошёл вниз.


Разряд завершён, напряжение после снятия нагрузки начало расти. Время разряда составило 20 часов 44 минуты, отданная ёмкость 67.39 А*ч.


Через 3 минуты после снятия нагрузки напряжение на клеммах выросло до 11.42 В. Подождём ещё час.


Прошёл час с момента завершения разряда, НРЦ 11.63 В.


Плотность электролита ниже 1.10. Ставим на заряд.


Заряд продолжается 26 часов 19 минут, залито 79.2 А*ч. Ток при 15.6 В 1 А.


Плотность уже 1.27. Аккумулятор заряжается очень легко при дозаряде качелями с максимальным напряжением 15.6. Так обычно ведут себя гибридные Ca/Sb, а не кальциевые Ca/Ca аккумуляторы.

Смотрим интенсивность газовыделения в качелях до 15.6. Это также признак гибридной АКБ. В силу более низкого напряжения начала газовыделения, расход воды при эксплуатации у этой АКБ выше, чем у других современных Ca/Ca. Это следует обязательно помнить, не забывать проверять уровень электролита, и своевременно доливать дистиллированную воду.

GIF 7952.5 Кбайт

А так кипит при дозаряде с перенапряжениям вторая участница тестов оригинальная запасная часть LADA 6СТ-62VL производства жигулёвского завода АКОМ, типичная полностью кальциевая Ca/Ca батарея. Для такого газовыделения понадобилось 16.2 вольта при постоянном токе 2% ёмкости, то есть, 1.2 ампера, безо всякого прерывания качелями.

GIF 7597.95 Кбайт

Тесты АКБ Лада объёмны и заслуживают как минимум отдельной статьи, потому здесь приведём только их конечные результаты, нужные для сравнения двух испытуемых образцов.



Показания тестера у Тюмени: здоровье 100%, ТХП 687 из 620 А по EN, внутреннее сопротивление 4.02 мОм, НРЦ 12.96 В. У Лады: EN 722 из 600 A, 3.82 мОм.


Просадка под нагрузочной вилкой 200 А до 10.64 В.


Для сравнения, Лада проседает до 10.90.


Масса тюменского аккумулятора 16.4 кг.


Сведём данные тестирования двух аккумуляторных батарей в одну таблицу:
Фактическая удельная ёмкость на килограмм массы батареи у АКБ Лада на 11.57% выше, чем у Тюмень Премиум, удельный ток холодной прокрутки на 13.69%. Оба этих параметра зависят не от кальция и сурьмы в свинцовом сплаве, а от собственно массы активных масс и их рабочей площади, а также конструкции решёток и тоководов. Получается, действующих активных масс у тюменского аккумулятора меньше, а несуще-токоведущих конструкций больше. Это признаки классической докальциевой технологии, по которой часто производились гибридные Ca/Sb батареи.

Итак, по итогам испытаний двух АКБ типичной современной Ca/Ca Лада производства АКОМ (завод, использующей технологию Exide), и тюменской Premium с маркировкой Ca/Ca и лосем на логотипе, можно сделать следующие выводы:

  1. Оба аккумулятора проявили прекрасные характеристики: ёмкость по ГОСТ и пусковой ток по цифровому тестеру и нагрузочной вилке выше паспортных, однако Лада показывает заметно лучшие параметры, чем Тюмень Premium.
  2. Жигулёвская АКБ АКОМ при заряде ведёт себя как полагается Ca/Ca, тогда как тюменская заряжается как гибридная: рано начинается газовыделение, электролит перемешивается без затруднений, выравнивающий заряд проходит легко и быстро.
  3. Тюменская Премиум изготовлена по более старой технологии, чем жигулёвская Лада. Именно поэтому, несмотря на современный кальциевый сплав и отрицательных, и положительных решёток, тюменская АКБ имеет меньшую плотность упаковки пластин и проявляет свойства, характерные для гибридной, а не Ca/Ca АКБ.

Так мы раскрыли секрет странных аккумуляторных батарей: электрохимические процессы в своей кинетике зависят не только от химии, но и от физики, в частности, геометрии электродов и сепараторов между ними.

В модерновых Ca/Ca батареях кальциевый сплав и компактная конструкция с плотными сепараторами действуют синергично, усугубляя как снижение потери воды, что очень хорошо, так и затруднение перемешивания электролита и дозаряда, и это не то, чтобы плохо, но необходимо учитывать при выборе профиля заряда.

В традиционных батареях, даже если изготовить все решётки по технологии Ca/Ca, внутренняя конструкция более массивная и просторная, заряжать и перемешивать электролит легче и быстрее, но и воды выкипает больше. Это одна из причин, приведших разработчиков свинцовых аккумуляторов к модерновым конструкциям. Экономия свинца, с соответствующим экологическим аспектом, и при этом повышение долговечности, стойкости к вибрации, предотвращение оплывания активных масс и короткого замыкания, другие цели, которые также преследуют модерновые конструкции АКБ.

Следует ли трактовать результаты опытов так, что тюменский аккумуляторный завод лось вводит покупателей в заблуждение, и АКБ Тюмень Премиум плохая АКБ? Категорически нет. Для автомобилей с низким бортовым напряжением Тюмень Премиум прекрасный выбор.

Тюмень Премиум хорошая АКБ, достойно проявившая себя на испытаниях. Она не гибридная, а действительно кальциевая, в плане современного материала решёток пластин. Но конструкция батареи не модерновая плотно упакованная, а традиционная, вследствие чего, при изготовлении затрачивается больше свинца, и газовыделение наступает при меньшем напряжении. И именно поэтому АКБ маркирована не VL, как Лада, что означает очень низкий расход воды, а L низкий расход. Всё честно.

Это необходимо учитывать при эксплуатации: тюменская Ca/Ca под капотом автомобиля теряет воду не как типичная Ca/Ca, а как гибридная Ca+. Нужно своевременно проверять уровень электролита и доливать дистиллированную воду, и пробки для этого завод-изготовитель предусмотрел.

Напоследок сравним Тюмень Премиум с антикварной аккумуляторной батареей 6СТ-60ЭМ из статьи про капсулу времени:
Почти три десятилетия прожиты недаром, и сегодняшний технологический уровень Тюменского аккумуляторного завода позволяет производить батареи с удельной эффективностью по ёмкости на треть, а по пусковому току на две трети более высокой, чем старые сурьмянистые батареи. Потому слова классическая и модерновая применительно к конструкции АКБ не следует понимать превратно. Современные аккумуляторы разных отечественных производителей и марок показывают достойные характеристики и имеют свои области для успешного применения.

Статья написана в сотрудничестве с автором экспериментов и видео Аккумуляторщиком Виктором VECTOR.


Подробнее..

Почему люди так плохо прогнозируют будущее

21.06.2021 10:15:25 | Автор: admin

Взгляд на наше космическое будущее из 1970-х годов

В период с 1956 по 1962 годы психолог Кейптаунского университета Курт Данцигер проводил масштабный опрос. По его просьбе 436 южноафриканских школьников и студентов написали эссе, как будет развиваться их страна в конце 20-го века: Это не тест на воображение опишите действительно ожидаемые события, гласила инструкция.

В те времена в ЮАР царила политика апартеида. Так вот, примерно 65% африканцев и 80% потомков индейцев предсказали социальные и политические изменения, равносильные концу апартеида. С другой стороны, только 4% белых граждан высказали такое мнение. Откуда различие? Всё просто.

Кого устраивает существующее положение вещей тот не верит в будущие изменения, хотя эти изменения очевидны для остальных. Результаты опубликованы в научной статье Идеология и утопия в Южной Африке. Методологический вклад в социологию знания", British Journal of Sociology, 14, 5976 (1963).

Проблема футурологии нереалистичный оптимизм.

Оптимизм и реальность плохо совместимы


Психологические исследования действительно подтверждают, что чем более желанным является будущее событие, тем более вероятным люди его считают: есть явная корреляция между ожидаемыми и желаемыми событиями, см. работу Прогнозирование изменений окружающей среды: снова исполнение желаний, European Journal of Social Psychology, Volume 5, Issue 3, 315-322.

На президентских выборах в США в период с 1952 по 1980 годы около 80% сторонников каждого из кандидатов ожидали, что их любимый кандидат победит в соотношении примерно четыре к одному (Когда пророчество не сбывается. Связь предпочтений и ожиданий на президентских выборах в США, 19521960 гг., Journal of Personality and Social Psychology, 45(3), 477491). Мы снова видим тот же эффект.

Люди искажают своё восприятие близких выборов таким образом, чтобы оно соответствовало их предпочтениям, говорится в более поздней работе тех же учёных.

И наоборот, чем больше страх результата, тем реже его предвидят. В ноябре 2007 года экономисты, участвующие в опросе профессиональных прогнозистов Федеральной резервной системы Филадельфии, предсказывали лишь 20-процентную вероятность отрицательного роста (так называется спад в экономической терминологии) экономики США в 2008 году, несмотря на видимые сигналы надвигающейся рецессии.


Фьючерсы на сырьё всегда выше реальных цен. Источник: Факты и фантазии о товарных фьючерсах десять лет спустя, 25 мая 2015 года, doi: 2139/ssrn.2610772

Очевидно, у людей есть какое-то глубоко врождённое нежелание предсказывать неприятные вещи. Даже профессионалам учёным, экономистам трудно преодолеть это глубоко врождённое чувство. Особенно когда речь идёт о гуманитарных науках там возникает впечатление, что учёные иногда специально выбирают темы, чтобы подтвердить некую приятную или правильную теорию.

В прогнозировании будущего этот феномен называется нереалистичный оптимизм. В научной литературе его впервые описал Нил Вайнштейн из Ратгерского университета в работе 1980 года (Journal of Personality and Social Psychology, 1980, Vol. 39, No. 5, 806820).

Без особой причины он попросил испытуемых оценить вероятность того, что они столкнутся с определёнными негативными событиями в будущем, такими как развод, увольнение или ограбление. И внезапно оказалось, что все люди оценивают свои шансы ниже среднего. Люди искренне верят, что вероятность заболевания, травмы, развода, смерти и других неблагоприятных событий для них ниже, чем для других людей, даже если они подвержены тем же факторам риска. А вот вероятность положительных событий для себя оценивается выше среднего.


Нереалистичный оптимизм относительно будущих событий в жизни. Статья Вайнштейна, 1980

Беспокойство подсознательно влияет на прогнозы. Например, люди могут неосознанно собирать и анализировать только те факты, которые подтверждают желаемый результат: это показывают исследования в соцсетях перед президентскими выборами. Данный процесс может быть даже биологически укоренён. Исследования в области нейронауки показывают, что факты, подтверждающие желаемый вывод, легче откладываются в памяти, чем такая же важная, но менее привлекательная информация.

Последующие публикации в научной прессе показывают: доктор Вайнштейн боролся с когнитивными искажениями у своих студентов. Он показал им ответы друг друга, где каждый считал себя особенным. Когда студенты поняли, что их факторы риска совпадают с факторами риска остальных, то нереалистичный оптимизм уменьшился. Но, как ни странно, не исчез полностью. Студенты по-прежнему считали, что вероятность негативных событий для них ниже, чем для среднестатистического студента с теми же факторами риска, даже без каких-либо объективных оснований.

Люди не хотят верить негативным прогнозам даже когда сталкиваются с объективной информацией (Предвзятость оптимизма, Тали Шарот, TED2012, рус. яз.).

По мнению специалистов, такие искажения в восприятии реальности нужны людям, чтобы адаптироваться к неприглядной действительности и успокаивать страхи перед будущим.

Для примера:

Будущее, в которое хочется верить


  1. Бессмертие человека
  2. Цифровое копирование мозга, добавление и удаление воспоминаний, знаний, навыков
  3. Излечение болезней на молекулярном уровне
  4. Колонизация Марса, затем Солнечной системы и ближайших систем
  5. Демократическое мировое правительство

Будущее, в которое не хочется верить


  1. Экологический кризис
  2. Ядерная война
  3. Самоликвидация человечества
  4. Частные армии у корпораций и отдельных политиков
  5. Взаимная ненависть социальных групп и народов
  6. Деградация цивилизации до уровня Средневековья
  7. Дальнейшее уменьшение объёма головного мозга сапиенсов
  8. Невозможность выживания человеческих колоний за пределами Земли, только роботизированные миссии

Исходя из объективной реальности, научных данных и экстраполяции текущего курса человечества вторая группа прогнозов кажется более реальной (например, заметное уменьшение объёма головного мозга у сапиенсов началось около 2510тыс. лет назад, после перехода на сельское хозяйство, и продолжается сейчас; поэтому логично предположить продолжение тенденции это пункт7). Но оптимист отгоняет от себя мрачные мысли и старается больше думать о первой группе прогнозов. Серьёзные специалисты не будут слишком распространять идеи из второй группы их сочтут неприятными пессимистами и перестанут приглашать на лекции.

Твёрдые убеждения вторая проблема


Один из самых знаменитых футурологов Рэй Курцвейл. Он потерял отца в раннем возрасте, а теперь хранит все вещественные воспоминания о нём записи, заметки, фотографии, всего 50 коробок в хранилище в Массачусетсе, готовясь к своему предсказанию: к середине 2030-х годов мы сможем создавать аватары ушедших из жизни людей на основе всей оставленной ими информации.

Сам Курцвейл тоже готовится к бессмертию. Он принимает 90 добавок в день, регулярно сдаёт анализы крови и делает внутривенные инъекции, а последние два десятилетия работает с известным врачом Терри Гроссманом, чтобы остановить процесс старения. Но Курцвейл говорит, что это запасной план. На самом деле в 2030-е годы мозг человека подключится непосредственно к облаку для расширения сознания, а место живых органов в наших телах займут синтетические компоненты.

Исследования показывают интересный феномен. Чем дальше от нас событие по времени, например, смерть, тем более вероятен чрезмерный оптимизм (см. статью Источники предвзятости при прогнозировании будущих событий, Майкл Милберн, doi: 10.1016/0030-5073(78)90035-1). Более того, на предсказания в наибольшей степени влияет то, имеет ли данное событие жизненно важное личное значение для предсказателя.

Другой известный футуролог и писатель Марк Стивенсон отмечает, что люди, прогнозирующие будущее, становятся жертвами собственных предрассудков, желаний и жизненного опыта, которые часто отражаются в их прогнозах. Грубо говоря, примерно к 50 годам футурологи начинают предсказывать скорое изобретение таких технологий, как копирование разума и бессмертие.

Кроме нереалистичного оптимизма, есть ещё одна веская причина, почему люди делают неправильные прогнозы это твёрдые убеждения (стойкая вера, твёрдый характер, истинные ценности список синонимов можно продолжать). Кто-то считает твёрдые убеждения положительной чертой личности, но факты говорят о том, что они негативно отражаются на точности прогнозирования.

Автор книги Суперпрогнозирование. Искусство и наука предсказания событий Филипп Тетлок из Пенсильванского университета изучил долгосрочные прогнозы 284 политических экспертов в 19842004 годы и зафиксировал точность их прогнозов.

Он обнаружил, что экспертов можно разделить на две большие категории. Первую он назвал ёжиками.

У ежей была одна большая идея, например, свободный рынок (или капитализм по скандинавской модели, или экономика спроса), которую они использовали как линзу при рассмотрении многих вопросов. Они применяли эту большую идею к любой ситуации, что приводило к ясным советам. Вам всегда нужно больше свободы, больше мускатного ореха или юнит-тестов. Ёжики совершенно уверенные в себе прогнозисты и чёткие советчики.



Но когда все предсказания были сложены и оценены, ежи уступили второй категории лисам. Это полная противоположность ежей. Они дают сложные советы и скептически относятся даже к собственным предсказаниям. Тетлок также обнаружил, что у лис меньше шансов стать знаменитыми, потому что сложные советы труднее объяснить в двух словах.



Например, в западной цивилизации укоренилась вера в прогресс идея о том, что человечество прогрессировало в прошлом, прогрессирует сейчас и продолжит прогрессировать в будущем. Эта вера исказила прогнозы относительно интернета. Мало кто предполагал, что интернет изменит цивилизацию к худшему в некоторых отношениях. Большинство предполагало, что изменения будут положительные, поскольку это соответствует идее постоянного прогресса. Так, в 2005 году только 32% интернет-экспертов согласились с мнением, что через десять лет большинство людей будут использовать интернет таким образом, чтобы отфильтровывать неприятную информацию, которая оспаривает их точку зрения на политические и социальные вопросы, так что политический консенсус станет невозможен.


Источник: Future of Internet, 2005 год

Предвзятость подтверждения известное когнитивное искажение. В литературе по психологии этот термин означает поиск или интерпретацию доказательств таким образом, чтобы они соответствовали существующим убеждениям, ожиданиям или выдвинутой гипотезе.

Если у человека есть твёрдые убеждения вроде веры в прогресс, то он искажает свои прогнозы таким образом, чтобы оказаться правым. Люди не любят ошибаться. Они предсказывают результаты, которые подтверждают их убеждения о мире: что демократия победит, что смерть это ненужная трагедия, что бог есть или его нет. Как только вы берёте на себя обязательства в отношении чего-либо, у вас появляется заинтересованность в результате, говорит Курцвейл. Твёрдые убеждения становятся корыстными убеждениями.

Зачастую люди склонны думать, что большинство других людей разделяют их убеждения и поэтому будущее, которое они одобряют, вполне вероятно. Феномен называется проекционной предвзятостью: люди ошибочно предполагают, что взгляды других людей схожи с их собственными.

Ещё один интересный факт: сканы мозга показали, что человек принимает решение в среднем за 10 секунд до того, как осознаёт это дополнительный аргумент против бесстрастности решений и прогнозов.


Декодирование принятых решений до и после их осознания. Источник: Бессознательные детерминанты свободных решений в человеческом мозге, June 2008, Nature Neuroscience 11(5):543-5, doi: 10.1038/nn.2112

Что же получается


Возможно, присущие человеку моральные и психологические установки влияют на попытки научного прогнозирования будущего, на выбор тем для научных исследований, на прогнозы экономического развития и другие виды экономического моделирования. К сожалению, особенности нашей психологии мешают смотреть на вещи объективно и менять прогнозы в соответствии с реальными фактами окружающей действительности. Научные исследования доказывают, что по сути каждый человек смотрит на окружающую реальность через своеобразные розовые очки.

Конечно, свою лепту вносят известные когнитивные искажения, без которых человеку труднее прожить счастливую жизнь, насыщенную приятными эмоциями.

Получается, чтобы сделать максимально объективный прогноз на будущее, нужно полностью избавиться от эмоциональной составляющей. Например, математические модели могут хорошо экстраполировать данные из настоящего в будущее. В некоторых случаях это даёт довольно точную картину будущего Земли: например, смелая экстраполяция роста концентрации парниковых газов в атмосфере и температуры на поверхности планеты оставляет мало надежды на выживание человечества в нынешнем виде, если ничего не изменить. Но кто хочет об этом думать?

Учёным досталась самая грязная работа, Им приходится снимать розовые очки и заглядывать в страшную мглу реальности, отказываясь от личной точки зрения, убеждений и предпочтений

Иногда оптимистичные предсказания специалистов действительно сбываются, как это произошло с развалом системы апартеида в ЮАР. Но обычно излишний оптимизм всё-таки мешает в жизни: люди не делают прививки (меня это не коснётся), не ходят на регулярные медицинские осмотры (со мной всё будет хорошо), не пишут завещаний (я буду жить долго), покупают маленькие квартиры (нам этого пока хватит), берут кредиты, делают инвестиции, начинают бизнес, много работают (жизнь долгая, ещё успею отдохнуть) и впоследствии страдают из-за своего чрезмерного оптимизма.

В общем, если хотите максимально реалистичный прогноз, то ищите неуверенного в себе, хорошо информированного пессимиста без твёрдых убеждений, а не ёжика с ясными ответами.





На правах рекламы


VDSina предлагает облачные серверы с посуточной оплатой. Интернет-канал для каждого сервера 500 Мегабит, защита от DDoS-атак включена в тариф, возможность установить Windows, Linux или вообще ОС со своего образа, а ещё очень удобная панель управления серверами собственной разработки.

Подписывайтесь на наш чат в Telegram.

Подробнее..

Новые рекорды найдено 51-ое простое число Мерсенна

21.06.2021 00:15:47 | Автор: admin

(Примечание переводчика: не нашёл публикации (-ий) по данной теме на Хабре.)

Блоуинг Рок, Северная Каролина, 21 декабря 2018 года организация Great Internet Mersenne Prime Search (GIMPS, масштабный Интернет-проект по поиску простых чисел Мерсенна) обнаружила самое большое известное простое число 282589933 - 1, состоящее из 24 863 048 разрядов. Компьютер добровольца Патрика Ляроша вычислил его 7 декабря 2018 года. Патрик один из тысяч, использующих бесплатное ПО GIMPS.

Новое простое число, также известное как M82589933, вычислено перемножением 82 589 933 двоек и вычитанием единицы. Оно превосходит предыдущее рекордное простое число более, чем на полтора миллиона разрядов, в особом классе исключительно редких простых, известных как числа Мерсенна. Это всего пятидесят первое открытое простое число Мерсенна; вычисление каждого последующего становится сложнее. Простые числа Мерсенна названы по имени французского монаха Марина Мерсенна, изучавшего эти числа больше 350 лет назад. Основанная в 1996 году GIMPS обнаружила последние 17 простых чисел Мерсенна. Для поиска этих простых чисел скачивают бесплатную программу, и есть шанс выиграть денежный приз, если повезёт найти новое число. У профессора Криса Колдуэлла есть авторитетный веб-сайт, посвящённый самым большим известным простым числам с замечательной историей простых чисел Мерсенна.

Патрик Лярош 35-летний IT-шник, живущий в Окале, штат Флорида. За своё открытие он получил от GIMPS исследовательскую награду в 3 000 долларов.

Клиентское ПО Prime95 разработано основателем GIMPS Джорджем Уолтманом. Скотт Куровски написал системное ПО PrimeNet, координирующее компьютеры GIMPS. Аарон Блоссер теперь работает системным администратором и при необходимости выполняет обновление и обслуживание PrimeNet. Волонтёры имеют шанс получить вознаграждение в 3 000 или 50 000 долларов, если их компьютер откроет новое простое число Мерсенна. Следующей крупной целью GIMPS является выигрыш учреждённой Electronic Frontier Foundation награды в 150 000 долларов, которая будет вручена за нахождение простого числа со 100 000 000 десятичных разрядов.

Мы признательны за нахождение этого простого числа не только Патрику Лярошу, выполнявшему на своём компьютере ПО Prime95: Уолтману за написанное ПО, Куровски и Блоссеру за их работу с сервером Primenet, а также тысячам добровольцев GIMPS, просеявшим миллионы вариантов чисел. В благодарность всем этим людям официально это открытие приписывается Дж. Пейсу, Дж. Уолтману, С. Куровски, А. Блоссеру и коллегам.

Про Great Internet Mersenne Prime Search

Организация Great Internet Mersenne Prime Search (GIMPS) была сформирована в январе 1996 года Джорджем Уолтмана для нахождения новых мировых рекордов простых чисел Мерсенна. В 1997 году Скотт Куровски обеспечил GIMPS возможность использовать мощь тысяч обычных компьютеров для поиска этих иголок в стоге сена. Большинство участников GIMPS вступило в организацию ради захватывающей возможности обнаружения рекордного, редкого и исторического нового простого числа Мерсенна. Поиск следующих простых чисел Мерсенна уже продолжается. Возможно, существуют и меньше, но пока ненайденные простые, и почти абсолютно точно есть бОльшие, ждущие своего обнаружения. Любой человек с достаточно мощным компьютером может присоединиться к GIMPS и стать охотником за большими простыми числами с возможностью получить денежную награду за своё открытие. Всё необходимое ПО можно бесплатно скачать по адресу www.mersenne.org/download/. GIMPS сформирована как Mersenne Research, Inc., некоммерческая научная благотворительная организация 501(с)(3). Подробнее об этом можно прочитать на www.mersenneforum.org и www.mersenne.org; также принимаются добровольные пожертвования.

Дополнительная информация о простых числах Мерсенна

Простые числа давно восхищали и любителей, и профессионалов математики. Целое число больше единицы называется простым числом, если его единственными делителями являются единица и оно само. Первые простые числа: 2, 3, 5, 7, 11 и т.д. Например, число 10 не является простым, потому что делится на 2 и 5. Простое число Мерсенна это простое число, имеющее вид 2P 1. Первыми простыми числами Мерсенна являются 3, 7, 31 и 127, соответствующие P = 2, 3, 5 и 7. Пока известно 50 простых чисел Мерсенна. Простые числа Мерсенна были в центре внимания теории чисел с тех пор, когда их впервые рассмотрел Евклид около 350 до нашей эры. Человек, именем которого назвали эти числа, французский монах Марин Мерсенн (1588-1648 гг.), создал знаменитую гипотезу о том, при каких значениях P можно получить простое число. Чтобы подтвердить эту гипотезу, потребовались 300 лет и несколько важных открытий. Сегодня есть мало практических применений этого простого числа, что заставляет некоторых задаваться вопросом: Зачем вообще искать такие большие простые числа? Подобные сомнения существовали и несколько десятилетий назад, пока наконец не были разработаны важные криптографические алгоритмы на основе простых чисел. Ещё семь хороших причин для поиска больших простых чисел изложены здесь. Предыдущие открытия простых чисел Мерсенна в рамках GIMPS были совершены участниками из разных стран.

Евклид доказал, что каждое простое число Мерсенна генерирует совершенное число. Совершенное число это число, сумма собственных делителей которого равно самому числу. Самым малым совершенным числом является 6 = 1 + 2 + 3, вторым 28 = 1 + 2 + 4 + 7 + 14. Эйлер (1707-1783 гг.) доказал, что все чётные совершенные числа являются результатом простых чисел Мерсенна. Последнее открытое совершенное число это 277232916 x (277232917-1). Это число имеет более 49 миллионов разрядов! Всё ещё неизвестно, существуют ли нечётные совершенные числа.

Арифметические алгоритмы, лежащие в основе проекта GIMPS, имеют уникальную историю. Программы, нашедшие последние большие простые числа Мерсенна, основаны на специальном алгоритме. В начале 1990-х ныне покойный Ричард Крэндэлл, выдающийся учёный из Apple, обнаружил способы удвоения скорости выполнения свёрток очень больших операций умножения. Этот метод применим не только ко поиску простых чисел, но и к другим аспектам вычислений. В процессе работы над этим проектом он также запатентовал систему шифрования Fast Elliptic Encryption, которая теперь принадлежит Apple Computer. В ней для быстрой шифровки и дешифровки сообщений используются простые числа Мерсенна. Джордж Уолтман реализовал алгоритм Крэндэлла на языке ассемблера, создав таким образом программу поиска простых чисел с беспрецедентной эффективностью. Эта работа привела к созданию успешного проекта GIMPS.

Школьные учителя используют GIMPS, чтобы заинтересовать своих учеников математикой. Студенты, запустившие на своих компьютерах ПО, вносят свой вклад в математические исследования.

Подробнее..

Перевод Какие инструменты будут установлены на Чрезвычайно большой телескоп?

18.06.2021 14:19:30 | Автор: admin

Проектирование и строительство инструментов для Чрезвычайно большого телескопа (ELT) началось в 2015 году. В данном переводе работы (Ramsay et al.) будет представлен краткий обзор плана создания приборов для ELT.

Любой вопрос или замечания Вы можете написать в комментариях. Также я открыт для личного диалога втелеграмеили беседы внашем чате. А еще у меня естьтелеграм-канало космологии.

Внешний вид ELT без "обшивки"Внешний вид ELT без "обшивки"

В декабре 2014 года Европейской южной обсерваторией было дано разрешение на строительство 39-метрового телескопа. Вместе с проектированием оптического устройства началась разработка компонентов телескопа план оснащения ELT предусматривает наличие инструментов для выполнения научной задачи телескопа, которые были выбраны научным сообществом ESO из концептуального проекта 2010 года (TheMessenger 140, 2010). На рисунке 1 представлена временная шкала разработки приборов.

Научная рабочая группа ELT выбрала первые для установки инструменты, которые будут введены в эксплуатацию вместе с первым светом:

  1. Монолитный оптический интегральный спектрограф, который имеет высокое угловое разрешение в ближнем ИК-диапазоне (англ.: High Angular Resolution Monolithic Optical and Nearinfrared Integral field spectrograph, HARMONI);

  2. Камера ближнего ИК-диапазона с мультиадаптивной оптикой (англ.: Multi-adaptive Imaging CamerA for Deep Observations, MICADO).

Также в разработке находятся системы адаптивной оптики:

  1. Модуль лазерное томографической адаптивной оптики (англ: Laser Tomographic Aaptive Optics, LTAO);

  2. Модули сопряженной адаптивной оптики (англ.: Multi-conjugate Adaptive Optics, MCAO и Multi-conjugate Adaptive Optics RelaY, Multi-conjugate Adaptive Optics RelaY, MAORY);

Данный набор инструментов позволит проводить на ELT широкоугольные обзоры неба, собирать огромную площадь регионов и производить первые необходимые исследования для проектов. Следующим инструментом по списку идет спектрограф, наблюдающий в среднем ИК-диапазоне на 3-14 мкм (англ.: Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, METIS) с односопряженной адаптивной оптикой (англ.: Singleconjugate Adaptive Optics, SCAO).

Roadmap разработки и фазы инструментаRoadmap разработки и фазы инструмента

Все вышеперечисленные приборы были одобрены к разработке и установке на ELT в 2015-м году. Предварительные проекты (PDR) для модулей HARMONI, а также MICADO и METIS состоялись в ноябре 2017, октябре 2018 и мае 2019 годов соответственно. Пакеты документов по каждому инструменту насчитывают несколько тысяч страниц, в число которых входят концепции дизайна, назначение и прочие. На текущий момент каждый из инструментов официально находится на этапе окончательного проектирования, и после окончательного рассмотрения проекта (FDR) они будут введены в эксплуатацию. Все инструменты с момента принятия их к разработке, кроме MAORY, практически не подверглись изменениям в ходе проектирования конструкцию MAORY существенно пересмотрели и оптимизировали с точки зрения технологичности и простоты в эксплуатации.

Как это всегда бывает, истинные требования инструментов со сложными техническими характеристиками к ресурсам были уточнены лишь в процессе совершенствования их конструкции: бюджет, масса и мощность, контроль вибрация, техническое обслуживание. Благодаря проведенному на высоком уровне проектированию устройств все инструменты перешли к завершающей фазе FDR без потери функциональности и производительности.

Чрезвычайно большой телескоп (ELT)Чрезвычайно большой телескоп (ELT)

Выше было рассказано лишь о тех устройствах, которые точно будут введены в эксплуатацию вместе с ELT. Но еще на первичной фазе исследований разработки ELT, происходящей в 2007-2010 годы, предполагалось использовать еще ряд инструментов:

  1. Многообъектный спектрограф (англ.: Multi-object Spectrograph, MOSAIC), который состоял из трех концепций (OPTIMOS-EVE, OPTIMOS-DIORAMAS и EAGLE);

  2. Спектрограф с высокой спектральной разрешающей способностью (англ.: Highstability Spectrograph, HIRES), который состоял из двух концепций (CODEX и SIMPLE).

Кроме того, на телескопе предлагается использовать инструмент ELT-PCS он будет выполнять одну из приоритетных и сложных задач, поиск и анализ экзопланет. Решение об установке устройства было принято в 2010 году. ELT-PCS будет введен в эксплуатацию чуть позже остальных приборов. Кроме того, для достижения экстремальных коэффициентов контрастности для наблюдений внесолнечных планет, для устройства разрабатывается уникальный коронограф.

Ну и напоминаю, о том, чтобы читатель не стеснялся задать вопрос или поправить меня в комментариях. Также у меня естьтелеграм-канал, где я рассказываю о последних новостях космологии и астрофизики, а также пишу об астрофотографии. Пишите мне вличкуилинаш чат. Всем добра!

Подробнее..

Оцениваем открытые и коммерческие цифровые модели рельефа

18.06.2021 14:19:30 | Автор: admin

В дополнение к открытым спутниковым данным, некоторые из которых перечислены в статье Общедоступные данные дистанционного зондирования Земли: как получить и использовать, существует и множество производных продуктов например, рельеф. Притом можно найти открытый рельеф разного пространственного разрешения, равно как и множество коммерческих, и появляется задача выбрать лучший продукт из доступных.


Сегодня мы рассмотрим открыто доступный рельеф пространственным разрешением 30 м и 1 м и сравним с коммерческим разрешением 1 м. Для сравнения и оценки рельефа разного масштаба используем методы анализа пространственного спектра, неоднократно описанные в моих предыдущих статьях, например, Пространственные спектры и фрактальность рельефа, силы тяжести и снимков В силу фрактальной природы рельефа, его спектр в двойных логарифмических координатах должен совпадать с линией, и мера этого совпадения и есть качество рельефа, а разрешение, начиная с которого компоненты спектра подчиняются закону фрактальности, его реальное разрешение. Как будет показано на высокодетальном открытом рельефе, выбранный метод оценки корректен.



Спутниковая карта Google Satellite наложена на детальный рельеф USGD NED DEM 1 м


Введение


Занимаясь разными задачами (геологического) моделирования, раз за разом я сталкивался с одними и теми же проблемами в используемом рельефе (как открыто доступном, так и коммерческом). Скажем, гидродинамическое моделирование затопления местности, построение трехмерной геологической модели (решение обратной задачи), спутниковая интерферометрия все это требует знания детального рельефа местности. Но какой рельеф ни возьми, если детально его рассмотреть, мы увидим огромное количество артефактов. Пусть визуальная оценка это дело субъективное, но и в пространственных спектрах наблюдается удручающая картина.


Рассмотрим ниже некоторые принципиальные особенности цифрового рельефа и далее проверим его качество на примерах от различных производителей.


Заявленное пространственное разрешение рельефа


Пространственное разрешение рельефа, даже построенного по одним и тем же исходным данным, варьируется в широких пределах в зависимости от территории. И, тем более, разное разрешение и точность имеют результаты, полученные разными способами скажем, методом триангуляции космоснимков и с помощью лидарной съемки. К примеру, для территории США доступно множество продуктов рельефа разрешением от 1 м до 30 м, так что вся территория страны покрыта рельефом 30 м и 10 м, а часть территорий доступны с разрешением 5 м и 1 м. Таким образом, единый рельеф разрешением 1 м на всю территорию США будет синтезом разномасштабных рельефов и получившиеся детализация и точность будут варьироваться по территории. В идеале, следовало бы объединять данные в спектральной области или с использованием интерполяции методом ближайшего соседа, на практике же часто используются нелинейные методы интерполяции, так что получившийся продукт содержит широкую полосу мусорных компонент пространственного спектра. При взгляде на такой рельеф становится понятно, что выглядит он как-то не так, но точную оценку можно получить лишь при анализе его пространственного спектра.


Заявленная вертикальная точность рельефа


Точность рельефа может определяться совершенно разными способами, например, как величина ошибки относительно набора референсных точек на поверхности или относительно исходных данных (вопрос точности которых это совсем другая история). Точность может указываться и так, к примеру: ошибка не более 5 м, что на самом деле означает ошибку не более 5 м с доверительным интервалом 95% (или другим), то есть вовсе не гарантирует точность 5 м для любого отдельно взятого пиксела или участка. Поскольку точность оценивается для отдельных пикселов и отдельных участков, для которых есть точные отметки высот, то в пределах большой территории может сильно варьироваться. Например, если 99% рельефа занимает плоская равнина с малыми перепадами высот и, следовательно, высокоточным рельефом, то оставшийся 1% рельефа может иметь точность в 100 раз худшую. Поэтому рельеф заявленной точности 5 м доступен на всю территорию планеты, а 10 см точности только выборочно. Но и это еще не все. Точность рельефа видимой поверхности (Digital Surface Model, DSM) соотносится к точности использованных для создания рельефа данных к измеренной поверхности (в зависимости от местности это может быть лес или скалы и так далее), так что при другом ветре и в другой сезон измеренные значения окажутся далеко за пределами заявленной точности. В случае же рельефа непосредственно поверхности планеты (Digital Terrain Model, DTM) есть разные методы исключения растительности (даже трава и кустарник дают погрешность по высоте более 10 см, не говоря про деревья), а оценка точности производится, как правило, по некоторым референсным точкам только на открытой местности.


Оценка реального пространственного разрешения рельефа


Поскольку и пространственному разрешению рельефа доверять нельзя, то нужны методы для объективной оценки чтобы корректно сравнить набор разных рельефов, зачастую, построенных разными способами. Одним из простых и надежных является метод анализа пространственного спектра для определения реального разрешения такого, что детали меньшего масштаба не являются достоверными. Поскольку ожидаемая форма спектра рельефа для всех масштабов определяется его фрактальной размерностью, то реальное пространственное разрешение рельефа равно минимальному масштабу, на котором его фрактальный спектр не искажен.


Оценка вертикальной точности рельефа


При выполнении анализа и обработки рельефа в частотной области, или домене (Frequency domain) вертикальная точность определяется шириной спектра. Обрезание спектра по реальному разрешению рельефа не изменяет его точности, поскольку обрезаемые компоненты не достоверны и не могут систематически улучшать оцениваемую точность. Это дает следующий критерий корректности величина отклонения рельефа с обрезанным спектром от исходного не должна превышать заявленную точность исходного рельефа. Далее, при наличии референсных наземных точек или точного рельефа (для отдельных участков) можно оценить рельеф стандартным способом вычисления ошибок. Кроме того, возможно использование спутниковой интерферометрии для вычисления вертикальных смещений точек поверхности между двумя моментами времени и сравнение этих смещений для двух рельефов, построенных по тем же данным радарной съемки и для тех же моментов времени.


Глобальный рельеф всей планеты ALOS World 3D 30m (AW3D30) вертикальной точностью 5 м, построенный методом триангуляции. Реальное разрешение 30 м


Это комбинированный открытый продукт размером около 220 ГБ, доступный на сайте производителя ALOS World 3D 30m (AW3D30) и на платформе Google Earth Engine (GEE) как ALOS DSM: Global 30m. Комбинированный он потому, что использует для заполнения пропущенных значений рельефы SRTM 30m, ASTER DEM и другие. На мой взгляд, является лучшим из открытых глобально доступных. Если SRTM содержит серьезные пиксельные артефакты, а ASTER DEM буквально кляксы некорректно интерполированных значений, то ALOS практически не грешит подобными проблемами. Анализ пространственного спектра в Python ноутбуке показывает следующий результат:



Для пространственного спектра рассматриваемого рельефа в двойных логарифмических координатах коэффициент детерминации R-квадрат равен 98% для масштаба от 30 метров. Таким образом, этот рельеф явно получен из более детального и действительно, поставщик также предлагает коммерческий рельеф разрешением 5 м и все той же вертикальной точностью 5 м.


Коммерческий рельеф 1 м, построенный методом триангуляции. Реальное разрешение skipped


Образец коммерческого рельефа со спутникового аппарата Pliades от компании Airbus DS Geo SA получен с официального сайта Elevation1 DSM + Pliades Ortho 0.5m pan-sharpened (Orthoimage included). Для целей тестирования я выбрал участок горной местности почти без техногенных объектов. Обратим внимание на лицензионное соглашение, которое разрешает только внутреннюю техническую оценку продукта ("to use the PRODUCT for internal technical evaluation purposes only") и запрещает публикацию любых результатов ("any derivative product or information"). В связи с этим, я опубликую только Python ноутбук, который вы можете запустить для собственной "внутренней технической оценки продукта", согласно лицензии, и получить точное значение пространственного разрешения. Обратите внимание, что отметка 60 м на графике пространственного разрешения в коде ноутбука поставлена исключительно для удобства оценки фрактальности спектра и я не несу ответственности за то, что она может вам показаться равной реальному пространственному разрешению рассматриваемого рельефа.


Аналогичная картина и со многими другими коммерческими продуктами рельефа, когда производители всеми способами скрывают информацию о реальном качестве их продуктов.


Рельеф США USGD NED DEM 1 м вертикальным разрешением 10 см, построенный по данным лидарной съемки. Реальное разрешение около 2 м


Предоставляется на Amazon AWS Staged Products Directory в виде ~7700 исходных zip архивов общим объемом около 1 ТБ и распакованным размером 1.7 ТБ. Реальная карта покрытия составляет примерно половину от официально заявленной я скачал все тайлы и сделал карту покрытия, на которой оказалось, что многие тайлы целиком или существенно перекрываются (хотя не должны, по документации перекрытие соседних тайлов составляет ровно 6 граничных пикселов). Содержит заметные пиксельные артефакты, но качество впечатляет по сравнению с рельефом, построенным методом триангуляции снимков. Анализ пространственного спектра в Python ноутбуке показывает следующий результат:



Для пространственного спектра рассматриваемого рельефа в двойных логарифмических координатах коэффициент детерминации R-квадрат равен 98% для масштаба от 2х метров (для масштаба от 4х метров R-квадрат равен 99%). Таким образом, как и следует из теории, точный рельеф фрактален на всех масштабах.


Заключение


С помощью качественного рельефа высокого разрешения можно выполнить гидродинамическое моделирование на поверхности, смотрите Гидродинамическое моделирование (CFD) на рельефе с помощью MantaFlow и визуализация результатов в ParaView, и построить детальные геологические модели как показано в статье Построение достоверных геологических моделей. При использовании методов фрактальной математики становится возможным выделение рудных объектов метрового масштаба, см. Пространственные спектры и фрактальность рельефа, силы тяжести и снимков. Также детальный рельеф помогает, при определенных условиях, уточнить спутниковые интерферограммы и получить более детальную картину отражения сейсмических волн от глубинных объектов и более точную модель смещений поверхности, см. Геология XXI века как наука данных о Земле и Вычислительная геология и визуализация.


В следующей статье мы рассмотрим синтез высокодетального рельефа по общедоступным открытым данным, используя статистические методы. В самом деле, нам доступны серии радарных и оптических космических снимков разрешением от 5 м, и улучшение открытого глобального рельефа 30 м до разрешения снимков выглядит очень заманчиво. Вот мы и проверим, как и насколько это возможно сделать.


Также смотрите


Подробнее..

Вторая причина остаться без зубов в 45 лет

17.06.2021 16:13:58 | Автор: admin
Нет, это не отколотые куски зубов. Это зубной камень, удаленный при типичной чистке зубов ультразвуком.Нет, это не отколотые куски зубов. Это зубной камень, удаленный при типичной чистке зубов ультразвуком.

Есть две причины по которым вы можете лишиться зубов. Первую вы уже знаете это кариес. Сегодня будем говорить про вторую воспаление дёсен и пародонтит. На самом деле мало иметь зубы без кариозных полостей. Если повреждён опорный аппарат зубов, то они такими красивыми и выпадут. Мы реально нередко пытаемся собрать рассыпающуюся челюсть годам к 45 из-за генерализованного пародонтита. Всё начинается с небольших зубных камешков и лёгкого покраснения дёсен, а заканчивается жёсткой патологической подвижностью, когда зуб буквально вынимается из лунки двумя пальцами.

Группы риска:

  1. Люди с плохой гигиеной. Впрочем, кариес лишит зубов раньше, чем пародонтит.

  2. Диабетики. У них проблемы с сосудами и местным иммунитетом.

  3. Курящие. У них тоже проблемы с сосудами. И да, вейпы несильно спасают: никотин токсичен сам по себе. Кроме этого, у курящих налёт прочнее фиксируется на эмали.

  4. Люди, чьи родители или ближайшие родственники имеют поставленный пародонтальный диагноз.

Дома невозможно полностью убрать все поддесневые зубные отложения. Это можно сделать только мощным ультразвуковым скейлером у стоматолога, и то не без труда. Поэтому, даже если вы хорошо чистите зубы дома, регулярная профессиональная гигиена вам всё равно необходима.

Поэтому, чтобы не брать потом ипотеку под залог почки на лечение, расскажу, что нужно делать задолго до появления проблемы. Буду показывать вам зубные камни, кровоточивость дёсен и то, почему пародонтит невозможно вылечить, а только приостановить.

Пародонт

Зуб и окружающие его ткани.Зуб и окружающие его ткани.

Мои коллеги несколько раз уже рассказывали об этом в прошлых постах, но коротко я повторю ещё раз. Пародонт это комплекс тканей, которые обеспечивают питание ваших зубов и позволяют им не выпадать, когда вы откусываете стейк. Сразу хочу сказать, что если вы будете гуглить англоязычные источники, то столкнётесь с путаницей терминов. В русском языке пародонт включает в себя:

  1. Дёсны.

  2. Периодонт.

  3. Цемент зуба.

  4. Надкостницу.

  5. Альвеолярные отростки челюсти.

Периодонт в русской терминологии это та часть пародонта, которая представляет собой тонкую щель между зубной альвеолой и самим зубом. Можно посмотреть на иллюстрации выше. В англоязычной международной терминологии пародонт = periodont, а отдельного периодонта в нашем понимании нет.

Нормальный здоровый пародонт позволяет амортизировать пиковую нагрузку, которая возникает при жевании и откусывании. Зуб немного погружается в лунку как на гидравлическом амортизаторе, после чего медленно выталкивается обратно за счёт давления крови в капиллярах. Процессу также помогает система крохотных связок, которые опутывают зуб со всех сторон. Одним концом они крепятся на цемент корня, а вторым к тканям альвеолярной лунки.

Кроме сложного связочного аппарата, лунка зуба содержит огромное количество барорецепторов, которые фиксируют нагрузку на зуб. Если вы укусили что-то очень твёрдое вроде косточки в варенике с вишней, то должны сработать ограничительные защитные рефлексы. В норме они должны прервать жевательное движение, чтобы вы не раздробили эмаль нагрузкой. Если у вас есть воспалительный процесс в области какого-то зуба, то эти же рецепторы заставят ваш язык подкладывать пищевой комок под здоровые зубы. Всё это нужно для того, чтобы ваши зубы прослужили как можно дольше, так как в дикой природе стоматологов не придумали.

Микрофлора полости рта

У нас во рту живёт зоопарк. Это нормально, стерильной полость рта мы сделать не сможем. Мы едим нестерильную пищу, целуемся и делаем кучу других вещей, которые добавляют новую порцию разнообразных бактерий и грибов в нашу полость рта.

Есть два класса микроорганизмов: аутохтонные и аллохтонные виды. Аутохтонные это постоянные виды, специфичные для этого биотопа. Аллохтонные это виды, которые случайно оказались в нетипичном для них месте. Например, внезапно попали в полость рта из носоглотки. Также к аллохтонным относятся те виды, которые вы можете занести, косвенно облизывая дверные ручки, если забываете мыть руки. Так можно затащить, например, кишечную палочку.

В норме всех чужаков должны очень быстро сожрать местные, и ничего плохого не произойдёт. Локальная микрофлора несильно рада конкуренции за еду и активно выделяет различные антибактериальные, антимикотические токсины, чтобы сдерживать рост конкурентов. Многие виды снижают уровень pH, что также подавляет рост непривычных к этому бактерий.

Чаще всего в нормальной микрофлоре выделяются Streptococcus mutans, Streptococcus salivarius, Streptococcus mitis, анаэробные пептострептококки, бактероиды, фузобактерии и сапрофитные нейссерии. Видовой состав может очень сильно варьироваться в зависимости от того, что вы едите, как чистите зубы, с кем целуетесь.

Иногда новые пришельцы могут вступать в коалицию с местными угнетаемыми видами. Тогда они устраивают небольшую революцию и отвоёвывают себе место под солнцем. Типичный пример такого симбиоза объединение фузобактерий и спирохет. В результате эти довольно малочисленные представители микробиома начинают размножаться и вызывают такие воспалительные заболевания, как гингивит и стоматиты. В тяжёлых вариантах, если собственный иммунитет не может ограничивать их численность, возникают язвенно-некротические поражения вроде ангины Венсана.

Всего в полости рта обычно выделяют три ключевые зоны, различные по своему микробиому:

  1. В зубных бляшках на коронках зубов, а в случае кариеса в кариозных полостях.

  2. В десневых бороздах.

  3. На спинке языка.

Причём, что логично, больше всего бактерий живёт там, где их никто не трогает, в десневой борозде. Мы не всегда хорошо чистим зубы, способствуя накоплению там пищевых остатков. Слюна тоже особенно не циркулирует в этой зоне и не может смыть всех расплодившихся микробов. Микробная концентрация в десневой борозде составляет порядка 200 миллиардов клеток на 1 г пробы. Для сравнения: в слюне их на несколько порядков меньше от 43 миллионов до 5,5 миллиарда на тот же объём.

Зубной камень

Зубной камень. Часто незаметный для носителя. Убрать можно только у стоматолога.

Зубной камень (зубная бляшка) это намертво прилипший к зубам и тканям десневой борозды твёрдый минерализованный конкремент. Процесс формирования идёт постепенно. Начинается всё с того, что у вас из-за неправильного прикуса, неудачных ортопедических или ортодонтических конструкций или из-за плохой гигиены начинает скапливаться зубной налёт в области десны. Где-то через двачетыре часа на поверхности ваших зубов начинают десантироваться первые бактерии, которые быстро формируют пелликулу плёнку из органических молекул и микроорганизмов. Дальше бактерии начинают прикрепляться ко всем шероховатым участкам эмали, где их не смывает немедленно слюной. Многие бактерии неспособны сами прикрепляться к эмали и ждут, пока другие не сформируют посадочную площадку. В итоге возникают причудливые структуры в виде кукурузных початков из круглых кокков вокруг нитевидных бактерий.

Итоговый результат зубной налёт из отвалившихся клеток эпителия, бактериальных полисахаридов и частично съеденных бактериями белков слюны. Всё это покрыто мукоидным гелем из муцина слюны. Получившаяся масса устойчиво держится на поверхности эмали.

Если зубной налёт так и не счистили при ежедневной гигиене, то он сильно меняется. S.sanguis и S.mutans быстро захватывают территорию и занимают до 70 % популяции. В результате поедания остатков углеводов pH зубного налёта стремительно снижается, вызывая деминерализацию эмали и убивая всех, кроме кислотоустойчивых видов. На 911-й день туда устремляются коринебактерии, актиномицеты и фузиформные бактерии. В итоге вначале зубная бляшка состоит из аэробных бактерий, которые любят наличие кислорода, и факультативных анаэробов, которые его не любят, но терпят. В финале остаётся почти исключительно анаэробная микрофлора, которая выживает только там, где кислорода нет.

Сама бляшка постепенно цементируется за счёт осаждения солей кальция из слюны, окончательно формируя что-то очень похожее на известковый налёт на капающем кране в ванной. Только в отличие от известкового налёта она содержит огромное количество бактерий, которые очень быстро начинают жрать окружающие ткани.

Пародонтит

Гингивит. Костная ткань на месте, изменения видны только глазами.Гингивит. Костная ткань на месте, изменения видны только глазами.

Начинается всё обычно довольно невинно. У вас появляется лёгкое раздражение в области дёсен. Чаще всего это лёгкий катаральный гингивит, который сопровождается незначительным покраснением. Если бактериальная микрофлора продолжит атаковать ткани зубодесневой борозды, то к покраснению и небольшому отёку начнёт присоединяться кровоточивость. Вы заметите это при чистке зубов. Ткани десны настолько повреждены и истончены, что любое физическое воздействие вызывает разрыв микрокапилляров и небольшое кровотечение. Что делает стандартный человек? Правильно, меняет щётку со средней жёсткости на мягкую. Ведь он так сильно чистит зубы, что аж до крови. Бактерии начинают радоваться более щадящей чистке, которая оставляет им больше еды, а кровоточивость усиливается. Что дальше делают некоторые люди? Полностью прекращают чистить зубы, так как это больно и кровь течёт. Дальше процесс идёт только с ускорением, поддерживаясь положительной обратной связью.

Часто процесс идёт без явного жёсткого воспаления, что делает его более коварным. Бактериальная микрофлора начинает постепенно жрать связочный аппарат зуба, связку за связкой. В итоге обычная нагрузка становится травмирующей. Вы кусаете яблоко, а оставшиеся структуры уже не в состоянии физиологично принять на себя нагрузку. Результат будет как после езды по ухабам со сломанными амортизаторами. Опорный аппарат начнёт повреждаться не только за счёт бактерий, но и из-за механических перегрузок.

Если часть зубов уже отсутствует, то нагрузка становится ещё выше, так как оставшиеся вынуждены работать за себя и за соседа. При здоровом пародонте, который всегда работает не на полную силу, это возможно. Именно поэтому можно в принципе создать мостовидный протез, в котором опорные зубы берут на себя нагрузку ушедшего. В случае больного пародонта это будет добивающим фактором, который только ускорит разрушение оставшихся связок, деградацию кости и потерю зубов.

Выраженный пародонтит и гингивит. Дёсны синюшные, массовые скопления зубного налёта и камня.

По мере развития пародонтита мы можем видеть убыль костной ткани и обнажающиеся корни зубов. Вместо нормальных десневых сосочков появляются некрасивые чёрные пустые треугольники.

В тяжёлой форме пародонтита, как на иллюстрации выше, можно увидеть очень агрессивную убыль костной ткани. Обратите внимание, что зубы фактически держатся на нижней трети своих корней. Естественно, что никакую нагрузку такие зубы выдерживать уже не могут. Появляется подвижность, которая неизбежно заканчивается тем, что однажды зуб остаётся торчать в яблоке после укуса.

Самое неприятное во всей этой истории то, что пародонтит необратим. Совсем необратим. Если процесс запущен, то лучшее, что может сделать врач, это остановить процесс на той стадии, на которой успели поймать. Да, есть возможность костной пластики, пластики слизистых, но это уже всё равно не вернёт родной опорный аппарат зуба, сложную структуру связок и рецепторов.

Также стоит учитывать, что часто этот процесс может идти довольно безболезненно. Но вовсе не потому, что всё хорошо, а потому, что мёртвым тканям попросту не больно. Бактерии уже сожрали рецепторы и продвигаются дальше под тихое молчание встроенной сигнализации.

Что провоцирует

Пародонтит сложное заболевание. Зависит от иммунного статуса, агрессивности микрофлоры и других факторов. Но есть несколько ключевых вещей, которые однозначно являются отягощающим фактором. Это сахарный диабет и курение. Они оба приводят к повреждениям артериол среднего и мелкого калибра, ухудшая кровоснабжение. Именно поэтому, например, так плохо у людей с некомпенсированным сахарным диабетом заживают любые раны. Кстати, это ещё и важный фактор риска при постановке имплантов. Там тоже важно быстрое развитие полноценной сосудистой сети в зоне имплантации.

Если у таких пациентов начинается пародонтит, то он, как правило, протекает куда агрессивнее и быстрее, чем у других.

Есть ещё одна категория беременные. Разумеется, беременность ни в коей мере нельзя отнести к патологическим состояниям, но это всё равно очень большая нагрузка для всего организма. В частности, в результате подготовки тканей матки и слизистых половыми гормонами заодно цепляет и другие слизистые в организме. Слизистая полости рта разрыхляется, становится отёчной. Особенно ярко это проявляется в последнем триместре беременности. Так что гингивиты у беременных это совершенно типичное явление. В сочетании с тем, что ребёнок выедает весь кальций, до которого может дотянуться, они переходят в особую группу риска по кариесу и болезням пародонта. После родов эти риски быстро снижаются.

Профилактика дома

Ацтеки знали толк не только в торакальных операциях на открытом сердце, но и в способах борьбы с зубным камнем и гингивитом:

При болезни зубного камня на зубах и коренных зубах необходимо, дабы у нас его не было, мыть зубы холодной водой, и чистить сукном, и измельчённым углём, и вымывать солью. Также следует мыть или чистить особым корнем под названием тлатлаукапатли с солью и перемешать кошениль с чили [стручковый перец] и солью, приложить к зубам. С помощью этого лекарства выскрести зубы, вымыть рот и с помощью ночестли, смешанного с чили и солью, затемняются зубы. Также нужно положить особое лекарство под названием тлильтиктламиауалли, хотя оно служит для затемнения самих зубов и окрашивает наши зубы в чёрный цвет, или для полоскания зубов мочой, или прикладывается к нашим зубам чичик куауитль, или промывания местной лебедой истауйатлем, или водой с особой корой дерева, называющегося куаутепустли, или приложить порошок этой коры к зубам. Неплохо бы снять затвердевший зубной камень каким-нибудь железом, а потом приложить немного смолотых квасцов и червеца с солью и чили.

Сейчас есть более эффективные способы профилактики, однако их методы не лишены смысла. Обратите внимание, в частности, на использование жгучего перца в рецептах. Капсаицин алкалоид, стимулирующий ванилоидные рецепторы, он вызывает резкое улучшение микроциркуляции крови в пародонте. Сейчас некоторые из лечебных паст содержат экстракт жгучего перца с теми же целями. Кроме того, лечебные зубные пасты часто солёные. Это сделано специально для снятия отёка. Вода в результате осмоса устремляется из отёчных дёсен наружу, отёк спадает, и снижается болезненность. Кроме этого, солёный вкус стимулирует выделение слюны, которая также помогает за счёт своих защитных свойств. В более тяжёлых случаях врач может назначить зубные пасты, содержащие антисептик, например, хлоргексидин. Также выпускают специальные жевательные резинки с антисептиками, но у нас они не очень популярны.

Важно не забывать, что все лечебные пасты являются лечебными. Не лечебно-профилактическими. То есть вы должны применять их, только когда назначит врач. Если бесконтрольно убивать микрофлору антисептиками вроде того же метронидазола в геле можно вырастить ещё более агрессивную флору, которая займёт место убитых. Те же грибы и дрожжи будут очень рады.

Резюме:

  1. Идеальная гигиена ваш друг.

  2. Чистить надо не только зубы сверху, но и пришеечную область возле дёсен.

  3. Лечебные пасты и составы применять только по назначению врача и строго ограниченным курсом.

Чистить зубы непросто

Зубной камень. Дома отодрать можно разве что плоской отверткой, но делать так не надо.

Когда я говорю, что пациент не может сам удалить зубной камень, у него в глазах часто прям загорается фрагмент с Барни и его фразой Challenge accepted. Реально был случай, когда пожилой мужчина решил, что по таким вопросам стоматологов беспокоить не стоит, и старательно снимал зубной камень маникюрными ножницами. Через год всё равно пришёл, но уже с множественными травмами и микроповреждениями дёсен.

На самом деле при хорошей гигиене зубной камень не превращается в ужасающую кальцифицированную монопластину, как челюсть у черепахи. Камешки небольшие, аккуратно себе лежат под десной и медленно разрушают пародонт. При этом сами зубы могут быть красивыми, ухоженными и без кариеса. Видно их только стоматологу, который со своими зеркалами и микроскопами может подлезть в самые далёкие уголки вашей полости рта.

Фотография скейлера и насадки.Фотография скейлера и насадки.

Раньше для удаления зубного камня использовались ручные экскаваторы. Это такие крохотные острозаточенные ложечки. Немного похожи на инструменты для резьбы по дереву. Через час работы кисти рук хотелось просто макнуть в ледяную воду и не вынимать. Сейчас задача снятия зубного камня выполняется ультразвуковым скейлером. Этот аппарат подаёт воду на кончик насадки, которая вибрирует с частотой в районе 22 кГц. Смысл тот же, что и в УЗ-ваннах для мытья электронных плат и ювелирных изделий, но за счёт концентрации энергии в одной точке инструмент позволяет разрушать даже самые застарелые и прилипшие конкременты. Кроме того, он также позволяет выгрести из десневых карманов всю мёртвую органику и бактериальные образования, которые там накопились. При необходимости эта процедура выполняется под местной анестезией, так как может быть весьма неприятна.

Я уже говорила о том, что ткани поражённого периодонта воспалены и сильно кровят. Так вот. У таких пациентов процедура может быть весьма кровавой, но это нормально. В скейлер заливается не просто дистиллированная вода, а специальный антисептик. После этого врач просто вычищает слизь, гной, мёртвые ткани и всё, что накопилось под десной. После процедуры все дёсны ещё сильнее воспаляются и могут какое-то время кровить. Однако через несколько дней наступает резкое улучшение, так как мы убрали всё то, что стало причиной заболевания. Слизистые успокаиваются и приходят в норму. Здесь можно провести аналогию с удалением инородного тела вроде занозы. Пока мы не извлечём его, пусть даже с хирургическим разрезом, инфекция так и будет прогрессировать, что ни мажь сверху. Поэтому без помощи врача тут не обойтись. Если посадить случайного человека почистить зубы, то у него, скорее всего, получится не лучше, чем при обычной повседневной чистке. Надо точно знать, где искать скопление конкрементов, под каким углом и какой мощностью их снимать, чтобы не травмировать дёсны и круговую связку зуба. А иногда продолжать процедуру, если льются кровь и другие выделения.

И что дальше?

Тяжелый пародонтит. Обратите внимание, какое количество зубных отложений скололи с удаленного зуба.

Просто устранить бактерии недостаточно. Пародонтит в принципе необратим: сожранные связки уже никто не восстановит. У таких пациентов неизбежно будут возникать условия для повторного прикрепления бактерий и новых зубных бляшек. Поэтому при очень выраженных патологических десневых карманах мы проводим их кюретаж специальными инструментами. При этом как бы соскабливаются дно и стенки карманов, чтобы убрать остатки бактерий и обеспечить хорошие условия для дальнейшей пластики. После кюретажа хирург-пародонтолог проводит пластику дёсен. При этом частично или полностью восстанавливается эстетика. Мы стараемся убрать эффект обнажённых корней и чёрных провалов между зубами. В тяжёлой стадии полностью это устранить не получится.

Также возможны и костно-пластические операции с добавлением остеопластических материалов, чтобы частично восстановить утраченные костные структуры. Исходное состояние мы не вернём, но можем, например, создать условия для имплантации. Где-то подвижные зубы шинируются стекловолоконными лентами для фиксации их в единый блок. Все процедуры очень сильно варьируются в зависимости от клинической ситуации. Может, позже расскажу поподробнее об этом.

И всё же я бы советовала заниматься профилактикой в начальной стадии, нежели разгребать потом весь этот ужас. Поэтому вот простой список того, что вам нужно:

  1. Хорошо чистите зубы. Просто, примитивно, но очень важно.

  2. Бросайте курить.

  3. Если появилась кровоточивость удвойте контроль за качеством чистки. Если щадить дёсны и оставлять налёт, то вы сделаете только хуже.

  4. Зубной камень образуется даже при отличной гигиене, пусть и медленно. Убрать его может только врач, который сможет залезть под десну и вычистить всё ультразвуком. Это нужно делать как минимум дважды в год.

  5. Если у вас уже есть пародонтит, то он никуда не денется. Но вы можете держать его в состоянии вечной ремиссии, если будете регулярно посещать стоматолога.

Подробнее..

Просто возьми интеграл

17.06.2021 18:06:38 | Автор: admin

Как учить английские слова: неочевидное о вероятном

На вопрос Как учить слова? мы чаще всего получаем в ответ указание, где их взять, эти слова, и какие именно слова надо учить. Например, из сериалов и клише разговорной речи. На вопрос Как? еще отвечают: повторяй вслух за героями сериала, делай карточки в квизлете, лепи стикеры со словами на стену, приделывай суффикс - tion, придумывай ассоциации к английским словам. Наконец, самый любимый ответ препода - просто возьми и выучи.

Просто возьми интеграл! Просто возьми интеграл, просто почини мой компьютер, просто построй дом, запусти ракету на земную орбиту... Вот тебе список и перевод, учи.

Такой спартанский подход работает только с лингвистами. Но не потому, что они спартанцы, а потому, что они учат слова не только списками. Неудивительно поэтому, что в обучении языкам появился запрос на лайфхаки.

Лайфхаков полно, и многие из них, в принципе, рабочие. Вопрос в том, что понимается под учить слова.

Возьмём за основу утверждение: рассказать о 100 фразах не равно научить 100 фразам. Равно как и прочитать 100 слов не равно выучить 100 слов. Вот так просто, да. Не равно, не равно, не равно - даже если очень хочется.

Для того, чтобы понимать, как что-то делается, надо определить границы этого самого что-то. Предлагаем небольшой тест, который поможет в этом нелегком деле. Что значит выучить слово? Варианты ответа:

а) знать, что слово значит

б) знать, как слово употреблять

в) узнавать слово в речи/на письме

г) активно слово употреблять

д) всё из вышеперечисленного

Не важно, что думают преподы (как правило под выучить всё же подразумевается вариант д), важно, что очень часто заинтересованным в расширении своего словарного запаса людям предлагают только а. Реже говорят о б или в, практически никогда о ги тем более - д.

Есть ли смысл в том, чтобы знать только перевод некой языковой единицы и больше ничего? Смысл есть, но он очень небольшой, - знать перевод не значит уметь употреблять слово.

Если согласиться с тем, что выучить познакомиться, то дышать становится легче. Следующий логичный вопрос: а как учить-то? Отложите копировальные машинки, лайфхаки будут позже и совсем немного, потому как мы считаем, что карточки, приложения и иные хитрые способы мало что значат без осмысленного подхода. Мы пойдём другим путём.

Самое первое - и оно же самое неочевидное, на наш взгляд: изучение слов - это не цель, и никакого результата тут нет и быть не может. Иностранный язык всегда найдёт способ дать поддых, ведь он учится быстрее, лечится лучше и проживёт дольше любого человека, на нём говорящего, носитель он там или не носитель.

Из этого тезиса следуют два важных момента:

  1. 100 слов за месяц и всё такое прочее - не работает

  2. выучить один раз и запомнить навсегда - не получится

Наша мысль такая: когда мы учим слова, мы работаем НЕ на результат. Если мы выучим 10 слов и больше никогда к ним не вернемся, то мы их забудем. Если мы вернемся к забытым словам, напереворачиваем с ними карточек, а потом опять забросим - мы мало что удержим в памяти. Для нашего мозга - забытые слова всё равно что абырвалг, он их не воспринимает как смыслы. Абырвалг, мутабор, consciousness - мозгу всё едино. Поэтому отбросим всякую надежду на результат. А что же останется? Процесс.

Вот именно это и есть изучение слов - это фон, долгоиграющий проект, одним словом - процесс, притом процесс нелинейный. Вы регулярно погружаетесь в некое облако слов, которое - внимание! - создаёте себе сами. Тут найдут себе применение всевозможные приложения и платформы с карточками и упражнениями, типа Quizlet, Anki, Brainscape -их много. Важно: создание облака - дело рук изучающего. Ничего, что делается бесплатно и/или кем-то другим, вам не пригодится и пользы не принесёт. Сами, всё сами.

А как же система? А её нет. У облака нет границ, структуры и определённости. Напоминаем: у вас нет цели, нет результата, которого надо достичь, есть только процесс и регулярное повторение практически одного и того же. Вы учите те слова, которые вам необходимы, нравятся, важны - нужное подчеркнуть, причём учите каждый день. Ну ладно, можно через день.

Понятно, что при таком подходе ни о каких 100 словах за месяц не может быть и речи. Но зато не нужно заучивать наизусть! Писать диктанты, пытаться запомнить всё до последней буковки - это тоже разрешите себе не делать. Позвольте себе забывать слова, догадываться об их значениях без точного перевода и расширять таким образом пассивный словарный запас. Вы, кстати, знали, что активный словарь - это только 10% от всей массы слов в нашем запасе?

Такой подход ещё и обеспечит гибкость в выборе техник. Читать любимую литературу и выделять интересные слова? Да, заверните два. Запоминать слова тематически, ассоциативно, при помощи стикеров на предметах обихода? Легко. Создавать языковые сценарии взаимодействия с миром и населяющими его индивидами? Без проблем. Попробуйте все известные вам техники, выкиньте на помойку те, что вам не подходят, и учите так, как удобно вам.

А по сколько слов в месяц - 10, 16, 20, 36, 38, 40 или 158 - это абсолютно не важно.

Одно из чисел в предыдущем предложении - это количество грамматических времён по версии Майкла Халлидея, "Introduction to Functional Grammar".

Подробнее..

Hyperloop почему о нем ничего не слышно и кто продолжает работу

17.06.2021 20:21:19 | Автор: admin

В 2013 году Илон Маск предложил идею создания скоростной транспортной системы, которая способна в разы сократить время, которое мы тратим на перемещение из точки А в точку Б. Сокращение достигается благодаря очень высокой скорости перемещения пассажирских капсул вплоть до 1200 км/ч. Ну а такую скорость предполагается развивать благодаря магнитной левитации и вакууму в туннелях. Их проще всего прокладывать над поверхностью земли, а не строить подземные туннели.

На протяжении нескольких лет многие СМИ очень часто говорили о Hyperloop, обсуждая возможное время реализации проекта, его стоимость, технологии и тому подобные вещи. Но сейчас об идее Маска как-то прекратили вспоминать. Означает ли это, что проект умер? Давайте посмотрим.

Кто строит Hyperloop?


Чтобы не возникло путаницы между разными проектами, стоит вспомнить, кто именно занимается реализацией идеи. Она, к слову, не принадлежит Маску. О поездках, которые со скоростью самолета перемещаются в туннелях без воздуха, начали говорить еще в XIX веке. Научное обоснование последовало в XX веке, идею неоднократно обсуждали, но никто так и не решился попробовать.


Так вот, сразу после того, как Маск вспомнил об этом, он заявил, что патентовать ее не будет, чтобы дать возможность всем желающим заняться ее реализацией. Желающих оказалось много, но делом занялись две компании:

Hyperloop Transportation Technologies, компания, которая называет себя последователем идеи Маска. Она объединяет разные организации со всех стран мира. В проекте участвуют ученые, инженеры, технологи, разработчики всего около 800 человек. Все это в большинстве случаев бесплатно. В этой организации нет четкой структуры: насколько можно понять, кто чем хочет тем и занимается.

У этой компании есть небольшой исследовательский центр, но вот уже пару лет о нем ничего не слышно. Время от времени публикуются красивые рендеры, и, в общем-то, на этом все.

Virgin Hyperloop изначально эта компания называлась Hyperloop One, но затем в нее вложился Ричард Брэнсон, и она получила название Virgin Hyperloop. Вот здесь активность заметна, поскольку компания работает именно как коммерческая организация. В состав совета директоров входят достаточно известные предприниматели, которые ранее в разное время участвовали в проектах компаний SpaceX, Tesla, PayPal и т.п. Для примера вот пара имен: сооснователь JumpStartFund Дирк Алборн (Dirk Ahlborn) и президент SpaceX Гвинн Шотвелл (Gwynne Shotwell).

Что делают эти компании?


У Hyperloop Transportation Technologies не так много кейсов. По большей части представители этой организации что-то время от времени заявляют.

Правда, на днях стало известно, что лондонская архитектурная компания Zaha Hadid Architects подписала соглашение о сотрудничестве с Hyperloop Italia. Последняя как раз входит в Hyperloop Transportation Technologies.

Итальянская компания планирует построить маршрут между Миланом и аэропортом Мальпенса. По словам представителей, трасса сократит время поездки с 45 минут всего до 10. Преимущество трассы в том, что она будет относительно небольшой, так что на ее примере можно будет отработать реализацию концепта Hyperloop и посмотреть, насколько все это работоспособно как в технологическом, так и экономическом плане.


На данный момент, о проекте известно немного. Основатель заявляет, что энергия будет поставляться из альтернативных источников, а строительство будет вестись с использованием экологически чистых материалов. Но это все слова, а вот публикаций с информацией о технологиях, стоимости и других подробностях нет.

Известно, что основана компания в 2020 году, а количество сотрудников не превышает полсотни человек. Вот их страничка в LinkedIn.

Собственно, от HTT это все больше никаких признаков жизни в медиаполе они не подают. Возможно, проблема как раз в распределенной работе и бесплатном труде энтузиастов идей много, но единой направляющей нет, кто за что отвечает, тоже непонятно.

А вот Virgin Hyperloop как раз работает и весьма активно. У этой компании, поддержанной Ричардом Брэнсоном, много всяких событий, новостей и прочего.

Например, в ноябре 2020 года именно Virgin Hyperloop впервые испытал прототип капсулы с пассажирами. При этом пассажирами были не люди со стороны, а главный технический директор компании Джош Гигель и директор по работе с клиентами Сара Лучиан.


Скорость испытательной капсулы в тестовом тоннеле была сравнительно небольшой 172 км/ч. Это ничто по сравнению с заявленными ранее 1200 км/ч. Тем не менее, компания продолжает строить испытательные площадки и проводит тесты, так что работа ведется. Капсула с руководством тестировалась в 500-метровом тоннеле. Это расстояние капсула преодолела за 15 секунд.

Кроме того, Virgin Hyperloop строит научно-исследовательский центр по изучению возможностей нового транспортного средства. Строительство ведется в Западной Вирджинии, США. К основному корпусу планируют подключить испытательную ветку Hyperloop, которая поможет тестировать систему, доводя ее до финального варианта.


Компания всеми силами старается сделать его центром не только в Вирджинии, но и США, да и всем мире. Там планируется открыть около 13 000 рабочих мест, включая IT и инженерные должности.

В мае этого года компания заявила о намерении запустить новый транспорт на коммерческой основе к 2027 году. Причем речь как раз идет о скорости в 1200 км/ч. Инженеры доработали аккумуляторы, силовую электронику и ряд датчиков капсулы кстати, каждая из них рассчитана не на 2 пассажира, которых мы видели в ролике выше, а на 28 человек.

Несколько дней назад руководитель компании дал обширное интервью, в котором продолжает с оптимизмом смотреть в будущее. Например, он заявил, что в мае 2021 обсудил проекты компании с группой Transportation and Infrastructure Сената США. Здесь людей с улицы выступать не приглашают, так что можно надеяться на относительно скорое появление Hyperloop.

Кстати, есть и другие компании, которые занимаются изучением технологии. Например, в Южной Корее даже построили макет, который позволил тестовой капсуле преодолеть скорость в 1019 км/ч. Масштаб получившейся установки не очень большой 1:17, но, тем не менее, все работает.

Еще есть компания Zeleros из Испании, которая получила около 7 млн евро на разработку собственного проекта, плюс Hyper Poland, которой предоставили 500 тыс. евро. Все это лишь зачатки какого-либо серьезного проекта, но вполне может быть, что что-то выстрелит.

Оптимизма добавляют эксперты, которые прогнозируют увеличение объема рынка Hyperloop до $6.6 млрд к 2026 году. Среднегодовые темпы роста рынка составят около 40,4%.

Впереди ни облачка?


Не совсем так. На Hyperloop сильно повлияла пандемия коронавируса, задержав реализацию нескольких проектов. Та же Индия, которая собиралась строить у себя пробный участок дороги, отказалась от проекта потому, что у страны появилась гора проблем, связанных с COVID-19.

Кроме того, система очень дорогая, проекты требуют средств, исчисляемых миллиардами долларов США, выделить которые готов не каждый инвестор.

Еще одна задача безопасность системы. Да, руководитель компании проехал по тестовой трассе, но со скоростью, которая почти в 10 раз меньше расчетной. В Сети активно обсуждают, что будет, если капсула сорвется. С другой стороны, в мире полным-полно не менее опасных технологий, а ими все же пользуются.

Но как бы там ни было, одна компания точно готова вкладывать деньги в проект и развивать транспортную инфраструктуру Hyperloop. Хотелось бы надеяться, что Ричард Брэнсон не отступит от своих планов и доведет дело до конца, несмотря на пандемию и другие проблемы.

Подробнее..

Линейные двигатели внутреннего сгорания в роли портативных источников энергии и не только

18.06.2021 10:22:12 | Автор: admin


Более 100 лет известен такой механизм, как двигатель внутреннего сгорания.

Двигатели данного типа применяются повсеместно, как наиболее распространённый способ преобразования химической энергии в механическое движение.

Однако существует еще один вид совершенно замечательного двигателя который называется линейным двигателем внутреннего сгорания. Простота устройства, высокая скорость работы и эффективность делают такой двигатель весьма перспективным, для использования в рамках множества задач.

Все двигатели внутреннего сгорания можно условно подразделить на три крупных вида:

1) двухтактные:

image

в них процесс осуществления полезной работы и наполнения цилиндра двигателя новой порцией смеси для сжигания, производится за 2 движения поршня. При движении поршня вниз производится полезная работа, при движении его в обратном направлении, то есть верх, осуществляется сжатие поступивший смеси, для последующего её сжигания;

2) четырехтактные:

image

в них процесс осуществления полезной работы, продувка цилиндра от продуктов сгорания и заполнение его новой порцией смеси, осуществляется за 4 движения поршня:
  • при первом движении поршня вниз, осуществляется полезная работа;
  • при последующем движении поршня вверх, происходит продувка цилиндра от продуктов сгорания;
  • при втором движении поршня вниз, осуществляется заполнение цилиндра свежей порцией смеси;
  • при последующем втором движении поршня вверх, происходит сжатие поступившей свежей смеси, для последующего её сжигания.


3) дизельные двигатели:

image

суть которых заключается в том, что сжигание смеси происходит за счёт резкого повышения давления, а следовательно и температуры, которая собственно и поджигает поступившую в цилиндр смесь.

Кроме того, существуют различные комбинации между этими перечисленными выше тремя видами. Однако, несмотря на попытки инженеров как-то скомбинировать эти три подхода, в основном, прижились именно они, в чистом виде.

Несмотря на широкое распространение двигателей внутреннего сгорания, существует один особый подвид двигателей, который хоть и не получил широкое распространение (на которое он вправе рассчитывать), тем не менее, в некоторых сферах он всё равно применяется.

Это двигатели внутреннего сгорания линейного типа:

Суть таких двигателей заключается в том, что они существенно проще классических двигателей внутреннего сгорания. Проще потому, что в их конструкции полностью исключена такая массивная и сложная система деталей, как кривошипно-шатунный механизм.

Оппозитный поршневой двигатель с внешним сжатием
image

Двигатель с противоположным поршнем и внутренним сжатием
image
Однопоршневой двигатель одностороннего действия с возвратным механизмом
image

Свободнопоршневой двигатель
image

Свободнопоршневой двигатель двойного действия
image

В обычных двигателях данный механизм служит для того, чтобы произвести полезную работу, а также вернуть поршень в изначальное положение, которое он занимал до начала движения.

Система получается достаточно стабильной, прогнозируемой, может быть легко настраиваемой.

Однако, такое усложнение системы не проходит даром, это приводит к тому, что существенно усложняется механизм в целом, утяжеляется двигатель, возникают разнообразные паразитные явления, которые приводят к повышенному износу цилиндро-поршневой группы.

Среди таких явлений можно назвать знакопеременные нагрузки на поршень, которые оказывают на него раскачивающие движения влево/вправо. Данные движения приводят к повышенному износу поршня и цилиндра.

Кроме того, наличие больших вращающихся масс, приводит к паразитным вибрациям, которые расшатывают конструкцию в целом и увеличивают затраты энергии на осуществление движения.

В отличие от таких классических двигателей, линейные двигатели внутреннего сгорания лишены всех этих недостатков: по своей сути, они представляют собой просто поршень, движущийся прямолинейно и не имеющий каких-либо кривошипно-шатунных механизмов.

Каким же тогда образом, поршень возвращается в первоначальное положение? Для этого существует множество схем.

Среди наиболее распространенных подходов, применяются:
  1. использование противоположной рабочему цилиндру камеры, в качестве газовой пружины;
  2. уравновешивание одного поршня другим, точно таким же поршнем, движущимся в противоположном направлении;
  3. связывание двух поршней движущихся в противоположных направлениях жёсткой рычажной сцепкой;
  4. отсутствие какого-либо балансирования движущегося поршня, за счёт того, что вся система установлена на жестком массивном основании. Это позволяет гасить возникающие вибрации;
  5. иные конструкции, а также комбинации всего вышеперечисленного.


Линейный двигатель внутреннего сгорания позволяет очень легко реализовать эффективный генератор электрического тока.



По сути, для создания такого генератора необходимо просто быстро перемещать, закреплённый на связанной с поршнем оси, сильный магнит, сквозь кольцевую обмотку статора, например, как в этом трясущемся фонарике:

image

Благодаря своей простоте, данные двигатели могут развивать достаточно большие скорости. В частности, имеется информация о достижении такими двигателями частоты в 390 Герц (390 движений поршня в секунду и, соответственно, 23400 в минуту).





Кроме того, двигатели данного типа могут быть использованы в качестве компактных и мощных источников энергии, достаточно простой конструкции. Именно это привлекает к данным двигателям повышенное внимание оборонной промышленности по всему миру.

Некоторые исследователи проводят достаточно интересные опыты, которые позволяют детально оценить эффективность таких двигателей.

В частности, группой учёных была проведена серия работ, направленная на исследование применимости линейных двигателей в военных нуждах.

Исследователи во главу угла ставили возможность создания миниатюрных систем и возможность обеспечивать высокую плотность хранимой энергии, несмотря на свои небольшие размеры.

Для этого был разработан двухтактный двигатель линейного типа, который для возврата поршня в изначальное положение использовал в пружину, с прямоугольным сечением проволоки в ней.

image
(Источник картинки: "4" в списке использованных источников, под этой статьёй)

Тесты показали, что генераторы данного типа обладают очень большим потенциалом. А именно, они могут работать на очень большой частоте, в течение продолжительного времени.

image
Генератор на 300 ватт и на 5 ватт в сравнении со стандартной батарейкой, формата АА (Источник картинки: "4" в списке использованных источников, под этой статьёй)

В ходе поставленного эксперимента, показанный на рисунке генератор, мощностью 5-10 Вт, проработал в течение 100 часов, работая с частотой в 390 Герц. При этом КПД генератора составил 90%.

В ходе тестирования были выявлены следующие существенные моменты:
  • из-за отсутствия жесткой связи с отсутствующей кривошипно-шатунной системой, генератор имеет переменную степень сжатия, которая позволяет ему легко работать с разными видами топлива, в режиме цикла Дизеля. Другими словами, двигатель может легко воспламенять любое топливо, используя в качестве зажигающего воздействия высокую температуру от сжатия;
  • благодаря отсутствию знакопеременных нагрузок, раскачивающего типа, которые являются одними из основных, в стандартных двигателях с кривошипно-шатунным механизмом, данный генератор может хорошо работать с минимальной смазкой или совсем без оной;
  • плотность энергии, хранимой в качестве химического топлива и вырабатываемая с использованием данного генератора, превосходит как аккумуляторные батареи любого типа, так и топливные элементы;
  • миниатюрность размеров, высокая плотность хранения энергии, дешевизна производства делают генераторы такого типа особенно привлекательными для использования их в качестве миниатюрных источников энергии, для небольших летающих дронов военного назначения.


image
Плотность хранимой энергии, по сравнению с перезаряжаемыми аккумуляторами

Почему же, при таких очевидных преимуществах такого типа двигателей, они не получили широкого распространения и не вытеснили так хорошо известные нам двигатели с кривошипно-шатунным механизмом?

Наверное, ответ здесь заключается в том, что мир стал в определенной степени заложником сложившейся инфраструктуры, крупномасштабных производств и сети сервисных компаний, ориентированных на работу с классическими двигателями внутреннего сгорания.

Это одна сторона проблемы, вторая заключается в том, что линейный двигатель внутреннего сгорания постоянно находится в зоне риска. Это проявляется в том, что двигатели постоянно балансирует на грани разрушения.

Этот риск является следствием того, что быстро движущийся поршень не имеет, как правило, какого-либо физического ограничителя (конструкции двигателей, которые требуют жесткой сцепки между поршнями, мы сейчас осознанно опустим, так как любой инженер, старается использовать все преимущества такого типа двигателей).

А для этого требуется отказаться от каких-либо жестких сцепок и заставить двигатель работать исключительно с помощью контроля его движения с применением разнообразных факторов: сжимающихся газовых пружин; синхронно движущихся в разных направлениях и так же синхронно сходящихся в центре уравновешенных поршней и т.д.

Нетрудно заметить из данного описания, что осуществление четкой синхронизации и контролируемого течения данного процесса, является весьма нетривиальной задачей и решается с переменным успехом.

При выходе же данного процесса из-под контроля, это сразу же приведет к разрушению одного или нескольких поршней, а также цилиндров (ввиду удара поршней в соответствующие донышки цилиндров).

Если же полностью отказаться от идеи устранения вибраций такого двигателя, используя одноцилиндровую схему, это приведет к возникновению сильных вибраций, которые должны быть погашены массивным основанием.

Есть ещё одна неочевидная проблема, которая касается сложности пуска двигателей данного типа (мы ведь не забыли, что стараемся выжать из двигателя всё, поэтому мы не используем каких-либо жестких сцепок).

Обычно, пуск двигателя такого типа осуществляется с использованием импульса сжатого воздуха.

Все эти причины в своей совокупности, сдерживают широкое распространение этих двигателей на коммерческом рынке.

Однако, в последнее время, ввиду широкого распространения разнообразных микроконтроллеров, делаются попытки по электронно-компьютерному контролю процессов, протекающих в двигателе рассматриваемого типа.

В частности, наблюдаются следующие подходы:
  1. ШИМ-контроль, когда для управления движением поршней, используется электрогенератор, связанный с движущимся поршнем или поршнями, использующийся в данный момент, в качестве подруливающего электродвигателя;
  2. установка точного времени впрыска и зажигания смеси в цилиндр. Современные средства позволяют достаточно точно контролировать местоположение поршня, давление в конкретном цилиндре, а также гарантировано осуществить зажигание смеси. Для этого могут быть использованы разнообразные датчики движения, давления, свечи поверхностного разряда, а также использование в конструкции цилиндров интегрированных в конструкцию цилиндров форкамер (данные камеры упрощают зажигание смеси);
  3. наиболее экзотическим из данного списка, является использование электромагнитных впускных и выпускных клапанов, которое позволяет четко контролировать момент и объем впускаемой/выпускаемой смеси. Данное направление является достаточно экстравагантным, хотя и применяется некоторыми компаниями в составе особо прогрессивных двигателей, используемых, в частности, в гонках формулы-1.


Таким образом, как можно видеть, использование линейных двигателей внутреннего сгорания в качестве генераторов электрического тока является весьма интересным и перспективным.

Однако не стоит считать, что линейные двигатели являются исключительно прерогативой научных коллективов и не выходят за пределы секретных лабораторий.

Многие любители достаточно успешно и легко строят свои действующие модели такого типа двигателей, используя в качестве цилиндров стеклянные трубки, а в качестве поршней графитовые бобышки.

Например, следующий автор, видео которого приведены ниже, строит двигатели именно такого типа, для собственного удовольствия.

В качестве источника искры, используется электронная плата от зажигалки для газовой плиты:



Здесь следует сделать примечание: не все зажигалки для газовых кухонных плит используют пьезоэлектрический либо сетевой электрический источник получения электрической искры. Некоторые зажигалки используют в качестве такого источника маломощные платы, питаемые от одной батарейки размера АА, содержащие повышающую напряжение схему.



Кроме этого, достаточно давно некоторые компании выпускают трамбовки для дорог, которые базируются на двухтактных двигателях внутреннего сгорания. По своей сути, данные устройства являются не чем иным, как линейным двигателем, только используются в сугубо утилитарных целях, далеких от высоких технологий:







В целом, можно резюмировать, что разработка подобных линейных двигателей внутреннего сгорания является весьма перспективным занятием. В случае, если этим занимаются любители, данное занятие может быть весьма увлекательным и можно разработать свой собственный миниатюрный двигатель, буквально карманного формата (особенно это легко, при наличии своего токарного станка по металлу)!

Такой двигатель может стать хорошим подспорьем, в получении электроэнергии, при нахождении в местах, далеких от цивилизации.

Только помните, что если этот двигатель будет использоваться для генерации электроэнергии, и будет содержать электрогенератор на постоянных магнитах, данное устройство должно очень хорошо охлаждаться, так как магниты имеют характеристику, называемую точка Кюри, то есть это температура, при которой магнит размагничивается.

Так как разработчик электрогенератора вряд ли ставит своей целью системно размагничивать магниты, ему стоит учитывать этот существенный момент.

Использованные источники:

1. www.wikipedia.org
2. www.freikolben.ch/lineargeneratoren.shtml
3. www.freikolben.ch/basics-de.shtml
4. Miniature Internal Combustion Engine-Generator For High Energy Density Portable Power
Kurt D. Annen*, David B. Stickler, and Jim Woodroffe
Aerodyne Research, Inc
Billerica, MA 01821



Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Подробнее..

Не препятствие, а подспорье турбулентность и птицы

18.06.2021 10:22:12 | Автор: admin


Технологический прогресс позволил нам делать то, что многие птицы умеют делать от природы летать. Конечно, со времен братьев Райт многое изменилось, и нынешние самолеты намного эффективнее, безопаснее и комфортнее. Однако, в отличие от техники, которую человек может изменить, погодные условия и атмосферные явления живут по своим правилам и обладают весьма непредсказуемым характером. Для многих даже самые спокойные перелеты уже являются испытанием на прочность характера. А когда железная птица входит в зону турбулентности, люди с аэрофобией проверяют на прочность подлокотники своих кресел. Для авиации турбулентность, которая может продлиться от нескольких миллисекунд до нескольких минут, является препятствием, которое инженеры и ученые всячески пытаются преодолеть, совершенствуя те или иные детали самолетов. Но как турбулентность влияет на птиц? Ученые из Корнелльского университета (США) выяснили, что для пернатых летчиков турбулентность не является проблемой, а помогает им быстрее преодолевать большие расстояния. Как именно влияет турбулентность на полет птицы, насколько эти эффекты значимы, и как полученные данные можно применить в авиастроении? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования


Жизнь многих птиц тесно связана с небом. Для них это не только пространство для преодоления расстояния от точки А к точке Б, но и место проведения игр, брачных танцев, охоты, и даже отдыха (черный стриж проводит в воздухе примерно 10 месяцев в год, 2 месяца период гнездования). Посему вполне очевидно, что эти создания научились не только справляться с тяготами и проблемами, связанными с непредсказуемым небом, но и использовать их в свою пользу.

Турбулентность в небе является крайне непредсказуемой, она может возникнуть будто ниоткуда и так же мгновенно прекратиться. Длительность турбулентности также зависит от множества факторов. Следовательно, если птица без неба не может, ей необходимо адаптироваться под такие переменные условия.

Проблема в том, как говорят авторы труда, что нам крайне мало известно о взаимосвязи турбулентности и поведения птиц. Различные наблюдения в естественных условиях и опыты в аэродинамической трубе дают весьма противоречивые результаты. В одних случаях турбулентность приводит к уменьшению затрат на полет, в других к увеличению. Правда это касается мелкой турбулентности.

Соврем другая картина наблюдается с крупномасштабной турбулентностью, образующейся в следствии восходящих потоков из-за топографии, восходящих тепловых потоков, внутренних волн и фронтов. Все эти факторы в той или иной степени способствуют эффективности полета. К тому же взаимодействие птицы (или даже аппарата) с такими явлениями проводить гораздо проще, ибо они протекают медленнее и устойчивее.

В случае с птицами структура потока накладывает свой отпечаток на траекторию их полета, анализ которой и позволяет предположить наличие положительного влияния турбулентности.

Ученые отмечают, что несмотря на непредсказуемость турбулентности и ее чувствительность к малейшим изменениям условий среды, она демонстрирует уникальные признаки, включая определенное распределение энергии между различными по силе движениями в сочетании с отсутствием точной масштабной инвариантности, называемой перемежаемостью.

Эти уникальные признаки можно увидеть в траекториях частиц, переносимых турбулентными потоками. Подобная картина наблюдается и в траекториях птиц.


Изображение 1

Дабы разобраться в этой запутанной ситуации, ученые проанализировали данные наблюдений за взрослой самкой беркута (Aquila chrysaetos; 1A). Масса птицы составляла 5 кг, размах крыльев около 2 м. Ученые наблюдали за ее полетом из Алабамы в Нью-Йорк вдоль гор Аппалачи с 15 по 31 марта 2016 года (1B). К телу беркута был прикреплен аппарат, регистрирующий положение тела и трехосное ускорение. Данные передавались ученым на землю через мобильную сеть.

Путь беркута пролегал через области с разными ветровыми условиями. При этом траектория полета не всегда следовала ветровым потоком. Это могло быть связано с силой потока, остановками для принятия решения (куда лететь дальше), сопротивление воздуха, тяга и т.д.

Картина ускорения и положения беркута указывают на различное поведение (например, взлет, посадка, полет). Ученые определили те части пути (1B), где беркут парил, и где он активно махал крыльями, что было определено как регулярные колебания ускорения с частотой 2.8 Гц (изображение 2).


Изображение 2

Результаты наблюдений


Парящее ускорение беркута было весьма прерывистым, на что указывают длинные хвосты в распределении ускорений (изображение 3).


Изображение 3

То, что распределения являются сильно негауссовыми, согласуется с картиной ускорения частиц в условиях сильной турбулентности, несмотря на различия в масштабе и геометрии между частицами и птицами. Частицы-индикаторы турбулентности, которые точно следуют за турбулентным потоком, демонстрируют экстремальные ускорения, которые на много порядков более вероятны, чем предсказывает распределение Гаусса. Увеличение размеров и массы частиц приводит к сужению хвоста* распределения, что измеряется числом Стокса* (St), которое < 1 для легких и мелких частиц.
Хвост* вытянутая часть распределения, которая при графическом представлении выглядит как часть кривой.
Число Стокса* критерий подобия, определяющий соотношение между кинетической энергией взвешенных частиц и энергией их взаимодействия с жидкостью. Если оно < 1, то частицы будут огибать препятствия на своем пути, если 1 врезаться в них.
Распределение ускорения беркута находится между распределением ускорения трассирующих частиц (без инерции) и распределением ускорения слабоинерционных частиц (St = 0.09 0.03). Распределения турбулентности часто напоминают растянутые экспоненциальные функции, и эти функции описывают хвост распределения ускорения беркута как показатель растяжения около 1.8, что соответствует значениям для мелкомасштабных величин. Стандартные отклонения компонент ускорений x, y и z составляют 0.90, 0.88 и 1.62 м/с2 соответственно.

Самой явной и частой характеристикой спектров ускорения во время миграции и пребывания на одном месте у беркута был степенной закон*, преобладающий между частотами около 0.2 и 2 Гц.
Степенной закон* функциональная зависимость между двумя величинами, когда изменение одной приводит к изменению второй, независимо от их исходных значений.
Область, которая подчиняется степенному закону, ограничена на высоких частотах с колебанием, которое происходит с частотой около 2.8 Гц. Точно неизвестно что ограничивает интервал масштабирования на низких частотах.

Спектры ускорения беркута имеют логарифмический наклон, близкий к -5/3 наклон, который существенно не меняется, когда спектры варьируются в зависимости от скорости ветра или маршрута миграции.


Изображение 4

Спектры ускорения беркута были описаны с помощью второго закона Ньютона с учетом того, что изменения аэродинамических сил, воздействующих на птицу, были линейными по отношению к изменениям относительной скорости между беркутом и воздухом. То есть колебания скорости птицы относительно средней скорости ветра вызывают изменения аэродинамических сил, которые линейны по отношению к колебаниям скорости. Такое объяснение может наблюдаться в нескольких случаях: подъемная сила, создаваемая крылом, линейна по вертикальным возмущениям по отношению к вектору ветра до момента сваливания; тяга, создаваемая воздушным винтом, линейна по отношению к изменениям его воздушной скорости, которая мала по сравнению с создаваемым им ветром; нелинейное сопротивление, проявляющееся при высоких числах Рейнольдса, линейно при небольших изменениях воздушной скорости.

Результирующие расчеты показали, что колебания ускорения беркута имеют тот же спектр, что и колебания скорости ветра, с которыми беркут сталкивается в полете. Данные показывают (изображение 4), что более высокие скорости ветра связаны с большими ускорениями беркута в интервале от 0.2 до 2 Гц. Любопытно, что спектр ускорения не исчезает при нулевой скорости ветра. Это может быть связано с турбулентностью, создаваемой термиками*, возникающими даже в отсутствие заметного ветра.
Термик* масса поднимающегося воздуха, возникает из-за неравномерного нагрева поверхности Земли солнечным излучением.
Увеличение ускорения при более сильном ветре можно объяснить увеличением силы турбулентности. Ключевым моментом является то, что спектр скорости ветра пропорционален 2/3 от скорости диссипации турбулентности, которая пропорциональна кубу интенсивности турбулентности. На заданной высоте в пограничном слое атмосферы, где летит беркут, интенсивность турбулентности изменяется пропорционально скорости ветра. Учитывая линейную зависимость между ускорением птицы и скоростью ветра, можно предположить, что предварительный коэффициент спектра ускорений увеличивается квадратично со скоростью ветра.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог


В ходе данного исследования ученые провели анализ данных, полученных из наблюдений за беркутом, летящим из Алабамы в Нью-Йорк. По этим данным полет птицы был неравномерным, что было связано с зонами турбулентности. Картина, которую наблюдали ученые в ходе анализа, напоминала ту, что описывает поведение частиц в турбулентных воздушных потоках. Так в период от 0.5 до 10 секунд ускорение птицы и атмосферная турбулентность были полностью синхронизированы. Другими словами, беркут использовал турбулентные потоки для упрощения своей задачи перелета из точки А в точку Б. Для птиц, мигрирующих на большие расстояния, не является удивительным минимизировать затраты энергии, связанные с полетом.

Забавно, что инженеры и ученые, связанные с аэронавтикой, всячески стараются, чтобы уменьшить влияние турбулентности на воздушное судно, тогда как птицы используют ее себе во благо. Данное исследование не только показывает наличие такой возможности, но и дает больше эмпирических данных для такого изучения загадочного и непредсказуемого явления как турбулентность.

Пятничный офф-топ:

Колибри по праву считаются мастерами полета, но есть вид, который отличается еще и своим удивительным клювом.

Офф-топ 2.0:

В то время как человек изобрел танец модерн в конце XIX века, птицы из семейства шалашниковых (Ptilonorhynchidae) используют его для привлечения партнера уже очень давно.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

Залпы на орбите. Оборонительная установка Р-23М

18.06.2021 16:08:17 | Автор: admin
Так вышло, что развитию космонавтики мы обязаны военным программам США, СССР, Германии. Сперва это было просто желание закинуть бомбу подальше да потяжелее, а потом, со взрывным ростом космических технологий в конце 50-х 60-х годах, появились идеи вывода на орбиту самых разных видов вооружения. В том числе это были боевые и разведывательные станции, спутники и ракетопланы. Холодная война подталкивала противоборствующие стороны ко всё более и более сложным системам, ведь выводимое тогда на орбиту оружие было неуязвимо для имевшихся зенитных и авиационных ракет. Но стоимость развёртывания образцов доходила до таких космических значений, что СССР и США решили от греха подальше подписать Договор о космосе, ибо бюджеты не потянули бы гонку.

И как заключительный акт этой истории, 24 января 1975 года советская станция Салют-3 затряслась от длинной очереди из своей оборонительной установки.

И всё-таки, зачем нужна была пушка на орбитальной станции, тем более стрельбы были аж через 8 лет после подписания Договора о космосе? Идея орбитальных пилотируемых станций (ОПС) родилась ещё в начале 60-х, когда разведывательные спутники у нас только начинали развитие и были далеки от совершенства. Пилотируемая станция могла снять гораздо больше, причём выборочно, не тратя драгоценную плёнку на пустые районы. Также предполагалось оснастить станцию уникальным фотоаппаратом с диаметром зеркала около 2 м. В это же время в США активно развивались ракетопланы (X-15, X-20), а неказистые с виду Джемини могли активно маневрировать.


Аэрокосмический пилотируемый ракетоплан Boeing X-20 DYNA-SOAR

Стыковки и выходы в открытый космос для астронавтов стали делом привычным. Мало того, разведка донесла о работах над спутниками-инспекторами и перехватчиками. Терять драгоценную станцию, высококвалифицированных космонавтов и технологии не хотелось. Потому было решено вооружить станцию.


Нил Армстронг после первого полёта на North American X-15 30 ноября 1960

Огнестрельное оружие было выбрано не случайно. На время старта работ ракеты воздух-воздух были ещё далеки от совершенства и у нас в стране не считались оружием победы. Начавшаяся чуть позже война во Вьетнаме всё-таки показала, что ракеты нужны и желательно побольше, но и эксплуатация ранних Фантомов показала, что пушки всё-таки тоже нужны. Кроме капризности при размещения ракет на станции прибавлялись и другие минусы большая масса, необходимость сложной системы наведения, основанной на мощных РЛС, которые опять же много весили и требовали мощный источник питания с серьёзной системой охлаждения. Предлагалось энергетическое оружие, но на 60-е это было за гранью фантастики. Автопушка же обладала достаточно невысокой массой, возможностью нести серьёзный боекомплект, а для поражения ракетоплана было достаточно одного попадания и тот, даже если переживёт его на орбите, не сможет вернуться на Землю. Крайне низкая плотность атмосферы на орбите позволяла снарядам долгое время не терять скорость и, соответственно, свою поражающую способность. Конечно, были минусы в виде необходимости компенсации отдачи и малой прицельной дальности. С первым решили бороться компенсирующей работой двигателей, а со вторым смирились. Для основы будущей оборонительной установки взяли авиационную 23-мм пушка Рихтера Р-23 от огнестрельного комплекса бомбардировщика Ту-22.


дальний тяжёлый сверхзвуковой бомбардировщик Ту-22




23-мм автоматическая пушка Р-23

Весила она 58,5 кг и имела огромную для одноствольной конструкции скорострельность до 2500 выстрелов в минуту. То есть для создания равной с Р-23 плотности огня потребовалось бы три обычных авиапушки НР-23 весом 38 кг каждая. Этого удалось добиться барабанной схемой (часто ещё называют револьверной), когда на один ствол приходится несколько патронников. Это позволяет проводить сразу несколько операций досылание, запирание ствола, выстрел, отпирание и экстракция гильзы. Автоматика пушки работала аж от трёх (!) газовых поршней. первый производил экстракцию гильзы вперёд, второй досылал патрон, третий поворачивал барабан. Чтобы уменьшить длину системы, досылание патрона происходило спереди, что накладывало ограничения на боеприпас и не позволяло использовать уже выпускающиеся серийно.





Особенности заряжания и огромные нагрузки на боеприпас (при заряжании скорость доходила до 25 м/с, а экстрагированная гильза летела 40 м/с) потребовали создать крайне тяжёлый патрон 23х260 мм. Он весил 509 г против 320 г у привычного 23х115 мм. Начальная скорость ОФС 850 м/с, ради чего достаточно короткоствольной пушке потребовался мощный заряд в 67 грамм. Стальная толстостенная гильза вмещала в себя и заряд, и снаряд, как у современных телескопических боеприпасов. Масса боекомплекта оборонительной установки Ту-22 была аж на полтонны больше, чем если бы использовали предлагавшуюся АМ-23. Известный ныне конструктор Грязев писал, что система пушка-патрон получилась просто безумно дорогой. Были проблемы с надёжностью. Вот так Р-23 на земле осталась уникальным вооружением Ту-22.


Устройство патрона 23х260


Он же собственной персоной

Разработка орбитального варианта Р-23 началась в середине 60-х (хотя зачастую указывают начало 70-х). Тут сразу стоит сказать, что доступной официальной информации по системе очень мало и многое было неизвестно до видеоролика Военной приёмки Пуля не дура. Или шесть рекордов русских оружейников. В довольно серьёзных книгах рисовали модели чего-то с длинным и тонким стволом, что отличалось от базовой модели. Некоторые указывали, что за основу брали не Р-23, а НР-23 (но тут скорее ошибка из-за того, что в созданием Р-23М руководил Нудельман). По сети гуляли мутные фотографии из запасников Точмаша, по которым умельцы сделали довольно известные 3D-модели, но были и сомневающиеся, что изделие является именно космической пушкой и доверяли книжным рисункам. Обратимся к физике при огромной скорострельности Р-23 ствол должен либо иметь феноменальное охлаждение, либо быть весьма массивным, что и выбрал Рихтер. На орбите же проблемы с длинным и тонким стволом увеличатся это и размещение в ограниченном объеме и охлаждение, с которым в космосе очень большие проблемы передача тепла может производиться фактически только за счёт излучения, тогда как на Земле львиная доля приходится на взаимодействие частиц. Это же ограничивает применение энергетического оружия мало того, что надо найти источник энергии, так избыточное тепло надо куда-то деть.


Фото реальной Р-23М


Одно из первых доступных фото Р-23М


Это выдавали за Р-23М в 90-х 00-х

Из самого интересного, что узнали из Военной приёмки это то, что царь-то не настоящий пушка вовсе не пушка, а крупнокалиберный пулемёт калибра 14,5 мм. Оно и понятно на станции важен каждый грамм, а таскать хотя бы 300 снарядов массой по полкилограмма и из разведывательной станции получится жирный истребитель спутников. В видео замтехдиректора Точмаша Валерий Макеев указал массу пулемёта (будем уж точны и назовём вещи своими именами) в 17 кг, что гораздо легче 58 кг Р-23. Зато выросла скорострельность аж 5000 в/мин (ранее указывалось 800-950 в/мин)! Для одноствольной системы это просто фантастическая цифра. Её достигали ещё при разработке Р-23, но, опять же, сделав на базе пушки пулемёт. Правда, тогда после первой же очереди ствол сгорел. Вполне возможно, это была не отдельная разработка, а как раз первые образцы Р-23М. Получившийся новый патрон достаточно небольшой и, судя по всему, обладает латунной, а не стальной, как у 23х260, гильзой, что также снижает массу. Пули, небольшие, тупоносые. Из-за особенностей заряжания, как и у предка, донце находится на сужающемся конце гильзы. Какой боекомплект был неизвестно, но судя по патронному коробу явно невелик.


Патронная лента к Р-23М

Пулемёт, в составе установки Щит-1, неподвижно монтировался в корпусе станции. Для наведения надо было ворочать всю станцию целиком. Сделано это для одного компенсировать отдачу работой 2 ЖРД коррекции по 400 кгс тяги и 16 ЖРД жёсткой ориентации по 20 кгс. ОПС Алмаз должен был иметь массу 17,8 т (для сравнения, транспортный корабль снабжения ТКС имел стартовую массу 21 т) и стрельба из крупнокалиберного пулемёта с дикой скорострельностью вполне могла увести с целевой орбиты. То есть, возможность стрельбы ограничивалась не только боекомплектом, но и запасом топлива. В конце жизненного цикла станции, после многочисленных корректировок орбиты, вполне могло статься, что станция будет беззащитной. Стрельбу можно было вести как в ручном режиме с центра контроля полёта и управления станцией, так и дистанционном, с Земли. Из-за характерной конструкции панорамного-обзорного устройства и перископа кругового обзора Сокол обстановка напоминала место наводчика танка.


Центр контроля полёта и управления станциями типа Алмаз

В свой полёт с первой и последней стрельбой Р-23М отправилась в составе Алмаз-2 (он же Салют-3) 26 июня 1974 года. К ней были отправлены две экспедиции на кораблях Союз-14 (с 3 по 19 июля 74-го, экипаж Павел Попович и Юрий Артюхин) и Союз-15 (с 26 по 28 августа, экипаж Геннадий Сарафанов, Лев Дёмин, из-за поломки системы стыковки Игла пришлось возвращаться ни с чем). Срок жизни станции подошёл к концу в 75-ом. 24 января 1975 года её вывели на орбиту захоронения. Тогда и была дана тестовая очередь из 20 выстрелов. Больше оружия на станции не ставили американцы так и не создали орбитальных истребителей, а пулемёт всё-таки был слабой защитой, если перехватчики всё-таки создали бы развитие авиационных ракет сделало стрелковое оружие вторичным.


Салют-3 на Байконуре

Источники
Первушин А. Звёздные войны. Американская Республика против Советской Империи. 2005.

Афанасьев И. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. 2005.

Первушин А. Опасный Полёт и боевые Космосы. Warspot, 2020.

Материалы форума www.russianarms.ru.

Первушин А. Первая орбитальная станция: как Алмаз стал Салютом. Warspot, 2019.

Авиационная пушка Р-23 материал почившего ресурса dogswar: www.dogswar.ru/oborydovanie/75-oborydovanie/17.

Морозов В., Обухович В., Сидоренко С. и др. Энциклопедия современной военной авиации 1945-2002. 2005.

Военная приёмка. Пуля не дура. Или шесть рекордов русских оружейников.



Автор: Алексей Борзенков



Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Подробнее..

Перевод Как объяснить детям, что такое Apache Kafka за 15 минут с картинками и выдрами

19.06.2021 04:20:24 | Автор: admin


Я учусь иллюстрировать сложные процессы с помощью комиксов. Нашла себе в копилку крутой кейс: как с помощью комиксов про милых выдр можно ребенку объяснить такую сложную штуку как Apache Kafka, и сделать мир немного добрее.

Легко по течению легкое введение в потоковую обработку и Apache Kafka. Группа выдр обнаруживает, что они могут использовать гигантскую реку для общения друг с другом. По мере того, как все больше выдр перемещается в лес, они должны научиться адаптировать свою систему, чтобы справиться с возросшей активностью леса.

Под катом 25 слайдов, объясняющие основы Kafka для детей и гуманитариев. И много милых выдр.



Легко по течению



image

Поначалу, в лесу было тихо, и только две семьи выдр жили среди деревьев и рек.

image

Всякий раз, когда им нужно было поделиться новостями, они просто разговаривали друг с другом напрямую.

Они делились новостями о вечеринка в честь дня рождения, новых гостях и других событиях, происходящих в лесу.

image

Со временем, все больше и больше выдр переселялось в лес.

И точно так же росло количество происходящих в лесу событий.

image

Это было целым вызовом для маленьких выдр. Каждый раз, когда у выдры были новости, чтобы поделиться ими, она должна была найти каждую другую семью и рассказать им лично.

image

Это не только занимало много времени, но было чревато ошибками.

Что если какая-то выдрячья семья была на пикнике, и не могла получить уведомление о предстоящем событии?

image

Ну, тогда выдре, которая хотела оповестить соседей, придется вернуться позже или сдаться.

image

Поскольку остальные выдры общались друг с другом лично, говорили, что они Тесно Связаны.

Быть тесно связанными супер мило, но это делает коммуникацию с другими сложнее. Это называется Проблема Масштабирования.

image
Именно тогда у одной маленькой выдры по имени Никси, появилась идея, которая навсегда изменила лес.

По лесу текла огромная река Кафка, и Никси знала, что выдры могу использовать эту реку для общения.

Вы можете установить Kafka в своем лесу:

# clone the repositorygit clone \https://github.com/round-robin-books/gently-kafka.git# start kafkadocker-compose up


image

Она даже сочинила песню, чтобы объяснить, как это работает:

События свои
В реку ты опусти,
Река их отнести
Сможет выдрам другим.

Что о событиях,
Плывущих в потоке,
Этот путь удивителен,
Мы все тут в шоке.

image

Не отстанешь ли ты? вмешался дельфин
Нельзя оставлять все на милость глубин!

Не будет в доставке такого.
Мы командой реку разделим,
На множество мелких потоков
И вместе достигнем цели.

Давайте посмотрим, как это рабоnает



image

Во первых, выдра наблюдает Событие, что-то, что произошло в определенный момент времени.

К примеру, Сегодня вернулись пчелы это событие.

image

Дальше, выдра создает Запись о событии.
Записи (которые иногда называют сообщения) включают время события (отметка о времени) и дополнительную информацию о событии.

image

Тогда выдры смогут решать в какую часть реки направить это сообщение.

Река делится на потоки, которые называют Топики, которые делают организацию сообщений проще.

image

В итоге, выдры бросали свои сообщения в потоки (топики), чтобы другие выдры могли их найти.

По началу они использовали стеклянные бутылки, но бутылки просто уплывали.

image

Тогда, выдры переключились на стеклянные поплавки. Поскольку поплавки оставались на месте и никуда не уплывали, это было названо Устойчивостью.

Устойчивость важна, потому что это позволяет выдрам читать сообщения когда они захотят, к примеру после их пикника.

2 типа выдр



image

Выдры, которые помещают сообщения в реку, называются Продюсеры.

Продюсеры кидают маленькие партии сообщений в реку, не зная, кто придет читать их.

Незнание помогает Разделять системы, то есть выдр, которые создают события, и которые читают события.

image

Выдры, которые читают события в потоке называются Консьюмеры.

Консьюмеры следят за любым топиком, который их интересует.

Например, выдры Первой помощи следят за топиком с лесными алертами, так что они могут реагировать в чрезвычайных ситуациях (как в ситуации с пчелами).

image

Эта система работает хорошо, но спустя какое-то время река становится слишком загруженной огромным количеством событий. Как же маленьким выдрам все успеть?

Будучи социальными животными, они предпочитают работать вместе. Во первых, они скидывают огромные камни в реку, разделяя каждый топик на небольшое количество потоков, или Разделов.

image

Тогда, один член семьи, так называемый Лидер Группы, назначает подмножество мелких потоков (разделов) каждому члену семьи.

Это подразумевает, что каждая выдра ответственна только за ту часть потока, которую она мониторит.

image

Работая совместно в этом случае, каждая выдрячья семья называется Группой Консьюмеров, которая успевает следить за своей частью потока сообщений, сколько бы их не было всего в реке.

image

Более того, если выдра заболела или у нее есть дела, ее работу можно поручить другой выдре в ее группе.

Поскольку кто-то всегда был рядом, выдры были Высоко доступными.

И поскольку они могли справляться с Незапланированными Ситуациями, они были Отказоустойчивыми.

image

Еще существовала магическая часть леса, Земля Потоковой Обработки, где выдры могли делать реально классные вещи с событиями в реке.

image

Целая книга написана об этом магическом месте: Mastering Kafka Streams and ksqlDB

image

Выдры также построили дороги, которые называются Кафка Коннекторы, чтобы донести сообщения других сообществ в реку Кафка. Все присоединились к веселью.

image

Кафка продолжала помогать многим другим во всем мире. И возвращалась обратно в лес.

Жизнь шла своим чередом многие годы, а выдры жили долго и счастливо.



Я не удержалась, вот вам несколько фактов про выдр:



Выдрята, или щенки выдр, спят у мам-выдр на груди.



Взрослые выдры держат друг друга за лапки во сне, чтобы их не разделило течение.



А одинокие выдры, чтобы не дрейфовать, заворачиваются в водоросли.

Строго говоря, автор использует термин otter, что переводится как выдровые, и включает себя 13 видов животных с распространением по всему миру, кроме Австралии.

И если эти слайды вы действительно использовали этот материал на детях в образовательных целях, то завершить можно речевым упражнением:

В недрах тундры выдры в гетрах тырят в ведра ядра кедров. Выдрав с выдры в тундре гетры, вытру выдрой ядра кедра, вытру гетрой выдре морду ядра в вёдра, выдру в тундру.
Подробнее..

Как ажиотажный спрос на туалетную бумагу привел к дефициту электроники

19.06.2021 12:05:20 | Автор: admin
Современный мир удивительное место. Глобальная экономика, производственные цепочки, разнесенные по всему миру, и связность, казалось бы, абсолютно несовместимых между собой вещей через общие точки соприкосновения. Хорошим примером такой связности является то, что ажиотажный спрос на туалетную бумагу в США привел к дефициту электронных товаров всех категорий, а в перспективе вовсе к глобальному сбою в мировой торговле. И это могло бы быть даже забавно, если бы не приводило к пустым полкам и значительному росту цен на те товары, которые до нас все же доезжают.



Все началось весной 2020 года, когда мир столкнулся с COVID-19. После первых сообщений о грядущей пандемии и возможном локдауне на длительный срок, весь мир охватила туалетная истерика, которая выражалась в покупке нетипично большого количества туалетной бумаги. Кто-то потешался над видео из Соединенных Штатов, где мужчины и женщины дрались за упаковки с ценным товаром, кто-то молча прикупал пару лишних рулонов или упаковку впрок. Вопрос лишь в том, что взрывной рост спроса на туалетную бумагу и прочие гигиенические товары в США, которые население сметало с полок в любых количествах, привели к масштабному кризису мировых грузоперевозок.

Локдаун Китая в марте 2020 года


На самом деле паника среди жителей США насчет того, что придется ходить с грязным задом, была не совсем безосновательна. Одним из катализаторов ажиотажа вокруг туалетной бумаги стали не только интернет-тролли, но и сообщения из Китая о закрытии большинства своих провинций на карантин в марте 2020 года.



Это мы привыкли к тому, что сидя на 1/4 мировых запасов леса, всегда имеем доступ к продукции целлюлозно-бумажной промышленности. Да, качество отечественных производителей не всегда высоко, но при желании Россия за счет запасов леса Сибири может обеспечивать бумагой или сырьем для ее производства весь евразийский континент. Сложнее дела обстоят в США: страна активно импортирует бумажную продукцию.

Цепочка выглядит следующим образом. Бразилия, крупнейший экспортер целлюлозы в мире насыпным способом грузит полуфабрикат на корабли, которые перевозят сырье для производства бумаги в Юго-Восточную Азию, в основном, в Китай. Там целлюлоза перерабатывается и уже готовые товары и они, погруженные на контейнеры, по тихоокеанскому маршруту отправляются в Северную Америку, к конечному потребителю.

Объявление о закрытии Китая привело к тому, что в регионе скопилась серьезная часть контейнеров для морских грузоперевозок, что вызвало сбой в цепочке поставок товаров, которые были даже не завязаны на эту страну. Однако довольно быстро Китай взял ситуацию под контроль и открыл торговлю, а накопленные товары хлынули на Запад, в изнывающие от дефицита различных продуктов Соединенные Штаты. В том числе в Новый Свет поплыло огромное количество туалетной бумаги, которая стала в США откровенно заканчиваться.

Разворот ситуации


Разовая доставка огромного количества товаров в США из Юго-Восточной Азии привела к тому, что в порты страны прибыло большое число кораблей с еще большим числом контейнеров на борту. Мировая торговля устроена таким образом, что перегрузку судно будет ждать только в случае, если оператору выгодно придержать корабль в порту и дождаться, когда контейнеры освободят от товаров или на погрузку прибудут новые. Так как в США наблюдался дефицит товаров, суда из Китая прибывали на отгрузку и убывали вновь в Азию, уже порожняком. Это было намного прибыльнее, чем ждать поставку чего-либо из Штатов.

Как следствие, контейнеры, загруженные туалетной бумагой, септиками, салфетками и прочими товарами, которые активно раскупались год назад, остались стоять на берегу.



Через некоторое время о локдауне стали объявлять и в Соединенных Штатах и ситуация стала диаметрально противоположной: десятки тысяч 40-футовых контейнеров, которые являются основой морских грузоперевозок, застряли на территории США. Перевозить в них нечего, да и зайти в сам порт тоже нельзя.

Эффект домино


Как отмечают специалисты, многие перевозчики сознательно отказываются возвращать пустые контейнеры даже сейчас, через год, когда их дефицит стал явной проблемой. Для торговцев, которые перевозят грузы между Китаем и США, выгоднее снять контейнеры с других маршрутов, чем нести дополнительные расходы по ожиданию и перегрузке в морских портах Соединенных Штатов. В итоге логистический перекос, который возник из-за ажиотажного спроса в США больше года назад, привел к сбою во всей мировой торговле: контейнеры снимаются с европейских и прочих направлений в пользу работы на наиболее выгодном рынке.

В мире насчитывается около 180 млн контейнеров, но все они находятся не в том месте, главный исполнительный директор логистической компании Redwood Logistics Марк Йегер

В общей сложности на апрель 2021 года в США наблюдался дисбаланс в размере 40% в плане прибывающих и убывающих из страны грузовых контейнеров.

Как это сказалось на рынке электроники


Ощутимее всего кризис контейнерных перевозок сказался на рынке электротехнических товаров, на который наложился еще и кризис полупроводниковой продукции. Ведь именно производство электроники наиболее глобальный и чувствительный к цепочке поставок сегмент. И да, на стоимость микрочипов повлиял не только рост спроса, но и ажиотаж вокруг туалетной бумаги в США весной 2020 года.

Но кризис контейнеров приводит к росту стоимости не только видеокарт, микрочипов и прочих изделий. Например, значительно может подорожать крупная бытовая техника.

Если до пандемии COVID-19 стоимость транспортировки из Китая в Европу морем составляла около $1500, то сейчас она подскочила до $9000 и выше за 40-футовый контейнер. В случае перевозки тех же холодильников, которых в контейнер может войти не более 60-70 штук, мы сталкиваемся с ростом стоимости каждой единицы товара на ~$100. Это же касается любой габаритной техники и прочей продукции, которая раньше перевозилась морем.



Кроме этого европейское направление является не самым выгодным для поставщиков из Китая, и при выборе между фрахтом на европейском или американском направлении, предпочтение отдается в пользу последнего. Тихоокеанский маршрут банально дешевле почти на треть, что при равной стоимости поставляемых товаров приводит к снижению издержек.

Закрытые порты Китая


Стоимость на компьютерные комплектующие и технику и так уже вызывают желание пустить слезу, но ситуация может еще и ухудшиться. В провинции Гуандун зафиксирована новая вспышка коронавирусной инфекции, что привело к закрытию порта с 25 по 31 мая и формированию очереди на погрузку. Это затронуло работу терминала Яньтянь в порту Шэньчжэнь (оборот 13,3 млн контейнеров в год), и ближайшие терминалы Шэкоу в Шэньчжэне и Наньша в Гуанчжоу (15,6 млн контейнеров).

Порты Шэньчжэнь и Гуанчжоу находятся на третьем и пятом месте среди городов с самыми крупными контейнерными портами мира, также через них проходит огромное количество микроэлектроники и электротехнических товаров, производимых в Китае.

Сейчас порты открыли частично, они работают на 30% своей мощности, а очередь на погрузку уже растянулась почти на неделю.

Мы испытываем сложности с отправкой из портов Шэкоу и Наньша, так как помимо наличия свободного оборудования у линии необходимо найти ещё и машину с водителем, у которого будет отрицательный тест ПЦР, а также проверить, не пропускает ли линия судозаход, рассказала прессе руководитель отдела интермодальных перевозок Itella в России Юлия Никитина.

Перспективы


При всей огромной потребности мировой торговли в контейнерах здесь и сейчас, поставщики не спешат вкладываться в их производство.

Первое почти все контейнеры мира производятся в Китае, а для этого на заводы Поднебесной надо доставить сырье из других регионов, чаще всего морем из той же Австралии, которая активно торгует рудой и металлами с Азией. Вот только для этого с маршрутов надо снимать те же дефицитные контейнеры или отправлять насыпные суда, которые перевозят намного меньше груза, чем если бы это делалось контейнерным типом.

Второе контейнеры, которые застряли в США, никуда не денутся. Как считают логисты, рано или поздно баланс восстановится и при усиленном производстве 40-футовых и прочих контейнеров, в будущем рынок может столкнуться с их избытком, что выльется в прямые финансовые потери для тех, кто контейнеры заказал и оплатил их производство сейчас.

Третье решать проблему контейнеров пока не торопятся, потому что за этот банкет платит исключительно конечный потребитель, который ощущает недостаток товаров и готов приобретать по повышенной стоимости.



Примерно той же логики придерживаются и производители микроэлектроники, которые не торопятся открывать новые заводы по производству микрочипов, опасаясь обвала спроса через несколько лет, когда новые линии заработают в полную мощь. Исключением является только Samsung и TSMC, которые готовы инвестировать миллиарды на перспективу.

Ироничное послесловие


Во всей описанной выше ситуации с контейнерными перевозками есть один нюанс: США на самом деле может возникнуть дефицит туалетной бумаги.

Только причиной для этого станет не апокалипсис на улицах американских городов, а сбой в поставке целлюлозы из Бразилии в Китай. Сейчас логистическим компаниям выгоднее работать на рынках США и Европы, фрахтуя контейнеры в четыре-пять раз дороже, чем раньше. Насыпные же грузоперевозки из Южной Америки не столь выгодны, так что эта логистическая линия находится под угрозой. А не будет сырья для заводов в Китае не будет и бумажной продукции в США, нездоровый и необоснованный спрос на которую и запустил всю эту цепочку.



На правах рекламы


VDSina предлагает недорогие серверы в аренду на Linux или Windows выбирайте одну из предустановленных ОС, либо устанавливайте из своего образа. И главное, всё в наличии и без дефицита!

Подписывайтесь на наш чат в Telegram.

Подробнее..

Перевод Plt0.05, и откуда оно (иногда) берётся

19.06.2021 12:05:20 | Автор: admin

Зарабатывать продажей лекарств, которые заведомо не работают, не только аморально, но и не особо легко. Люди всё-таки обычно не хотят покупать препараты, неэффективность которых была доказана. А вот если вы сумели выдавить заветное p < 0.05 в пользу того, что акупунктура таки работает из данных, которые явно утверждают обратное, то серия публикаций, успех в карьере и вечная благодарность всех акупунктурщиков вам гарантированы.

Со ставками на спорт история такая же: чтобы выигрывать деньги у букмекера, нужно уметь считать коэффициенты лучше него. А вот чтобы заработать на продаже советов, на кого ставить, достаточно считать лучше своих читателей. Например, Винс Экинс давал своим читателям следующий совет:

Philadelphia Eagles выиграли 10 предыдущих игр, если они не были фаворитом, играли на собственном поле и в предыдущем матче прошли более 150 ярдов в наступлении.

10 игр! Это подразумевает, что вероятность поражения в аналогичных условиях 1/(2^10) = 1/1024 = 0.0009. Такая степень уверенности не каждый день встречается даже в серьёзных исследованиях. И это, разумеется, не потому что Eagles действительно так уж хороши, а потому что анализ был проведён неправильно. Иногда так получается просто потому, что авторы не умеют нормально анализировать данные, и в результате целые области науки оказываются под вопросом. А иногда так поступают откровенные мошенники (что в академической науке, что за её пределами).

Как получить p<0.05

По определению, p-значение в 0.05 это вероятность в 5%, что результат будет получен, если верна нулевая гипотеза, то есть если лекарство не работает, исследуемые феномены не взаимосвязаны и вообще ничего интересного тут нет. Так что основная идея проста: если взять два десятка гипотез, то, скорее всего, одна из них будет иметь p0.05.

Получить много гипотез для проверки можно двумя основными способами. Если изначально разбить рассматриваемую выборку на множество подгрупп, то, скорее всего, хоть в одной из них да получится статистически значимый результат. Этот метод прекрасно иллюстрирует xkcd: мармеладки вообще прыщи не вызывают (p>0.05), и красные мармеладки, в частности, тоже не вызывают (p>0.05). И жёлтые не вызывают, и сиреневые, и оранжевые, и коричневые, и ещё два десятка цветов не вызывают а вот для зелёных p<0.05.

Второй метод (он же метод Латиноамериканской Бабушки) подразумевает деление исходной выборки на любые произвольные подгруппы до тех пор, пока не найдётся комбинация условий, при которой p<0.05. Допустим, в вымышленной стране существует вымышленное заболевание, от которого сама собой излечивается ровно половина больных. Вторая половина умирает. На первый взгляд, ваше чудо-лекарство, повышающее долю выживших аж до 50%, выглядит так себе даже по меркам British Journal of General Practice. Но всегда можно взглянуть поподробнее.

Допустим, по чистой случайности удачно вылечившиеся распределены по полам слегка неравномерно: выздоровело 49% мужчин и 51% женщин. А среди женщин старше 60 лет препарат помог аж 55%. И, допустим, 13 пожилых женщин, участвовавших в исследовании, родом из Мексики. Вполне может оказаться, что препарат помог 10 из них. Это уже не 50%, а 77%, и к тому же вполне приличное p-значение в 0.046. Можно наслаждаться репутацией спасителя латиноамериканских бабушек (а если бы с ними не прокатило можно было бы проверить еврейских мальчиков, девочек-негритянок, белых среднего возраста и все остальные комбинации).

Надеюсь, всем и так очевидно, что 10 человек из 13 это несерьёзно. Но тем не менее я повторю: если выборка слишком маленькая, то любой полученный на ней результат почти наверняка ничего не стоит.

Но что, если бабушек было не 13, а 90, и препарат помог аж 61? Даже если всем остальным он не помог, две трети выздоровевших и p-значение в 0.0005 выглядят впечатляюще, а 90 человек это уже вполне приличная выборка. Давайте посчитаем, но для начала немного теории.

P-значения в общем-то довольно плохой инструмент. Сама идея обнаруживать то, чего нет, не чаще, чем в 1 эксперименте из 20 звучит не очень впечатляюще, а к тому же даже в теории 5%-ный порог p-значения обманывает экспериментатора в 30% случаев. Но вот что они делают хорошо так это конвертируют любое распределение в равномерное. Например, если взять несколько значений из нормального распределения, то они в основном лягут примерно по центру. А вот их p-значения равномерно распределятся между 0 и 1.

В статье вы чаще всего увидите p-значения только для лучшей гипотезы (что прыщи возникают от зелёных мармеладок, а лекарство прекрасно помогает пожилым женщинам латиноамериканского происхождения). Первый шаг к нормальному анализу это поправка Бонферрони:

Правило Бонферрони: Порог P-значения в для одной гипотезы эквивалентен порогу в /N для лучшей из N гипотез.

Обычно её интерпретируют как верхнюю границу: порог в /N для N гипотез заставляет принять нулевую гипотезу не чаще, чем порог в для единственной протестированной гипотезы. Но, на самом деле, это неплохая аппроксимация: пусть h1,,hN это N p-значений для N независимых нулевых гипотез, и все они находятся в диапазоне от 0 до 1. Тогда вероятность того, что хотя бы одно из них ниже /N = P(min(h1,,hN) < /N) = 1 (1 /N)^N 1 e^- 1 (1-) = . Последние шаги основываются на линейной аппроксимации e^x 1+x, которая работает при близких к нулю x.

Но это доказательство работает для независимых гипотез. В случае мармеладок так оно и есть, а вот для мексиканских бабушек гипотезы взаимосвязаны. Шанс выздоровления, например, белых мужчин положительно коррелирует и с шансом выздоровления белых людей вообще (т.е. более широкой категории), и с шансом выздоровления белых пожилых мужчин (подмножества белых мужчин). Чтобы проверить применимость правила Бонферрони в такой ситуации, я прогнал симуляцию (код доступен на Github).

Пусть в нашей стране живут люди трёх возрастов (молодые, среднего возраста и старые), двух полов и четырёх рас. В каждой из 2*3*4=24 подгрупп по пятьсот человек, общее население 12 000. По условиям задачи болезнь убивает 50% больных, так что в среднем ожидается 12 000/2=6 000 выживших. Для всей выборки мы получим p=0.05, если выздоровеет 50.75% (90 дополнительных выздоровевших) и p=0.0005, если вылечится 51.5%.

Правило больших выборок: при достаточно большой выборке статистическая значимость не обязательно обозначает практическую значимость. Можно получить копеечный эффект с очень низким p-значением.

P-значения не особенно помогают добраться до истины. Но они повсюду, с ними легко работать, и они неплохо отсекают откровенную чепуху. Поскольку статья именно про это, я не буду влезать в байесовскую статистику и ограничусь обсуждением возможных манипуляций с p-значениями.

Вернёмся к нашей симуляции. Я прогнал её 1 000 раз для трёх лекарств: плацебо, вылечивающее 50%; статистически значимое лекарство, вылечивающее 50.75%; и хорошее лекарство, вылечивающее 51.5% (да, вот такие вот у нас критерии хорошего). Для каждого из лекарств я искал подгруппу, в которой оно выдаст лучшее p-значение:

13 hispanic 1    0.12253041651147314 female hispanic 2    0.18079730402678315 young hispanic 2    0.2517223358154316 young female hispanic 3    0.17187517 white 1    0.046230490536462118 female white 2    0.57223222404718419 young white 2    0.2517223358154320 young female white 3   0.945312521 adult 1    0.36877715449216222 female adult 2    0.78520474607830623 asian 1    0.95376950946353824 female asian 2    0.819202695973217

Второе число это глубина выбранной подгруппы (вся выборка 0, азиаты 1, азиатские женщины среднего возраста 3). В нашем случае возможно 60 групп: 1 полная выборка, 9 групп глубины 1, 26 глубины 2, 24 - глубины 3. Так что поправка Бонферрони требует порога p-значения в 0.05/60=0.00083

В каждой из 1000 симуляций я выбрал самую удачную группу и построил график. Цветами показана глубина подгруппы, вертикальные линии соответствуют нескорректированному значению в 0.05 и скорректированному 0.00083. По горизонтальной оси логарифм p-значения, по вертикальной сколько симуляций (из 1000) имеют значение не ниже данного.

Безо всякого мошенничества плацебо получает p<0.05 в 5% случаев (что очевидно из определения), значимое лекарство в 50% случаев, а хорошее в 95. Но если мы применим поправку Бонферрони, то работающие лекарства пройдут проверку всего в 23% и 72% случаев соответственно. У плацебо дела ещё хуже, но всё-таки получается, что в таких случаях поправка оказывается чересчур агрессивной.

Как заметить подвох

Что всё это даёт на практике? Давайте соберём воедино все имеющиеся у нас советы.

  1. Мощность превыше всего: если результат получен на крошечной выборке (и особенно если в исходных данных много шума) дальше можно не читать.

  2. Считайте категории: если вы видите результат только для одной подгруппы, посчитайте, сколько аналогичных категорий можно выделить из тех же данных.

  3. Применяйте поправку: разделите исходный порог p-значения на то, что получилось в предыдущем пункте (или, что эквивалентно, умножьте на него само p-значение). Если полученный результат вас устраивает, хорошо.

  4. Сохраняйте скептицизм: даже со всеми поправками сомнительный результат есть сомнительный результат, а статистическая значимость необязательно подразумевает реальную значимость. Сколь угодно низкое p-значение ещё ничего не гарантирует.

Существует мета-анализ, подтверждающий с p=0.00000000012 способность некоторых людей предсказывать будущее. Цифра потрясающая, но она имеет смысл, только если нет ни малейших сомнений в том, что это исследование (и все предыдущие работы, на которые оно опирается) было проведено безупречно. Если есть причины считать, что это не так, то на самом деле p-значение намного выше полученного.

Можно предположить, что как минимум одна психологическая статья из тысячи выполнена некорректно, а то и вовсе написана по сфабрикованным результатам. Соответственно, любое полученное в психологии p-значение ниже 1/1000 ничем не лучше p-значения ровно в 1e-3. Вероятность получить результат в отсутствие изучаемого феномена равна собственно p-значению плюс вероятность того, что исследование в целом некорректно.

Посмотрим, что этот метод говорит нам насчёт ставки на Eagles. Во-первых, раз речь идёт о 10 выигранных играх, то 11-ю игру (в смысле 11-ю с конца, предшествующую этим 10) в аналогичных условиях они проиграли, иначе обсуждалась бы серия из 11 побед. Во-вторых, 10 игр это не так чтоб очень большая выборка, но зато нет никакой погрешности измерения. Мы знаем со стопроцентной вероятностью, выиграли ли они ту или иную игру или проиграли. К мощности эксперимента формальных претензий нет.

А вот со вторым пунктом некоторые проблемы . Даже если Eagles действительно неплохо играют как не-фаворит на своём поле после удачного наступления в предыдущем матче, тот же самый матч может быть описан как Игра сиэтлской команды после победы на выезде против команды, которая плохо пасует (прим. пер.: речь об описании матча с точки зрения их противников, Seattle Seahawks), или как Матч команды восточного дивизиона на западе против команды, выигравшей предыдущий матч, или ещё несколькими тысячами способов. Число возможных параметров сложно даже посчитать, но попробуем прикинуть:

  1. Описание одной команды: дивизион, родной город, история в этом сезоне, результат предыдущей игры, качество атаки и защиты, статистика отдельных игроков итого не меньше 20 параметров.

  2. Столько же для другой команды.

  3. Обстоятельства игры: домашний / выездной матч, погода, время года, состояние поля, история игр между конкретными двумя командами итого не меньше 10 параметров.

Даже если выбрать в каждой категории всего по 1 параметру, получится 4000 моделей. Что это означает для Eagles? Вероятность поражения, согласно данной модели, 1/1024, но поправка Бонферрони для 4000 гипотез говорит нам, что примерно 4 гипотезы аналогичной сложности должны оказаться верными по чистому совпадению. Разумеется, Экинс не перебрал их все; он просто порылся в данных, нашёл интересное совпадение и опубликовал его. Но при таком количестве возможных гипотез единственное совпадение ничего не стоит. В обсуждаемом матче Eagles проиграли со счётом 15:26.

Тот же критерий нужно применять каждый раз, когда кто-то хвастается превосходством в неожиданно узкой категории. На этой рекламе коллектив Тринити-Университета признан лучшим в Техасе (и 6-м в стране) среди преподавателей, занимающихся исследованиями и читающих лекции. При виде этой фразы сразу нужно задуматься, сколько ещё категорий было в цитируемом исследовании, сколько вообще существует рейтингов, и в скольких из них Тринити никаких мест не занял. Университет 1 в общем рейтинге, скорее всего, действительно хорош в преподавании; про университет 1 в данной узкой категории мы знаем только то, что они умеют перебирать все возможные рейтинги и подкатегории.

Подробнее..

Компьютерное доказательство теории конденсированной математики первый шаг к великому объединению

20.06.2021 16:11:04 | Автор: admin

Пример расчётного доказательства в Lean

Математики давно используют компьютеры в своей работе как инструменты для сложных вычислений и выполнения рутинных операций перебора. Например, в 1976 году методом компьютерного перебора была доказана теорема о четырёх красках. Это была первая крупная теорема, доказанная с помощью компьютера.

Теперь вспомогательный софт для доказательства теорем (proof assistant software) не просто для проверяет доказательства, но помогает выйти на принципиально новый уровень великого объединения разных математических разделов. Концепция конденсированной математики обещает принести новые идеи и связи между областями, начиная от геометрии и заканчивая теорией чисел. Это в своём роде великое объединение математики

Впрочем, обо всём по порядку.

Одним из самых талантливых современных математиков называют молодого немецкого теоретика чисел Петера Шольце. Он смело связывает математику с другими творческими занятиями, увлекается прогрессивным роком, выдвигает необычные теории и уже имеет опыт внедрения революционных концепций.

Петер Шольце хочет ни больше ни меньше перестроить большую часть современной математики, начиная с одного из её краеугольных камней топологии. И теперь благодаря компьютерной инструменту автоматического доказательства теорем под названием Lean он получил подтверждение, лежащее в основе его поисков, пишет Nature.

Конденсированная математика


Амбициозный план Петер Шольце разработал совместно с коллегой Дастином Клаузеном из Копенгагенского университета и изложил в серии лекций по аналитической геометрии (pdf) в в 2019 году в Боннском университете (Германия), где они работают.

По мнению коллег, если замысел Шольце будет реализован, то через 50 лет преподавание математики аспирантам может сильно отличаться от сегодняшнего. Мне кажется, есть много областей математики, на которые повлияют его идеи, говорит Эмили Риль, математик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе.

До сих пор большая часть аналитической геометрии Шольце опиралась на техническое доказательство, настолько сложное, что даже сами авторы не были уверены в его корректности. Но 5 июня 2021 года Шольце объявил в блоге о завершении работы по компьютерному доказательству!

Великое объединение


Решающим моментом конденсированной математики является переопределение понятия топологии, одного из краеугольных камней современной математики. Многие объекты, которые изучают математики, имеют топологию эта структура определяет, какие части объекта расположены близко друг к другу, а какие нет. Топология даёт понятие формы, но более гибкое, чем в привычной геометрии: в топологии допустимо любое преобразование, которое не разрывает объект.

Топология играет важную роль не только в геометрии, но и в функциональном анализе, изучении функций. Функции обычно живут в пространствах с бесконечным числом измерений (например, волновые функции, которые являются основой квантовой механики). Это также важно для систем чисел, называемых p-адическими числами, которые имеют экзотическую, фрактальную топологию.

Примерно в 2018 году Шольце и Клаузен начали понимать, что традиционный подход к понятию топологии приводит к несовместимости этих трёх математических вселенных геометрии, функционального анализа и p-адических чисел, но можно попробовать устранить эти пробелы.

Многие результаты в каждой из математических областей имеют аналоги в других областях, хотя на первый взгляд это совершенно разные понятия.


Но если определить топологию правильным образом, то аналогии между теориями окажутся примерами одной и той же конденсированной математики, пишет Nature. Это своего рода великое объединение трёх областей.

Шольце и Клаузен уже нашли конденсированные доказательства ряда глубоких геометрических фактов и теперь могут доказать теоремы, которые ранее были неизвестны. Правда, они ещё не обнародовали эти данные.

Теорема


Суть поставленной задачи Шольце подробно изложил в декабре 2020 года. Он поставил задачу доказать очень теорему о множестве вещественных чисел, которое имеет топологию прямой линии. Это как бы основополагающая теорема, которая позволяет вещественным числам войти в эту новую структуру, объясняет Коммелин.



Работа по доказательству получила название Liquid Tensor Experiment, по имени любимой рок-группы математиков.

Вспомогательный софт для доказательства теорем


Вспомогательный софт для доказательства теорем (proof assistant software) используется уже десятилетиями. Если вкратце, то пользователь вводит в систему утверждения, которые дают машине определения математических понятий объектов на основе более простых объектов, о которых машина уже знает. Это утверждение может просто ссылаться на известные объекты. Затем программа ответит, является ли данный факт очевидно истинным или ложным, основываясь на своих текущих знаниях.

Если ответ не очевиден, пользователь должен ввести больше деталей. Таким образом, вспомогательный софт заставляет пользователя излагать логику своих аргументов в строгой форме, в том числе заполнять все проблемы простые шаги, которые математики сознательно или бессознательно пропускали.

Из самых известных систем такого типа Isabelle, Lean, Mizar и Coq, см. более полный список.

В данном случае математики решили использовать программу Lean и кодирование всех необходимых понятий и объектов заняло полгода. Естественно, Шольце работал не в одиночку. Ему помогала группа добровольцев под руководством Йохана Коммелина, математика из Фрайбургского университета в Германии.


Числовая прямая, показано положение на ней чисел $2$, $e$ и $\pi$

По словам одного из помощников Йохана Коммелина, Lean-версия доказательства Шольце включат десятки тысяч строк кода она примерно в 100 раз больше, чем оригинальная версия: Если вы просто посмотрите на код Lean, вам будет очень трудно понять доказательство, особенно в его нынешнем виде. Но исследователи говорят, что потраченные усилия, заставить доказательство сработало в программе, помогли им лучше понять саму теорему и доказательство.

Вообще, кодирование теоремы в программе для автоматического доказательства помогает понять, что построение теоремы и её доказательство по сути одно и то же.

По мнению некоторых исследователей, компьютерные программы для автоматического доказательства теорем в ближайшее время будут более широко использоваться в университетах. Возможно, компьютеры смогут указать на какие-то последствия или выводы известных теорем, которые математики не заметили. Хотя сам Шольце говорит, что ему лично не нужны такие программы в творческой работе математика.

Так или иначе, но данный случай доказывает, что программы для доказательства теорем действительно способны помочь в особо тяжёлых случаях. Похоже, компьютер способен одновременно оперировать с большим количеством объектов, чем оперативная память человека. После того, как в течение полугода, в программу вводили объекты, она всё-таки смогла выстроить логическую цепь и подтвердить доказательство.


Выдача Lean по доказательству теоремы Шольце и Клаузена

У таких программ есть свои поклонники, но это первый случай, когда они сыграли важную роль во фронтире математической науки, говорит Кевин Баззард, математик из Имперского колледжа Лондона, который участвовал в совместном проекте по проверке результатов Шольце и Клаузена. До сих пор в воздухе висел главный вопрос: справятся ли они со сложной математикой? Мы показали, что справятся.

Специалисты говорят, что полгода кодирования в Lean даже небольшой срок для такой монументальной задачи. Софт для доказательства теорем доказал, что за разумный промежуток времени может формально проверить сложнейшее оригинальное исследование.



VPS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Подробнее..

Краткая история мультиметра как он появился и кто его создатели

20.06.2021 18:15:44 | Автор: admin

Предтеча мультиметра гальванометр
Многие из нас практически ежедневно использует мультиметр по работе или в ходе реализации каких-то хобби-проектов. Есть простенькие мультиметры, которые измеряют лишь силу тока и напряжение. Есть очень сложные приборы, которые, кажется, способны измерить все, что угодно.

Понятно, что мультиметры относительно новый класс устройств, поскольку массовое распространение электричества на производствах и в домах стартовало чуть более века назад. Соответственно, и приборы, способны измерять параметры электрического тока в сетях, стали массовыми далеко не сразу. Давайте посмотрим, кто причастен к изобретению мультиметров и как они стали популярными.

Самый первый


Начало всему было положено около двух веков назад. Первым в серии важных событий был датский ученый Ханс Кристиан Эрстед. Об одном из его открытий известно любому школьнику. Так, Эрстед пропускал ток через проводник, а рядом помещал корабельный компас. Как только включали ток, стрелка компаса отклонялась от нормального положения. Так была открыта не только индукция, но и магнитное поле. Правда, сами эти термины появились позже.

Почему гальванометр? Название прибора возникло благодаря другому человеку Луиджи Гальвани. Он не только занимался опытами с проводниками, а изучал электрические явления при сокращении мышц в организмах. Снова-таки, известный всем медикам опыт, когда при подведении электричества к препарированной конечности лягушки начинает сокращаться мышца, первым описал Гальвани. Соответственно, появился термин гальванизм изначально это было как раз сокращение мышц под влиянием тока.

Ну и, наконец, Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и сумел объяснить это явление. Кстати, Фарадей сделал свое открытие одновременно с Джозефом Генри, но именно Фарадей описал первым результаты экспериментов. К слову, Фарадей уже пользовался гальванометром.


Самый чувствительный и надежный прибор для своего времени, который называется астатический гальванометр, создал Леопольдо Нобили в 1825 году. Ученый представил его в 1825 году на заседании Моденской Академии наук.

На протяжении 200 лет инженеры и ученые разработали большое количество самых разных гальванометров. По принципу действия их можно разделить на:
  • Магнитоэлектрические, электромагнитные.
  • Тангенциальные.
  • Тепловые.
  • Зеркальные.

Ну хорошо, а что с мультиметром?


Мультиметры появились уже в XX веке, в самом начале тогда массово стали появляться не только радиоприемники, но и другие устройства. Изобретателем мультиметра считают инженеру почтового отделения Королевской почты Великобритании Дональду Макади. Согласно записям самого инженера, его очень утомляла необходимость носить с собой несколько приборов для измерения характеристик сетей того времени.

И его можно понять. Ниже фотографии вольтметра и амперметра, модели были разработаны и использовались как раз примерно в то время. Кстати, источник фотографий интереснейший сайт с фотографиями массы измерительных приборов, радиоприемников и т.п., использовавшихся десятки лет назад.



Поэтому он разработал универсальное устройство, способное получать данные о напряжении, силе тока и сопротивлении. При этом название мультиметр появилось не сразу сам инженер назвал свой девайс Авометр.


Спустя всего три года на производство таких устройств были брошены усилия целой фабрики, принадлежащей компании Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEEC) настолько они стали востребованными.


С течением времени появились не только громоздкие чемоданчики, как на рисунках и фотографиях выше, но и карманные модели. Карманный мультиметр действительно помещался в карман, здесь нет никакого обмана.


Их функциональность была меньше, точность ниже. Корпус нужно было подключать к минусу, что стало причиной большого количества случаев поражения электрическим током. Такие часики были небезопасными. Результаты измерений были очень приблизительными. Тем не менее, в большинстве случаев их возможностей хватало с головой.


Кстати, цена девайсов в 17-31 доллар США не была низкой. Тогда стоимость доллара была совсем иной. На нынешние деньги это около $300-500, так что приобрести авометры могли либо компании, либо обеспеченные инженеры, ученые и т.п.

Чуть позже появились мультиметры с вакуумной трубкой. Она позволяла проводить точные измерения характеристик схем, где необходим высокий входной импеданс. Такие устройства не оказывали существенной нагрузки на тестируемую цепь.

Компания, выпускавшая авометры, стала весма успешной. В 1930-х годах, когда появились выпрямители из оксида меди, мультиметры стали еще совершеннее. В течение многих лет компания AVO была лидером в области разработки мультиметров, способных измерять переменное напряжение и ток, а также сопротивление и обычные диапазоны постоянного тока. К 1965 году компания продала более 1 млн авометров.

Были, конечно, и другие производители, большинство которых появилось уже после 30-х годов. Ниже фотография мультиметра от Supreme, который использовался в армии США в 40-х годах.


Чуть позже появились мультиметры с цифровыми дисплеями. Первый был разработан и поступил в продажу в 1953 году.


Вот советские мультиметры модель Ц20 1958 года выпуска и 1972. Последний получил полистироловый корпус и шесть пределов измерения напряжений вместо пяти.


Ц-20 позволял измерять:
  • сопротивление до 500 кОм;
  • напряжения постоянного тока до 600 В;
  • напряжения переменного тока (50 Гц) до 600 В;
  • силы постоянного тока до 750 мА.

А вот модель 1967 года, кона получила название NLS X-2 DMM.


Следующая модель, 1975 года, выглядит уже вполне по-современному. Наверное, какие-нибудь компании до сих пор выпускают нечто подобное.


А вот модель, которую выпустили в начале 80-х. Здесь вообще уже почти нет отличий с современными устройствами даже пищалка есть, которая позволяет быстро обнаруживать короткое замыкание.


Точность мультиметров очень высокая. Начиная с 70-х годов прошлого века не поменялось почти ничего. Ниже, на фотографии сравнение результатов измерения мультметров одного и того же производителя, начиная с модели 70-го года и заканчивая 2013-м.


Ну а с более современными мультиметрами читатели Хабра уж точно знакомы. Кстати, расскажите, какие модели вы используете и почему именно их можете рекомендовать?

Подробнее..

По просьбам читателей Хтоническое существо в реальном прошлом

21.06.2021 02:14:29 | Автор: admin

Восставший может погрузиться вбездну, апогрузившийся вбездну может вновь восстать. (Говард Филипс Лавкрафт. Зов Ктулху)

В бездну пучин сланцевых пород скалы эпохи Велнока,что на юге графства Херефордшир (Великобритания) раз за разом погружались инструменты палеонтологов, в надежде отыскать дом давно мёртвого и древнего существа,что видит сны и ждёт [1].

Black Hill. Источник: https://everipedia.org/wiki/lang_en/Black_Hill_(Herefordshire)Black Hill. Источник: https://everipedia.org/wiki/lang_en/Black_Hill_(Herefordshire)

Пласты эпохи Велнока [2], называемые по-английски Wenlock Shales представляют собой, бледные,местами темно-серые сланцы,которые простираются через несколько крупных графств, таких как Шропшир и Рэдноршир. Утолщаясь с юга на север,они несут в себе память о древних глубоководных формах жизни из силурийского периода,что правили в океанах за долго до появления человека [3;6].

Если рассматривать слои Велнока вблизи,то мы увидим тонкие и толстые пласты, известняков,иногда твердых и кристаллических,а иногда мягких,землистых или конкреционных (в видео Арсена Башиева),постепенно переходящих в пласты менее известковых песчаников [6],которые, отлично сохраняют в себе многочисленные образцы окаменелостей [4;5].

Ровно такую же красоту видели и палеонтологи, занимаясь поиском правды, как какой-нибудь детектив искал правду в затерянном городе на краю моря.

Ну чем не шоггот какой-нибудь?Ну чем не шоггот какой-нибудь?

Умелая работа инструментом,затем ещё и ещёи... вот,наконец,спустя многие часы кропотливой работы на грани истерики и сумасшествия показалась на свет порода со странной окаменелостью существа,внешне напоминающее хтоническое существо,будто сошедшее со страниц книг Говарда Филипса Лавкрафта. Правда данное существо было всего 15 мм [7], но это не мешало быть ему устрашающим хищником пожирающим всё что может сожрать с помощью своих щупалец и ножек. Позже,во всех СМИ,это существо обзовут древним морским огурцом,названным в честь бога Ктулху [8;9;10].

Однако, данное животное не является огурцом в чистом виде и представляется нам его родственником, а также родственником морских ежей, а возможно и вообще их последним общим предком [7]. Итак, пора бы перестать тянуть огурца за щупальца и представить Вам на всеобщее обозрение это потрясающее животное. Знакомьтесь Sollasina cthulhu, симпатичный пентарадиат (пятилучевый) с кучей щупалец, из рода офиоцистиоидов (Ophiocistioidea), гроза всяких губок и прочих полусидящих организмов.

Sollasina cthulhu. Реконструкция. Источник: https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2018.2792Sollasina cthulhu. Реконструкция. Источник: https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2018.2792

Именно за свои отменные щупальца,отдаленно напоминающие образ известного осминого-голового персонажа,он и получил свое видовое название.Собственно,как и все представители своего рода [11],наш глубоководный являлся свободно перемещающимся шаровидным иглокожим,имеющим уплощенное куполообразное тело,заключенное в твердую оболочку из известковых пластин,аналогичную оболочке современного морского ежа [7;12].

Рот у нашего Ктулху находился на вершине шаровидного тела, так называемого купола,который в свою очередь был окружен пятью хищными челюстями с острыми зубами на конце [7].

Гониодонт, этакий зуб, имеется у всех видов рода Ophiocistioidea Гониодонт, этакий зуб, имеется у всех видов рода Ophiocistioidea

Этим челюстной аппарат животного также напоминал таковой у морских ежей,в то время как наличие у него спикул указывало на близкое родство с морскими огурцами [7;12].

К слову, использование современных методов построения филогенетических деревьев также показало,что род этого существа мог бы быть одним из промежуточных звеньев между морскими ежами и голотуриями (морскими огурцами) [7].

Это животное,как и положено древнему богу,(шутка),по-видимому,не имело ануса. Вместо него на верхней поверхности тела оно имело мадрепорит,окруженный чем-то вроде генитальных пор для высвобождения гамет. Мадрепорит это такая штука у иглокожих,которая представляет собой светлое известковое отверстие,выполняющее роль фильтрата воды в их сосудистой системе,которая к слову [13],работает как клапан выравнивания давления [14].Получается этакая гидравлическая система,которая спокойно может использоваться универсально.Так,у современных иглокожих она используется не только для передвижения,но и для транспортировки продуктов питания по пищеварительной системе, для вывода отходов, и даже для дыхания через этот выход [7].Умение дышать попой одно из ключевых особенностей некоторых иглокожих,про которых я могу рассказать в следующий раз,если Вы захотите.

Амбулакральная система. Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Амбулакральная_системаАмбулакральная система. Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Амбулакральная_система

Собственно,как эта система работает? На самом деле всё просто и сложно одновременно.Все дело в том,что данная структура состоит из каналов,именуемых амбулакрами, или лучами.Они соединяют множество трубчатых ножек,перегоняющих жидкость из одного конца тела в другой с помощью мощных мышц.Выглядит это следующим образом:иглокожие двигаются,попеременно сокращая мышцы,которые нагнетают воду в трубчатые ножки,заставляя их расширяться и прижиматься к земле,что в свою очередь приводит к их последовательному расслаблению,позволяя ступням втягиваться и совершать шаг [14].В процессе движения происходит и транспорт различных веществ,в том числе и необходимых для дыхания. Получается,чтобы нормально жить,особь должна находиться в движении.Правда,это не прям всегда универсально,тем не менее,принцип работы этой системы в общих чертах сходен для всех.

На рисунках видно всё, что я описываю в строении нашего Ктулху . Подробнее о строении здесь https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2018.2792На рисунках видно всё, что я описываю в строении нашего Ктулху . Подробнее о строении здесь https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2018.2792

Я это рассказал не просто так,ведь от края купола у нашего животного находились необычно большие трубчатые ножки, в количестве 9ть штук. Трубчатые ноги,как я говорил выше,есть и у современных форм,работающие от амбулакр в их сосудистой системе.Правда,в отличие от обычных трубчатых ножек нынешних иглокожих,ножки у Ктулху были покрыты небольшими костными чешуйками и поэтому остались видимыми в окаменелости.Исходя из вышесказанного,мы можем сделать вывод,что все видимые части тела, у Sollasina ccthulhu, работали примерно так же,как и части тела какой-нибудь современной морской звезды.Однако не всё так просто с этим животным,ведь помимо вполне известных вещей,присущих всем иглокожим,у нашего Ктулху отсутствовали видимые амбулакры и присутствовало уникальное кольцо отсутствующее у всех известных ископаемых иглокожих [7].

Сравнение с современными иглокожими предлагает четыре возможных интерпретации этого внутреннего кольца:

  • Пищеварительный тракт,

  • Гемальное кольцо,

  • Нервное кольцо

  • Кольцевой канал.

Первый вариант отпадает сразу,поскольку маловероятно,что у этого животного мог быть пищеварительный тракт,поскольку нет никаких доказательств связи мягких структур со ртом или анусом в виде пищеварительной трубки,а небольшой зазор в кольце недостаточно велик для размещения таких новороченных тканей.Что же касается гемального кольца,то у современных иглокожих он состоит из сети анастомозирующих лакун,структур,не имеющих собственной стенки,чего у S. cthulhu попросту негде взяться [7].

А вот нервное кольцо и кольцевой канал одинаково равносильны,поскольку с точки зрения грубой морфологии они схожи с такими структурами ныне живущих иглокожих.Но если интерпретировать данное образование как нервное кольцо,то его положение сильно различается от положения нервного кольца современных иглокожих.Так,нервное кольцо у морских ежей расположено внутри фонаря,(челюстной аппарат) и впереди или внутри известкового кольца у голотурий,тогда как кольцевой канал расположен над фонарём у ежей и позади известкового кольца у голотурий.Кольцо у S. cthulhu расположено над челюстным аппаратом,что не согласуется с нервным кольцом,зато согласуется с его интерпретацией как кольцевого канала,являющегося важной частью водной сосудистой системы,описанной выше, при чём системы ранее не известной у ископаемых иглокожих [7].

Крупным планом можно увидеть челюсти, кольцевой канал над челюстями и ножки щупальцаКрупным планом можно увидеть челюсти, кольцевой канал над челюстями и ножки щупальца

Исходя из этого,наш зверь,вероятно,мог также иметь и пять амбулакр,которые могли расходиться наружу изо рта через верхнюю поверхность купола,но не доходить до плоской нижней стороны тела.На это указывают и останки других представителей этой группы животных,которые не имеют кольца,но имеют структуры,похожие на амбулакры [15].Следует ещё раз упомянуть,что и у большинства современных иглокожих кольцевой канал дает начало пяти радиальным каналам,которые связаны с ножками трубки дополнительными каналами или ветвями водной сосудистой системы [7].Однако у S. cthulhu сохранились только кольцевой канал и трубчатые ножки.Неясно,почему дополнительные элементы водной сосудистой системы не сохранились в этом образце,но их отсутствие может быть отчасти связано с необычной сохранностью данного офиоцистиоида,в котором большая часть теки заполнена плотным кристаллическим кальцитом,что могло помешать сохранению всех мягких тканей [7].Таким образом,хотя у S. cthulhu не сохранились радиальные каналы,можно сделать вывод о сходной организации с существующими иглокожими.

Голотурия питаетсяГолотурия питается

Так, наличие острых челюстей и ножек-трубочек отображаюли переменную кривизну и мозаичное покрытие одной ножки другой,как будто особь хаотично, что-то постоянно ощупывала и постоянно не могла сориентироваться ими. Этоуказывает на то,что животное было с гибкими конечностями при жизни и питалось мелкими полусидящими организмами,как морские ежи [15],а также планктоном и отложениями,как морские огурцы[7].

В этом им,вероятно,помогали стопы перистомиальной трубки,с помощью которых они манипулировании частицами пищи,и транспортировали их ко рту,так же,как и щечные ножки современных голотурий, питают их тела отложениями [7].Более крупные ножки неперистомиальной трубки,вероятно,имели иную функцию.

Та самая морская свинья, которая дышит попой.Та самая морская свинья, которая дышит попой.

Например,голотурии глубоководных элазиподид (морская свинья) используют свои сильно увеличенные трубчатые ножки для ходьбы.[7]. Аналогичная локомоторная функция может быть и для стопы неперистомиальной трубки у Sollasina и других офиоцистиоидов с пластинами. Непарные трубчатые ножки,расположенные наверху панциря животного,которые видны на картинке с его реконструкцией,недостаточно длинные,чтобы достичь субстрата,и сохраняются кончиками вверх,демонстрируя,что они не очень-то и двигались.Эти трубчатые ножки могли служить для того,чтобы выровнять животное,если его перевернули, удалить мусор с аборальной поверхности и / или отпугнуть хищников.

Вот мы и подошли к концу данной статьи, в которой мы рассмотрели наверное одно из самых интересных животных далёкого прошлого, настоящего Ктулху, так сказать. Надеюсь Вам понравился данный материал, ведь на него ушло много времени и сил. Поэтому если Вы хотите ещё подобного рода статей, поставьте плюсик и до новых встреч.

P.S. Писал исключительно в свой хаб и по тегам статьи, а не в хабы IT и Программирование, поэтому данная статья является тематом.

Эта первая такая крупная научно-популярная статья написаная в первую очередь для хабра и первоначально не опубликованная в моём сообществе Фанерозой, но она обязятельно там появится.

Источники
Подробнее..

Странник VIPER как сконструирован планетоход и что он будет делать на Луне

21.06.2021 14:12:41 | Автор: admin
Обложка к комиксу Weird science. 50-годы

NASA разрабатывает планетоход VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), который будет искать и составлять карту залежей воды на Луне. VIPER планируют доставить на поверхность Луны уже к концу 2023 года. Исследовательский центр Эймса отвечает за управление работой планетохода, разработку его программного обеспечения и систем контроля. Оборудованием занимается космический центр Джонсона, научными инструментами исследовательский центр Эймса и космический центр Кеннеди. Компания Astrobotic из Питтсбурга выиграла контракт на запуск, транспортировку и доставку планетохода на поверхность Луны. По данным NASA, общие затраты на разработку миссии составляют $433,5 млн долларов.

Ключевые факты



  • Способ доставки на Луну: ракета-носитель и посадочный модуль;
  • Продолжительность полета: 100 земных дней.
  • Высадка планетохода должна осуществиться на Луне в начале летнего сезона на Южном полюсе, в самые продолжительные периоды солнечного света, чтобы было легче поддерживать работу ровера.

Задачи планетохода VIPER


В ближайшие годы в NASA намерены вновь отправлять людей на Луну (программа Артемида). Целью миссии планетохода является сбор данных, которые помогут составить дальнейшие планы по постройке баз на Луне. В лунных полярных регионах большое количество водяного льда. Его наличие связано с осевым наклоном Луны, который обеспечивает постоянное затенение полярных областей, а отсутствие прямых солнечных лучей не позволяет льду сублимироваться в кислород и газообразный водород. Лед будет необходим для жизни человека на Луне. Он будет использоваться для всего питья, орошения, производства газообразного кислорода и водородного топлива.

Оказавшись на Луне, VIPER будет собирать пробы различных почвенных сред для создания глобальных карт водных ресурсов Луны, которые пригодятся при постройке баз. Планетоход поможет ответить на вопросы о том, где находится вода, насколько глубоко и в каком количестве.

Что мы знаем о конструкции планетохода VIPER



Ровер оснащен:

  • системой спектрометров NIRVSS, NSS (будет использоваться для выявления воды под поверхностью);
  • инструментами для наблюдения за лунными операциями с масс-спектрометром MSolo;
  • буровой установкой TRIDENT (длина бура 1 м) для изучения новой местности, получения и последующего анализа образцов почвы;
  • аккумулятором на солнечной батарее (максимальная мощность 450 Вт);
  • четырьмя колесами.

Параметры VIPER:

  • Размер 1,5 м х 1,5 м х 2,5 м,
  • Вес 430 кг;
  • Максимальная скорость 0,8 км/ч;
  • Шаг от 4 до 8 метров (в зависимости от указаний диспетчеров миссии на Земле).

Поскольку на данный момент неизвестно, какой будет почва в полярных регионах Луны твердой или рыхлой, планетоход отличается беспрецедентной маневренностью и проходимостью. VIPER может двигаться вбок и по диагонали, вращаться по кругу двигаться в любом направлении. Если он встретит на своем пути мягкую почву, он даже сможет ходить колесами, независимо перемещая каждое колесо, чтобы освободиться от грунта.

Сильные колебания света и темноты на полюсах Луны создают очень длинные и быстро движущиеся тени. VIPER, работающий на солнечной энергии, должен отступать от надвигающихся теней, поскольку он ищет подходящую территорию для забора материалы, поддерживая связь с Землей. Периоды темноты будут долгими, около одной земной недели, поэтому планетоход будет парковаться на возвышенностях, чтобы сократить простой до 4 дней. Данные факторы усложняют планирование и построение маршрута планетохода.

Также VIPER первый планетоход NASA с фарами, так как он будет исследовать темные кратеры, куда не проникает солнечный свет. Исследования, проведенные в прошлом году, показали, что вода находится по всей Луне, включая участки, подверженные прямому солнечному свету, и в специальных карманах на поверхности, называемых холодными ловушками, которые постоянно находятся в темноте. Многие из этих холодных ловушек находятся в ударных кратерах, что делает их интересными объектами для исследования.

Предшественники планетохода VIPER


В настоящее время планетоходы запускаются на Луну и Марс. Некоторые планетоходы были сконструированы для перемещения членов экипажа космической экспедиции, другие были исследовательскими аппаратами дистанционно управляемыми роботами. Планетоход должен обладать стойкостью к перегрузкам, низким и высоким температурам, давлению, пылевому загрязнению, химической коррозии, космическому излучению. Также ему важно сохранять работоспособность без ремонта в течение необходимого для исследований времени.

Давайте вспомним планетоходы, которые уже побывали на других планетах.

Луноходы:

  1. Луноход-1 (1970, СССР) первый в мире планетоход, успешно работавший на поверхности Луны;
  2. Лунные автомобили программы Аполлон (1971-1972 гг., США) использовались для обеспечения большей подвижности экипажей Аполлон -15, 16, 17;
  3. Луноход-2 (1973, СССР) предназначен для изучения механических свойств лунной поверхности, фото- и телесъемки Луны, проведения экспериментов;
  4. Yutu (2013, КНР) первый китайский луноход. После 40 дней работы потерял подвижность и продолжил работу в стационарном режиме;
  5. Yutu-2 (2019, КНР) первый в мире луноход, изучавший обратную сторону Луны;
  6. Прагъям (2019, Индия) разбился о поверхность Луны в результате неудачной посадки.

Марсоходы:

  1. ПрОП-М (1971, СССР) название двух первых в мире марсоходов, которые достигли поверхности Марса, но так и не начали работу;
  2. Sojourner (1997, США) первый работающий марсоход, передал 550 фотографий и более 15 раз провел химический анализ марсианских камней и грунта;
  3. Spirit (2004, США) первый из двух запущенных марсоходов, в рамках проекта Mars Exploration Rover. Осуществлял анализ геологических пород. В 2009 году марсоход застрял в песчаной дюне.
  4. Opportunity (2004, США) второй марсоход проекта Mars Exploration Rover. В конце апреля 2010 года продолжительность миссии достигла 2246 солов ( марсианские сутки 24 часа 39 минут 35,24409 секунды), что сделало ее самой длительной марсианской операцией. В 2019 году миссия была официально завершена.
  5. Curiosity (2012, США) автономная химическая лаборатория, работает в настоящее время, проводит полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы;
  6. Perseverance (2021, США) разработан для исследования кратера Езеро. Марсоход впервые переработал углекислый газ из атмосферы Марса в кислород;
  7. Zhurong (2021, КНР) первый китайский марсоход, приземлившийся на планете. В его задачи входит картирование структуры планеты, изучение характеристик поверхностного слоя и распределения водяного льда в нем, анализ состава материалов поверхности, измерение параметров ионосферы планеты, электромагнитного и гравитационного полей и получение информации о климате.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2021, personeltest.ru