2025 |

Заработал Европейский Экстремально большой телескоп (E-ELT)

Европейская южная обсерватория (ESA), межправительственная научно-исследовательская организация, поддерживаемая пятнадцатью странами, построила новый, революционный телескоп в Серро Армазонес в Чили.

Главным инструментом обсерватории в чилийской пустыне Атакама стал телескоп с сегментным зеркалом диаметром 39,3 метра. Степень детализации лучше, чем у орбитального «Хаббла»: для этого используется оптическая система, исправляющая эффект нечеткости из-за атмосферы Земли.

Зеркало достаточно мощное, чтобы изучать атмосферы экзопланет. Оно также позволяет заниматься своеобразной «звездной археологией» – измерять свойства первых звезд и галактик, а также исследовать природу темной материи и темной энергии.

Первоначально строительство обсерватории планировалось завершить к 2018 году, но из-за финансовых проблем окончание строительства пришлось на 2025 с финансовой помощью Польши. Также из-за недостатка в финансировании пришлось незначительно уменьшить размер зеркала – ранее планировался диаметр в 42 м.

Больше…

Запущен экспериментальный термоядерный реактор ITER

Искусственно созданная термоядерная реакция уже демонстрировалась в малом масштабе. Существовала задача отыскать способ увеличить его масштаб до уровня коммерческого использования эффективно, экономично и без нанесения вреда окружающей среде.

Реактор ITER, известный ранее как Международный термоядерный экспериментальный реактор, будет первым проектом, удовлетворяющим данным условиям. Он был построен на юге Франции за 20 миллиардов евро за десять лет, это один из самых грандиозных когда-либо предпринимаемых научных проектов, занимающий второе место после Международной космической станции. Это совместный исследовательский проект США, ЕС, Японии, России, Китая, Индии и Южной Кореи.

Чтобы продемонстрировать чистую термоядерную мощь в большом масштабе, реактор должен воспроизвести условия, аналогичные условий в центре Солнца. Для достижения данной цели используется устройство под названием токамак, удерживающее плазму магнитным полем. Это тороидальная вакуумная камера генерирует мощное магнитное поле, не дающее жару достигать стен реактора. Небольшие дозы топлива впрыскиваются и втягиваются в камеру. Здесь они разогреваются до температуры 100 миллионов градусов, формируя плазму. При такой высокой температуре легкие атомные ядра водорода сплавляются вместе, создавая более тяжелые соединения водорода, такие как дейтерий и тритий. Что высвобождает нейтроны и огромное количество энергии

После операционного запуска в 2025 году можно надеяться, что ITER в результате будет производить более 500 мегаватт мощи, порциями в 400 секунд и больше. Его можно сравнить с «Общим европейским тором» (JET), предыдущим рекордсменом по пиковой термоядерной мощи (16МВ), длившейся всего несколько секунд в 1997 году.

Потребуется еще несколько десятилетий, пока реактор ITER будет в достаточной степени усовершенствован. Для того чтобы генерировать продолжительное напряжение для коммерческих нужд, потребуется создать способ задержки плазмы в условиях критической плотности и температур. Для этого понадобится улучшить конструкцию камеры, применить усовершенствованные сверхпроводящие магниты и продвинутые вакуумные системы.

Однако это может привести к конечному прорыву в области энергетики. Если проект окажется удачным, человечество получит доступ к практически неограниченному запасу экологически чистой энергии.

Больше…

Пилотируемые полёты на Луну

В это время по меньшей мере два космических агентства проводят пилотируемое исследование Луны. Это происходит параллельно с частными коммерческими предприятиями, включая лунных туристов. Огромный промежуток времени, прошедший с момента появления «Аполлона» на Луне, привело к тому, что среди широкой публики сложилось мнение, что космические путешествия практически не прогрессируют. На самом же деле, происходил целый ряд изменений.

Возможно, наиболее заметным был быстрый подъём Китая. В 2003 году его первый космонавт был выведен на орбиту. За этим последовали две дополнительные пилотируемые миссии в 2005 и 2008 годах. Десять лет спустя, Китай построил свою первую космическую станцию, одновременно запуская зонды на поверхность Луны, включая миссию по возвращению образцов. Однако, у страны были ещё большие амбиции, и к концу 2020-х годов её первые астронавты будут отправлены на Луну. Это будет происходить в южном полярном регионе, с обильной солнечной энергией, относительно стабильными температурами и наличием водяного льда.

Россия тоже делала большие успехи. После нескольких лет стагнации, её космическая программа возродилась, благодаря значительному увеличению финансирования. Новый космодром Восточный окончательно введён в эксплуатацию в 2025 году, а новые ракеты были разработаны на основе более дешёвого ацетиленового и аммиачного топлива. К началу 2030-х годов сочетание более совершенной инфраструктуры и технологий, увеличения финансирования, приведёт к российскому присутствию на Луне.

NASA разрабатывало новую ракету – Систему космических запусков (SLS) – вместе с удалённой космической станцией, известной как Deep Space Gateway (DSG, Лунная орбитальная платформа-шлюз), расположенной в точке Лагранжа 2 Земля-Луна. Конечной целью агентства была отправка астронавтов на Марс. Тем не менее, промежуточный этап будет обеспечен DSG, считающейся преемником Международной космической станции (МКС). До монументального достижения – отправки людей на Марс, DSG будет вращаться вокруг Луны, предоставляя знания и опыт, необходимые для выхода за пределы низкой околоземной орбиты. Она также может функционировать в качестве платформы для космического туризма и других частных коммерческих интересов, таких как надувные модули, разработанные компанией Bigelow Aerospace. SLS осуществил несколько облётов Луны во время строительства DSG, включая событие впервые со времен «Аполлона», когда человек выходил на орбиту Луны.

Европейское космическое агентство (ESA) изначально было менее активным, чем другие агентства, когда речь шла о пилотируемых лунных миссиях, предпочитая вместо этого сосредоточиться на роботизированном исследовании Марса. Тем не менее, ESA в конечном итоге будет сотрудничать по проекту «Deep Space Gateway», как это было с МКС.

Другие страны проявили интерес к пилотируемым исследованиям Луны и даже к постоянным базам, включая Японию, Индию и Иран. Однако, несмотря на значительный прогресс, нехватка технического опыта и необходимых финансовых обязательств, откладывают достижение поставленных целей на будущее.

Больше…

Первый испытательный полет космолёта «Скайлон»

До сих пор все космические аппараты запускаемые с Земли в космос использовали несколько ступеней. Требовалось сбрасывать части ракеты-носителя во время полета, в целях снижения веса. В течение 2020-х годов удалось создать новый космолёт многоразового использования, который может выходить в космос без применения внешних компонентов: разгонных ступеней, внешних ускорителей или сбрасываемых топливных баков. Вместо этого достаточно одного гибридного реактивного ракетного двигателя.

Известный как «Скайлон» (англ., Skylon), проект разработан Британским аэрокосмическим производителем Reaction Engines Limited, базирующийся в Оксфордшире, Англия, финансируемый правительством Великобритании, Европейским космическим агентством и BAE System. Общая стоимость программы оценивается в 10,1 млрд долларов, с удельной ценой космолёта около 270 млн. долларов. Компания BAE Systems приобрела в 2015 году 20% акций компании, вложив первоначальную сумму в размере 29,4 млн долларов на постройку двигателя.

Skylon способен подниматься в воздух как обычный самолёт, однако, используя специально подготовленную для тежёлого веса полосу, и, достигнув гиперзвуковой скорости в 5,5 Маха и высоты в 26 километров, переходить на питание кислородом из собственных баков, чтобы выйти на орбиту. Это обеспечивает значительное сокращение потребления топлива. Затем он закрывает воздуховод и работает как высокоэффективная ракета, чтобы выполнить оставшуюся часть своего путешествия до орбиты в 300 км над Землёй.

Ключевой частью проекта является уникальная силовая установка — два многорежимных турборакетнопрямоточных двигателя (“SABRE”) — гиперзвуковой комбинированный синергетический воздушно-реактивный/ракетный двигатель с предварительным охлаждением). То есть, это турборакетные двигатели с дополнительными прямоточными контурами.

Хотя грузоподъемность составляет 15 тонн (около 1/3 от Шаттла), каждый космолёт стоит дешевле (около 1/10) и значительно более экономичен во многом благодаря низкому весу SABRE. После завершения миссии, корабль вновь входит в атмосферу с защищенной прочной керамической обшивкой и садится на взлетно-посадочную полосу как обычный самолет. Пройдя всё необходимое техническое обслуживание, он способен к полёту уже через два дня (по сравнению с двумя месяцемя для Шаттла).

Наземные испытания двигателя SABRE начались в 2019 году. Первый беспилотный тестовый полет был первоначально запланирован на 2020 год, но впоследствии из-за проблем с финансированием был перенесён на 2025 год. Изначально не приспособленный для экипажа, Скайлон впоследствии будет использоваться и для доставки астронавтов на космическую станцию и обратно. Будущие версии могут быть приспособлены для космического туризма, перевозить до 30 пассажиров в специально построенном модуле со стоимостью билета до 500 000 $ на человека.

Первый коммерческий полет должен состояться к 2030-м годам. Скайлон называют самым большим прорывом в ракетно-космической двигателестроительной отрасли с момента изобретения реактивного двигателя – произведя революцию в доступности космоса. Это также приводит к созданию коммерческих авиалайнеров, способных преодолевать расстояния между континентами за четыре часа.

Больше…

Лабораторная мышь ожила после криосохранения

Криосохранение – это процесс, при котором клетки всех живых тканей сохраняются при отрицательной температуре. В разработке этой технологии были достигнуты значительные успехи. Самым выдающимся достижением считается эксперимент, при котором лабораторная мышь выжила после заморозки при температуре  −196°C.

Самой серьезной задачей, которую предстояло решить, было устранение повреждения клеток в процессе кристаллизации при заморозке. В первое десятилетие двадцать первого века проблема была всесторонне решена за счет разработки криопротекторов, позволяющих осуществлять полное стеклование. Другими словами, сохраняемое тело становится больше стеклом, чем кристаллом.

Однако оставался нерешенным также ряд других проблем. Среди них можно отметить токсичность криопротекторов, а также появление трещин, вызванное термальными напряжениями. В последующие десятилетия ускоряющиеся научные исследования привели к появлению более совершенных и успешных методик, что, в конце концов, позволило оживить мышь после глубокой заморозки.

Хотя до криосохранения человека пройдет еще много времени (поскольку это также чревато возникновением этических, правовых и социальных барьеров), но, тем не менее, оно уже становится реальностью. Когда-то криосохранение считалось выдумкой научных фантастов, а теперь стало популярной темой современной научной литературы. Множество новых стартап-компаний предлагают «замораживать» клиентов для того, чтобы пробудить их уже в будущем.

Больше…

Пик угрозы биотерроризма

В настоящее время биотехнологии настолько развиты, широко распространены и дёшевы, что небольшая группа людей или даже один единственный человек может представлять угрозу для человечества. Настольные лаборатории, генетические базы данных, программное обеспечение с искусственным интеллектом становятся доступными для широких слоев населения. Это позволяет людям с соответствующими знаниями быстро исследовать и синтезировать молекулы ДНК.

Криминал уже вовсю использует эти средства для производства наркотиков и лекарств (яркий пример – нелегальные интернет-аптеки предыдущих десятилетий). Сейчас дошел черёд и до террористов.

В прошлом государственные ведомства могли сдерживать биотерроризм, жестко контролируя распространение и доступ к патогенным микроорганизмам. Это было достигнуто путем регулирования лабораторного использования потенциально опасных возбудителей, таких как вирус Эбола. Однако появление технологии синтеза ДНК означает, что простое ограничение доступа к опасным возбудителям уже больше не может обеспечивать безопасность. Так как любой ген – это последовательно закодированная информация, стоит только одни раз расшифровать её, и можно будет синтезировать организм без использования первичных образцов или запаса ДНК.

По мере совершенствования технологии синтеза, происходит ее удешевление, она становится более доступной и легкой в использовании. Процесс проникновения биотехнологий в современное общество похож на революцию, вызванную персональными компьютерами в начале 1980-х. В то же время для нужд стремительно развивающейся медицины необходим открытый и легкий доступ к генетическим базам данных. Более того, информация о ДНК таких патогенов, как: сибирская язва, ботулизм и оспа, – находится в открытом доступе в Интернете уже не одно десятилетие.

Легкость, с которой можно создать новый вирус (это может быть еще более смертоносная версия уже существующего), используя относительно простые знания и оборудования, начинает вызывать опасения. Еще более опасная возможность – это создание вируса, который будет в состоянии атаковать отдельные расы или генетические группы людей.

Совсем недавно мир подвергся атаке такого «произведенного на коленке» биологического оружия. Результаты оказались чрезвычайно разрушительными, и до сих пор не все последствия устранены.

Уровень угрозы начинает снижаться в 2030х из-за того, что такие новые защитные технологии, как нанороботы, становятся доступны населению. Эти крошечные устройства, введенные в кровеносную систему, могут быть запрограммированы на быстрое обнаружение и уничтожение опасных вирусов.

Больше…

Симуляция человеческого мозга становится возможной

Первое полное моделирование одного нейрона было совершено в 2005 году. За этим последовала неокортикальная колонка с 10 000 нейронами в 2008 году, а затем кортикальная мезосхема с 1 000 000 нейронов в 2011 году. Позднее было проведено моделирование мозга мышей, содержащее десятки миллионов нейронов.

К 2025 году экспоненциальный рост вычислительных мощностей и данных позволил сформировать точные модели каждой части человеческого мозга и его 100 миллиардов нейронов. В период между 2000 и 2025 вычислительные способности компьютеров выросли в миллион раз наряду со значительным увеличением разрешающей и пропускной способности сканирования. Как и в случае с проектом “Геном человека”, в научном сообществе было много людей, которые сомневались, что мозг может быть нанесен на карту так быстро. И вновь они не смогли объяснить экспоненциальный (а не линейный) рост информационных технологий.

Хотя теперь можно сканировать и картографировать весь человеческий мозг вплоть до уровня нейронов, анализ огромных объемов данных, которые он содержит, и использование их для полного понимания его работы займет гораздо больше времени. Тем не менее, это представляет собой важную веху в неврологии и ведет к увеличению финансирования борьбы с различными заболеваниями, связанных с мозгом.

Больше…

Разработка медицинских нанороботов

Разрабатываются наномасштабные роботы, чьи размеры на порядки меньше размеров ранних микро-версий. Они являются частью программы по улучшению и модернизации системы здравоохранения. В некоторых странах разработка и внедрение этих роботов уже вошли в стадию проведения испытаний на людях и скоро будут одобрены правительством. Они могут быть использованы как для диагностики, так и для лечения. Размер нанороботов позволяет им проникать в ранее недоступные места человеческого тела или же воздействовать на области, которые чересчур восприимчивы для обычных инструментов.

В ближайшие годы самый значимый прорыв произойдет в методах борьбы с раком. С использованием  нанороботов  можно будет обнаружить опухоль на самой ранней стадии, а затем воздействовать на нее с большой точностью. Даже излечение пациентов, которым раньше могли бы поставить диагноз «неизлечимо больной», становится обычным делом. Резко улучшаются возможности диагностики болезней сердца, неврологических расстройств и многих других заболеваний. В сочетании с выдающимися успехами в исследовании стволовых клеток это позволит создать следующее поколение медицинских препаратов с совершенно новым уровнем эффективности.

Нанороботы создаются методом молекулярного наслаивания с использованием позиционно-контролируемого алмазного механосинтеза и алмазоидных нанофабрик. Каждый робот способен самостоятельно перемещаться, используя крошечный моторчик, а также оснащен микроскопическими сенсорами, системой наведения и системой связи.

Китай урбанизируется

Большая часть Китая – это урбанизированные территории с высокой плотностью населения. Экономический бум привел к постройке десяток тысяч небоскребов по всей стране. На данный момент в Китае больше 200 городов с населением, превышающим один миллион человек, в то время как в Европе в 2010 году таких городов насчитывалось лишь 35. Даже наиболее удаленные и изолированные регионы начинают развиваться с огромной скоростью. Крупномасштабная инфраструктура, состоящая из поездов на магнитной подушке, аэропортов, мостов и туннелей, образует широкую сеть, связывая все части страны и оставляя незатронутыми лишь незначительные территории. Китай уверенно становится страной с развитой экономикой.

Территории таких крупных городов, как Гонконг и Шеньчжень, уже начали перекрываться  –  они теперь образуют «гипергород». Его население превосходит число жителей Токио. Множество самых высоких зданий в мире находится в Китае, включая несколько небоскребов километровой высоты.

Все это вызвало значительное изменение цен на сталь и другие конструкционные материалы. Множество крупномасштабных проектов в Европе, Америке и других местах отменены. Рост соседней Индии подлил масла в огонь. Влияние Запада на установление цен на металлы значительно снизилось. Тем временем строительные и горнодобывающие компании получают огромные прибыли, что приводит ко множеству поглощений и слияний на высшем уровне бизнеса. Из-за высокой строительной активности зафиксировано рекордное количество несчастных случаев на производстве. Это привело к ужесточению норм и правил, что в свою очередь повысило безопасность во всей отрасли. Происходит постепенное улучшение условий труда и увеличение заработных плат для рабочего персонала.

С ростом Китая растет и его потребность в энергоносителях. Страна подготовилась к этому путем укрепления связей с Центральной Азией, откуда ведется импорт нефти и газа. Туркменистан является одним из важнейших партнеров благодаря открытию новых месторождений. Сотрудничество Китая со странами Центральной Азии также было частично мотивировано снижением зависимости от поставок с Ближнего Востока и от Малаккского пролива, через который ведется морская транспортировка нефти из Персидского залива и Африки. Этот пролив становится все более уязвимым для нападений пиратов, и контроль над ним является причиной постоянных политических осложнений.

Помимо увеличения импорта нефти, значительные успехи были сделаны в области энергосбережения и энергоэффективности. Доля атомной энергетики также увеличилась. К 2025 китайские АЭС вырабатывают около 150 миллиардов киловатт-часов, что превосходит показатели Канады и России вместе взятые. В ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение мощностей в связи с вводом в эксплуатацию атомных станций четвертого поколения. Забота об окружающей среде привела к широкому использованию солнечных, ветряных и водородно-электрических станций.

Больше…

Вертикальные городские фермы строятся повсеместно

Общая численность населения приближается к 8 миллиардам, и мировой спрос на продукты питания продолжает увеличиваться. Однако в то же время серьезные изменения климата вместе с другими экологическими факторами оказывают большое влияние. Засухи, опустынивание и рост непредсказуемости дождей приводят к уменьшению урожайности во многих странах, тогда как сокращение запасов органических топлив делает содержание крупных коммерческих хозяйств еще более дорогим. Десятилетия повсеместного применения пестицидов и избыточный полив также сыграли свою роль. США, например, теряет почти 3 тонны верхнего слоя почвы с каждого акра земли в год. Это в 10-40 раз превосходит скорость естественного восстановления. При сохранении такой тенденции уже к 2070 весь верхний слой почвы исчезнет. Так как ситуация только ухудшается и цены на продукты питания увеличиваются, то современный мир приближается к настоящему глобальному кризису.

Среди нарастающего чувства неотложности и паники появилось несколько потенциальных решений. Одна из таких инноваций – вертикальные фермы. Огромные количества ресурсов и земли, необходимые для традиционного сельского хозяйства, заменяются одной вертикальной конструкцией, где культуры располагаются друг над другом, как этажи в здании. Первая коммерческая вертикальная ферма открылась в Сингапуре в 2012. К 2020 они уже широко распространены по всему миру, и различные модификации вертикальных ферм существуют почти во всех городах.

Вертикальная ферма обладает рядом преимуществ. Например, городская площадь в 1,32 гектара может производить такое количество продовольствия, для которого понадобилось бы 420 гектаров земли при обычном способе ведения сельского хозяйства. Этого хватит, чтобы накормить десятки тысяч жителей. Примерно 150 таких зданий по 30 этажей каждое может потенциально обеспечить постоянное снабжение продовольствием всего населения Нью-Йорка. В последнее время использование генетически модифицированных культур значительно увеличилось. Они прекрасно подходят для замкнутых, хорошо контролируемых условий вертикальных ферм. Возможность продавать продукты на месте их производства – еще одно преимущество вертикальных ферм. Городское сельское хозяйство значительно снижает энергетические затраты,  связанные с транспортировкой и хранением продуктов, а также обеспечивает доступ к свежей и натуральной еде для городских жителей.

Другое важное достоинство вертикального сельского хозяйства – его автономность. Для получения электрической энергии используются солнечные панели и ветрогенераторы, расположенные в самом здании фермы. Стеклянные панели, покрытые оксидом титана, надежно защищают растения от загрязняющих веществ. Их расположение специально спроектировано для обеспечения максимального уровня естественного освещения. Кроме того, при необходимости есть возможность использования искусственного освещения. Сельскохозяйственные культуры растут на гидропонике и аэропонике, что значительно уменьшает требуемое пространство, количество почвы, воды и удобрений.

Компьютеры и автоматика осуществляют интеллектуальный контроль и управление всеми системами и ресурсами. Разбрызгиватели воды, уровень освещения и температуры управляются через автоматические системы, расположенные на каждом уровне. Условия могут специально настраиваться для каждого отдельного вида растения. Возможно воссоздание различных погодных условия, смены сезонов, а также смены дня и ночи. Некоторые наиболее совершенные башни используют роботов для сбора урожая. Испаряющийся избыток воды попадает в конденсаторы на потолке каждого уровня, после чего вода направляется по трубам в соседние резервуары. Затем эта вода многократно используется, образуя замкнутый цикл орошения. Любое необходимое для фермы количество воды может быть отфильтровано из городской канализационной системы.

Вертикальные фермы также выгодны и для экологии. Полностью контролируемая система сохраняет и перерабатывает не только воду, но также почву и удобрения, например, фосфор. Таким образам экологический ущерб снижается на несколько порядков по сравнению с классическими методами ведения сельского хозяйства. Вдобавок ко всему уменьшение нужды в пахотных землях помогает сократить вырубку лесов и прекратить разрушение естественной среды обитания. Вертикальные фермы также могут быть использованы для выработки электроэнергии: непригодные в пищу органические элементы превращают в биотопливо при помощи ферментализаторов метана (метантенков).

Больше…