2030-е |

Орбитальный космический мусор становится серьезной проблемой для космических полетов

На компьютерной модели показаны: красным цветом: спутники (действующие или выведенные из строя); жёлтым: части ракет; зеленым: связанные с миссиями объекты (болты, крышки объективов, и др. детали); синий: остатки от твердотопливных ракетных двигателей; белый: осколки после взрывов и иных событий.

Космический мусор – мусор, оставленный на орбите в результате деятельности человека. Его количество увеличивалось на низкой околоземной орбите более 70 лет. Это может быть и отработанные ступени ракет, и отработавшие спутники, обломки, оставшиеся от случайных столкновений. Размер космического мусора может доходить до нескольких метров, но чаще всего это мелкие частицы, такие как металлическая стружка и краска. Несмотря на свои небольшие размеры, такие обломки часто движутся со скоростью более 27 000 км/ч –  достаточно быстро, чтобы нанести значительный ущерб космическим кораблям. Спутники, ракеты и космические станции, а также космонавты выходят в открытый космос, чтобы справиться с растущими повреждениями, вызванными столкновениями с этими частицами.

Одна из самых больших проблем космического мусора это то, что он растёт в геометрической прогрессии. Эта тенденция, наряду с увеличением числа стран, выходящих в космос, сделала орбитальные столкновения обычным делом в последние годы. Особенно пострадали новейшие космические державы.

События похожи на столкновение спутников 2009 США и России, вызвавшее опасения, так называемого синдрома Кесслера. Это сценарий, где космический мусор достигает критической массы, вызывая цепную реакцию столкновений практически каждого спутника и техногенных объектов в орбитальной группе. Такое событие может разрушить мировую экономику и сделать будущие космические путешествия практически невозможными.

К 2030 году количество космического мусора на орбите увеличилось в три раза, по сравнению с 2011 годом. Бесчисленные миллионы фрагментов теперь можно найти на различных уровнях орбиты. В настоящее время разрабатывается новое поколение защиты для космических аппаратов и ракет, наряду с более жёсткими и прочными скафандрами для космонавтов. Оно включает в себя использование нанотехнологичных «самовосстанавливающихся» материалов, однако расходы слишком высоки для их повсеместного использования.

Большие куски мусора также влияют на саму Землю. Хотя большая часть поверхности приходится на океан (70% поверхности планеты покрыто водой), произошло несколько аварий на Земле, что потребовало установку систем раннего предупреждения для людей в пострадавших районах.

Регулирование началось с целью уменьшения роста космического мусора, в то время как улучшенная система защиты и технологии ремонта снизили частоту повреждений. Увеличение вычислительных мощностей и систем слежения также помогают предсказать курс мусора и предупредить космические корабли о наиболее опасных районах. Возможность физически переместить мусор теперь стала возможна, в том числе при помощи наземных лазеров, которые могут подтолкнуть его к более низкой орбите, где он сгорит при взаимодействии с атмосферой Земли. Несмотря на это, решение проблемы космического мусора остаётся дорогостоящим.

Больше…

Межзвёздное сообщение дошло до звезды Лейтена

Звезда Лейтена (GJ 273) – красный карлик, расположенный на расстоянии около 12,4 световых лет от Солнца. Несмотря на свою относительную близость, звезда имеет видимую звёздную величину всего 9,9, что делает её слишком слабой, чтобы её можно было увидеть невооруженным глазом. Звезда была названа в честь Виллема Лейтена, который в сотрудничестве с Эдвином Эббигаузеном впервые определил её высокое собственное движение в 1935 году. Звезда Лейтена составляет четверть массы Солнца и имеет 35% его радиуса.

В марте 2017 года были обнаружены две планеты, вращающиеся вокруг звезды Лейтена. Внешняя планета, GJ 273b, является «суперземлёй», с массой 2,9 масс Земли. Также было обнаружено, что она находится в зоне обитаемости своей звезды с потенциалом для образования жидкой воды на поверхности. Внутренняя планета, GJ 273c, имеет массу 1,2 масс Земли, но она вращается гораздо дальше, с орбитальным периодом всего 4,7 дней.
В октябре 2017 года был запущен проект, известный как «Sónar Calling GJ 273b». Через глубокий космос в направлении звезды Лейтена была отправлена музыка в попытке связаться с внеземным разумом. Проект, организованный компанией Messaging Extraterrestrial Intelligence (METI, послания внеземным цивилизациям) и Sónar (музыкальный фестиваль в Барселоне, Испания), отправил серию радиосигналов с антенны в Тромсё, Норвегия. Первые сигналы были отправлены 16, 17 и 18 октября, а вторая серия сигналов – в апреле 2018 года.

Это стало первым радиосообщением, когда-либо отправленным на потенциально обитаемую экзопланету. Сообщение включало в себя 33 музыкальных композиций по 10 секунд каждая, от таких музыкантов, как Autechre, Жан-Мишель Жарр, Kate Tempest, Kode 9, Modeselektor и Richie Hawtin. Также были включены научные и математические учебники, отправленные в двоичном коде, предназначенные для понимания инопланетянами; запись сердцебиения внутриутробной девочки; наряду с поэзией и политическими высказываниями о людях.

Из-за лага скорости света и расстояния примерно 112,7 триллионов километров, самой ранней возможной датой получения ответа будет 2042 год.

Новое поколение военных вертолетов

На протяжении многих лет, вертолеты, используемы в ВВС США, были существенно изменены. Хотя они постоянно совершенствуются новыми технологиями, лежащими в основе конструкций вертолетов 2000-х и 2010-х.

В современных войнах для Америки, вертолеты в первую очередь служили в качестве транспорта для разведки и доставки боеприпасов. Ничего не изменилось и по сей день. Тем не менее, ВВС теперь, наконец, внедрило новый флот, превосходящий Blackhawk и Chinook.

Все модели были усовершенствованы в значительной степени, что дало им огромное преимущество перед противником. Производство вертолетов будет продолжаться на протяжении 2030-х годов, полностью заменив Black Hawk, который окончательно исчезнет в 2038 году.

Joint Multi-Role (JMR) rotorcraft

Наряду с JMR, Heavy Lift (JHL) вертолеты, являются основным дополнением к флоту. Используя аналогичную наклонную конструкцию ротора, он способен развивать скорость до 290 миль в час, с диапазоном 600 миль, и способен вынести нагрузку массой 25 тонн. Это делает его жизнеспособной альтернативой для C-130J ВВС транспортного супер самолета Hercules.

Joint Heavy Lift (JHL) rotorcraft

Оба самолета, наряду с другими моделями готовы к эксплуатации, необязательно полностью укомплектованы. JMR, в частности, может работать в крупных, полуавтономных эскадрильях. Бортовые компьютеры управляют данными, собранными с множества датчиков, поддерживающих самолет на безопасном расстоянии во время контроля высоты и погоды.

В качестве боевика, JMR может быть использован пилотами, но пульта дистанционного управления становится все более популярным. При выполнении менее сложных задач, таких как транспорт, пилотирование, как правило, ведётся компьютером, что позволяет существенно автоматизировать полет. Внутренние датчики следят за малейшими повреждениями. Ремонт регулярно проводится в полете, часто осуществляется самовосстановление материалов. На земле ремонт обычно выполняется роботами, снижая всяческое вмешательство человека.

Больше…

ВВС США вводит в эксплуатацию Lockheed Martin SR-72

SR-72 – это беспилотный, гиперзвуковой летательный аппарат, предназначенный для разведки, наблюдения и рекогносцировки. Разработанный компанией «Локхид Мартин», это долгожданный преемник стратегического сверхзвукового разведчика ВВС США SR-71 Blackbird, который был выведен из эксплуатации в 1998 году. Самолет сочетает в себе как традиционные турбины, так и ГПВРД (гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель), способен добиться скорости 6 Махов (~6 500 км/ч), что в два раза быстрее SR-71 и может пересечь Атлантический океан в течение часа. Прототип в меньшем масштабе был построен и испытан в 2018 году. За тем последовал полноразмерный прототип в 2023 году. Ввод в эксплуатацию состоялся к 2030 году.
SR-72 имеет такой же размер, как и SR-71, примерно 30 м в длину. С рабочей высотой над уровнем моря около 24,300 метров, в сочетании с его скоростью, SR-72 почти невозможно сбить.

Больше…

Технология «активно-адаптивных интеллектуальных сетей» широко распространена в развитых странах

Разрушительное воздействие нефтяных кризисов предыдущих десятилетий наряду с постоянным увеличением спроса на электроэнергию со стороны растущих населения и промышленности привело к огромной нагрузке мировые электрические сети. В наиболее пострадавших регионах происходят частые отключения электроэнергии, и потребители во всем мире начинают более сознательно относится к использованию энергии и принимают меры по контролю или сокращению ее потребления. Ситуация усугубляется использованием во многих странах относительно древней инфраструктуры. Большая часть электрических сетей в начале 21-го века были очень старыми и неэффективными: более 50% электроэнергии терялось в процессе ее производства, передачи и использования. Наложение множества деловых, политических, социальных и экологических проблем вынудило правительства и регулирующие органы наконец решить эту проблему.

К 2030 году активно-адаптивные интеллектуальные электросети получают все большее распространение в развитых странах мира. Главным их преимуществом является оптимальный баланс спроса и производства. Традиционные электросети раньше основывались на системе поставки «точно в срок», где поставки постоянно регулируются для того, чтобы удовлетворить спрос. Сейчас эта проблема устраняется за счет широкого спектра датчиков и автоматизированных устройств контроля, встроенных в энергосеть. Этот подход уже применялся в небольших масштабах в виде смарт-счетчиков для индивидуальных домов и офисов. К 2030 году эта технология охватит энергосети целых стран.

Электростанции теперь поддерживают постоянную связь в режиме реального времени со всеми жителями и предприятиями. Если мощности не хватает, бытовая техника может самостоятельно мгновенно снизить потребление энергии, вплоть до полного самоотключения при нахождении в режиме ожидания. Поскольку балансировка спроса и производства в настоящее время производится в режиме реального времени и автоматически внутри самой энергосети, это значительно снижает потребность в дополнительных «пиковых» электростанциях. В случае наличия какого-либо пробела в поставках, вычислительные алгоритмы определяют точные объемы требуемой поставки и включают дополнительные генераторы автоматически.

Компьютеры также помогают сгладить пики и спады спроса на электроэнергию и приспособиться к ним. Датчики в энергосети позволяют определить, где и когда потребление является самым высоким. Со временем производство может автоматически настраиваться в соответствии с прогнозируемым ростом и падением спроса. Смарт-счетчики могут затем приспосабливаться к любым расхождениям. Еще одно преимущество этого подхода позволяет поставщикам энергии поднять цены на электроэнергию в периоды высокого потребления, что помогает выравнивать пики. Таким образом, сеть в целом становится более надежной, так как уменьшается количество переменных, которые должны быть учтены.

Еще одно преимущество активно-адаптивных интеллектуальных сетей – возможность осуществления двунаправленного потока. В прошлом электропередача происходила только в одном направлении. Сегодня с распространением таких средств локального производства электроэнергии, как фотоэлектрические панели и топливные элементы, производство энергии стало гораздо более децентрализованным. Активно-адаптивные интеллектуальные сети учитывают также те дома и предприятия, которые могут добавлять свои собственные избытки электроэнергии в систему, позволяя передавать энергию через линии электропередач в обоих направлениях.

Подобная тенденция перераспределения и локализации делает крупномасштабные возобновляемые источники энергии более жизнеспособными, так как теперь энергосеть адаптирована к таким прерывистым мощностям, как солнечная и ветровая. Помимо этого интеллектуальные сети имеют множество каналов полноценной передачи. Таким образом, если повреждение линии передачи вызывает отключение электроэнергии, датчики мгновенно находят поврежденный участок, в то время как электроэнергия перенаправляется в отключенный район по другому каналу. Больше нет необходимости исследовать несколькими бригадами многочисленные трансформаторы, чтобы обнаружить местоположение проблемы, и в результате количество отключений электроэнергии уменьшается. Это также предотвращает «эффект домино», приводящий к веерному отключению электроэнергии.

Больше…

Космический аппарат JUICE достигает системы Юпитера

Космический аппарат JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer – Исследователь ледяной луны Юпитера) – миссия Европейского космического агентства ESA для изучения системы Юпитера, с акцентом на спутники Ганимед, Каллисто и Европа. Созданный в 2022 году, космический аппарат проходит через гравитационный маневр Земля-Венера-Земля-Земля, прежде чем, наконец, прибывает на Юпитер в начале 2030 года. КА JUICE первоначально изучает атмосферу и магнитосферу Юпитера, собирая ценную информацию о том, как могло происходить первоначальное формирование газового гиганта.

Для выполнения своей основной задачи, зонд выполняет ряд облетов вокруг некоторых из крупнейших лун Галилея. Эксперимент сосредоточен на Ганимеде, Каллисто и Европе, так как считается, что они содержат подземные океаны воды в жидком состоянии. Аппарат JUICE записывает высоко детализированные изображения Каллисто (который имеет поверхность с наиболее сильно выраженными кратерами в Солнечной системе), а также проводит первые полные измерений ледяной корки Европы и сканирование на предмет органических молекул, необходимых для существования жизни.

В 2033, на заключительном этапе полета, зонд входит на орбиту около Ганимеда. Подробное исследование включает в себя:

  • Характеристика различных слоев океана, и обнаружение подземных водоемов
  • Получение топографических, геологических и композиционных карт поверхности
  • Подтверждение физических свойств внутри ледяной корки
  • Характеристика внутреннего распределения масс
  • Исследование экзосферы (разреженной внешней атмосферы)
  • Изучение собственного магнитного поля Ганимеда и его взаимодействия с магнитосферой Юпитера
  • Определение потенциала Луны для поддержания жизни

Это заключительный этап миссии предоставляет огромное богатство эмпирических данных. В сочетании с новой информацией с Каллисто и Европы создается чрезвычайно детальная картина лун Галилея. JUICE также изучает возможные места будущих посадок на поверхность. Действительно, в настоящее время ведется планирование программ дальнейшего изучения системы Юпитера с учетом того,  что возможности таких миссий значительно увеличиваются благодаря Системе запуска космических средств и других аппаратов. В перспективе предстоит возвращаемая миссия по сбору образцов и запуск первого спускаемый аппарата, предназначенного для бурения и исследования подземных океанов жидкости.

Две возможные модели Европы.

Больше…

Запуск «Космического Телескопа Высокой Чёткости» (HDST)

Космический Телескоп Высокой Чёткости (ориг. The High-Definition Space Telescope – HDST) является масштабным проектом новой космической обсерватории, которая находится в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля и вращается вокруг Солнца примерно в 1,5 млн. км от Земли. Разработка была предложена в 2015 г. «Ассоциацией университетов для исследований в астрономии» (AURA), организацией, запускавшей «Хаббл» и другие телескопы от имени НАСА, будучи рассмотренной Национальной Академией наук США в 2020 году и впоследствии одобренной Конгрессом, HDST в течение 2030-х годов был выведен на орбиту и начал функционировать. Его диаметр составляет 11,7 метр, что намного больше телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб».

HDST предназначен для исследования десятков ближайших экзопланет земного типа из Списка, находящихся не далее 50 световых лет от Солнечной системы. Он оборудован внутренним коронографом – диском, который блокирует свет центральной звезды, делая тусклые планеты более заметными. Для тех же целей используется и технология «звёздного зонта», который располагается в нескольких километрах перед телеском. Обнаруженные прямым видимым светом экзопланеты можно изучить спектроскопическим анализом, чтобы определить их атмосферу и подтвердить наличие воды, кислорода, метана и других органических соединений.

Десятки тысяч экзопланет были каталогизированы с помощью «Кеплера» и других миссий в предыдущие десятилетия. Сейчас внимание сосредоточено на наиболее перспективных кандидатах для определения биосигнатур. Теперь возможности обнаружить первые признаки инопланетной жизни значительно выросли.

Имитация изображения, полученного с помощью HDST близнеца Солнечной системы в удалённости 45 световых лет.

HDST в 100 раз более чувствителен «Хаббла». Всматриваясь в глубины Вселенной, он может различать объекты, расположенные на расстоянии 10 миллиардов световых лет диаметром не менее 300 световых лет – такие как ядро маленькой галактики или газовое облако на пути к формированию новой звездной системы. Телескоп может изучать и предельно слабые объекты, до 20 раз тусклее, чем всё, что можно увидеть из крупных наземных телескопов.

УФ-чувствительность HDST может быть использована для определения распределения горячих газов, лежащих за пределами галактики. Это раскрывает структуру так называемой «космической паутины», в которую встроены галактики и показывает, как химически обогащенные потоки газов внутри и вне галактик могут питать процессы звездообразования. Отдельные звезды как наше Солнце может быть обнаружено на расстоянии 30 миллионов световых лет.

Ближе к дому HDST может производить съёмку множества объектов в нашей Солнечной системе с потрясающим разрешением и детализацией: ледяные перья на Европе и других спутниках, погодные условия на газовых гигантах. Телескоп способен искать удаленные скрытые объекты нашей Солнечной системы в поясе Койпера и за его пределами.

Общая стоимость обсерватории «Космического Телескопа Высокой Чёткости» составляет около 10 миллиардов долларов.

Больше…

Супербыстрый анализ места преступления

Благодаря использованию множества современных технологий, анализ места преступления и криминалистика в целом чрезвычайно усложнились и ускорились. Исследования, которые занимали часы, дни или недели в предыдущие десятилетия, теперь могут быть выполнены в считанные секунды.

Портативное оборудование превратило среднего агента ФБР в ходячую лабораторию. Расширенная реальность (сочетание реальной и виртуальной реальностей) и мощный искусственный интеллект в сочетании со сверхбыстрой широкополосной связью и облачными сетями позволяют анализировать место преступления беспрецедентно новыми способами. Важные детали могут быть выделены из окружения, просто посмотрев вокруг. Они могут включать в себя биологические доказательства, такие как кровь, волосы и отпечатки пальцев, следы, следы шин, и даже частицы в воздухе. Массивные онлайновые базы данных доступны в полевых условиях для анализа находок. Распознавание лиц в сочетании с доступом к базам данных о судимостях позволяет создать полный профиль подозреваемого прямо в поле зрения офицера, использую расширенную реальность. Новые программы искусственного интеллекта позволяют определить любое подозрительное поведение или распознать знакомые лица.

В частности, крупные прорывы произошли в области сканирования ДНК. Скорость секвенирования генома выросла столь быстро, что эквивалент всего проекта генома человека может быть выполнен почти мгновенно, с помощью специальных сенсорных перчаток. Помимо ДНК человека, растительные и животные ДНК миллионов различных видов могут быть также идентифицированы. Новые алгоритмы созданы для анализа огромного количества геномных данных и идентификации конкретных геномов.

Почти мгновенное секвенирование геномов с использованием промышленного размера установок уже начало появляться во второй половине 2010-х годов. Тем не менее, оставались проблемы точности (машины все еще были подвержены ошибкам) и портативности. Последующие поколения нанотехнологий постепенно снизили стоимость, время и размер необходимого оборудования. К 2030 году секвенирование стало дешевым и проводится с очень высокой точностью, портативно и с использованием огромных онлайновых баз данных для точного анализа информации о потерпевших и подозреваемых. При анализе места преступления, стало возможным даже идентифицировать лицо, используя только образцы ДНК.

Технологии опреснения воды распространяются быстрыми темпами

Сочетание все более частых и сильных засух, старения инфраструктуры и истощения подземных водоносных хранилищ представляет в настоящее время угрозу для миллионов людей во всем мире. Продолжающийся рост населения только усугубляет этот процесс, глобальные запасы пресной воды находятся на пределе. Это приводит к быстрому распространению технологии опреснения воды.

Идея удаления соли из соленой воды была описана ещё в 320 г. до нашей эры. В конце 1700-х опреснение было применено военным флотом США, используя солнечные дистилляторы, встроенные в судовые печи. Однако только в 20-м веке опреснение стало применяться в промышленных масштабах с использованием многоступенчатой дистилляции и обратноосмотических мембран. Для этого может использоваться вторичное тепло, возникающее при сжигании ископаемого топлива или атомные электростанции, но даже в этом случае опреснение остается непомерно дорогим, неэффективным и очень энергоемким.

К началу 21-го века мировой спрос на ресурсы рос в геометрической прогрессии. По оценкам ООН, к 2030 г. человечеству потребуется на 30% больше пресной воды, чем было необходимо в 2012. Исторически сложившиеся темпы роста эффективности опреснения больше не в состоянии идти в ногу с быстро увеличивающимся населением, что также усугубляется последствиями изменения климата.

Новые методы опреснения рассматривались в качестве возможного решения этого кризиса; ряд прорывных методов возник в 2000-х и 2010-х годах. Одним из таких методов, особенно полезным в засушливых регионах, стало использование концентрированных фотоэлектрических (КФЭ) элементов для гибридного производства электричества и воды. В прошлом, использование этих систем затруднялось высокими температурами, что делало эти элементы неэффективными. Эта проблема была преодолена с помощью заполненных водой микроканалов, обеспечивающих охлаждение элементов. Помимо увеличения эффективности самих элементов, горячие сточные воды могут быть повторно использованы для опреснения. Этот комбинированный процесс позволяет снизить стоимость и расход энергии, что делает его широкомасштабное применение более целесообразным.

Эта, а также другие инновационные технологии благодаря огромным инвестициям привели к существенному росту опреснения по всему миру. Эта тенденция была особенно заметна на Ближнем Востоке и в других экваториальных районах, где имеется наибольшая концентрация солнечной энергии и самый быстрорастущий спрос на воду.

На графике по вертикали: мировые опреснительные мощности, км3/год; по горизонтали – год
Тем не менее, этот экспоненциальный прогресс оказался незначительным по сравнению с огромным объёмом воды, необходимым для постоянно расширяющейся глобальной экономики, включающей теперь растущий средний класс в Китае и Индии. Каждый год мировое население увеличивается на 80 миллионов человек — что эквивалентно всему населению Германии. К 2017му году в Йемене возникла чрезвычайная ситуация в связи с практически полным истощением запасов подземных вод в столице. Серьезный уровень региональной нестабильности возникает на Ближнем Востоке, Северной Африке и Южной Азии, поскольку водные ресурсы стали оказывать большее влияние и  стали использоваться в качестве шантажа и политических спекуляций.
На фоне этих волнений был достигнут еще больший прогресс в области опреснения. Было признано, что текущие тенденции прироста опреснительных мощностей, хотя и впечатляющие по сравнению с предыдущими десятилетиями, являются недостаточными для удовлетворения мирового спроса. Таким образом, встаёт вопрос о необходимости масштабного фундаментального прорыва в этой области.
На графике по вертикали: мировое потребление воды (км3/год); легенда сверху: мировое производство пресной воды, опреснение (текущий тренд), прирост объема опреснения, необходимый для удовлетворения будущих потребностей; по горизонтали – год

В Швейцарии запущена автоматизированная система подземных грузовых перевозок

“The Cargo Sous Terrain” – цокольно-подземная автоматизированная система грузовых перевозок начинает функционировать в Швейцарии. Она предназначена для смягчения острой проблемы дорожного движения в регионе, которое выросло на 45% с середины 2010-х годов. Система представляет собой сеть труб с самодвижущимися платформами и пересадочными станциями, полностью работающую на возобновляемых источниках энергии. Стоимость проекта, финансировавшегося частным сектором, составила $3,4 млрд.

Первоначальный пилотный туннель был построен в 50 метрах под землей общей протяженностью 66 км, соединил Цюрих, крупнейший город Швейцарии, с логистическими центрами в районе Берна на западе. Маршрут включает в себя четыре наземные распределительные станции, которые обеспечивают грузоперевозки. Пилотный тоннель затем увеличился, связав Цюрих с Люцерном и в конце концов соединил Женеву, охватив весь север страны.

Беспилотный автоматизированный транспорт приводится в движение с помощью электромагнитной индукции и работает на скорости 30 км/час 24 часа в сутки. Дополнительно в крыше туннеля создана монорельсовая система для передачи посылок, её скорость в два раза выше. “The Cargo Sous Terrain” позволяет доставлять товары более эффективно, точно в срок, при этом сокращая загрязнение воздуха и шум, а также снижая нагрузку на наземные дороги общего пользования и грузовые поезда.

Больше…