Рубрика: 21 век

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.

More…

2030

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.

More…

2030

Высокий спрос на профессии 2030-х годов

Некоторые из новых должностей получили широкое распространение в 2030 году, среди них:

  • Разработчик альтернативных средств передвижения
  • Управляющий аватаром
  • Составитель частей тела
  • Специалист по изменению климата
  • Специалист по увеличению памяти
  • Наномедик
  • Блоггер / ведущий подкаста для узкой аудитории
  • Специалист по этике «Новой Науки»
  • Специалист по поддержке здоровья престарелых / Wellness-консультант для престарелых
  • Карантин-инфорсер
  • Социальный работник в виртуальной среде
  • Летчик-космонавт / Орбитальный гид
  • «Вертикальный» фермер
  • Организатор виртуального мира
  • Виртуальный юрист
  • Виртуальный учитель
  • Обработчик данных об отходах

More…

2030

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.

More…

2030

Космическая станция JUICE исследует систему Юпитера

Исследователь ледяных лун Юпитера (Jupiter Icy Moons Explorer / JUICE) – это миссия Европейского космического агентства (ЕКА) по исследованию системы Юпитера с упором на спутники Ганимед, Каллисто и Европу. Запущенный 14 апреля 2023 года, автоматическая межпланетная станция проходит через четыре гравитационных ассиста (Земля, Венера, Земля, Земля), прежде чем достичь Юпитера в 2031 году.

Для своей основной цели зонд выполняет серию облетов некоторых из крупнейших галилеевых спутников — Ганимеда, Каллисто и Европы, которые, как считается, содержат подповерхностные океаны с жидкой водой. В качестве второстепенной цели он также изучает атмосферу и магнитосферу Юпитера, получая ценную информацию о том, как изначально мог образоваться газовый гигант.

Основные научные цели для Ганимеда и, в меньшей степени, для Каллисто:

  • Характеристика слоев океана и обнаружение предполагаемых резервуаров подземных вод.
  • Топографическое, геологическое и композиционное картирование поверхности.
  • Изучение физических свойств ледяных корок.
  • Характеристика распределения внутренней массы, динамики и эволюции внутри спутника.
  • Исследование разреженной атмосферы Ганимеда.
  • Изучение собственного магнитного поля Ганимеда и его взаимодействия с магнитосферой Юпитера.

Для Европы основное внимание уделяется химии, необходимой для жизни, включая органические молекулы, а также пониманию формирования поверхностных особенностей и состава материала, не состоящего из водяного льда. Кроме того, JUICE обеспечивает первое подповерхностное зондирование этого спутника, включая первое определение минимальной толщины ледяной коры над недавно активными областями.

Две возможные модели Европы.

JUICE стартует с Ганимеда, крупнейшего спутника Солнечной системы, мимо которого он пролетит с близкого расстояния в июле 2031 года. Через несколько часов после этого маневра он готовится к выходу на орбиту самого Юпитера. За этой сильно вытянутой первой орбитой следует еще один пролет Ганимеда, затем дальнейшие исследования Юпитера, при этом орбиты вокруг планеты становятся менее вытянутыми и более круглыми.

JUICE пролетает мимо Европы в июле 2032 года и Каллисто в том же месяце. Затем начинается фаза «большого наклонения», позволяющая исследовать полярные области Юпитера и изучать магнитосферу газового гиганта. Он также наблюдает за лунными транзитами, т.е. лунами и их тенями, когда они проходят перед Юпитером.

В декабре 2034 года космический корабль возвращается к Ганимеду и выходит на орбиту (в отличие от облета), став первым космическим кораблем, облетевшим спутник планеты, отличную от Земли. Этот сложный маневр позволяет ему приблизиться на расстояние до 500 километров, возвращая изображения поверхности с очень близкого расстояния. Он также оснащен лазерным высотомером с размером пятна 20 метров и разрешением по вертикали 10 сантиметров, выявляющим приливные деформации Ганимеда. Из-за того, что у JUICE заканчивается топливо, он сойдёт с орбиты и врежется в поверхность Ганимеда в конце 2035 года.

Эта миссия, одна из самых важных в ЕКА за последние годы, предоставляет множество эмпирических данных и новое понимание системы Юпитера. Помимо улучшения общего научного понимания галилеевых спутников, JUICE также позволяет планировщикам миссий определять потенциальные места посадки наземных зондов в будущем. Действительно, в эти годы идёт подготовка к дальнейшему исследованию Европы в период с 2035 по 2050 год .

2031

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.

2030

Депрессия – болезнь №1

Если судить по потерянным годам жизни, депрессия теперь перегоняет заболевания сердца, и становится ведущим заболеванием на планете. Это включает в себя количество прожитых лет в состоянии болезни, и потерянных лет в результате преждевременной смерти. Основные причины депрессии включают в себя долговые проблемы, безработицу, преступность, насилие (особенно насилие в семье), войны, деградация окружающей среды и стихийных бедствий. Продолжающийся экономический застой во всем мире является главным способствующим фактором. Прогресс может привести к тому, что депрессию не будут считать психическим заболеванием.

More…

2030

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
2030

Мусульманское население значительно увеличилось

К 2030 году доля мусульманского населения в мире достигла 26,4 процента. В 1990 году данный показатель составлял 19,1%. Страны, которые получили наибольший рост: Ирландия (190,7%), Канада (183.1%), Финляндия (150%), Норвегия (149.3%), Новая Зеландия (146,3%), США (139,5%), Швеция (120,2%). Наибольшее снижение: Литва (-33,3%), Молдова (-13.3%), Беларусь (-10.5%), Япония (-7.6%), Гайана (-7.3%), Польша (-5.0%), Венгрия (-4.0%).

На эту тенденцию повлиял ряд факторов. Во-первых, мусульмане имеют более высокий уровень рождаемости (больше детей на одну женщину), чем среди не-мусульман. Во-вторых, значительная доля мусульманского населения вошла или входит в стадию репродуктивного возраста (в возрасте 15-29 лет). В-третьих, показатели здоровья и экономического благополучия в странах с мусульманским большинством привели к большему, чем в среднем, снижению детской и младенческой смертности, увеличивающейся продолжительностью жизни.

Несмотря на увеличение доли населения, по сравнению с предыдущими десятилетиями общие темпы роста для мусульман начали замедляться. Позже в этом столетии, как мусульманские, так и немусульманские показатели остановятся, по мере того, как население мира стабилизируется. Распространение демократии и доступности образования выступают в качестве главных факторов замедления темпов рождаемости. Хотя исламу еще предстоит пройти эпоху возрождения и реформации, которую прошло христианство.

Сунниты по-прежнему составляют подавляющее большинство (90%) мусульман в 2030 году. Часть мусульман мира, которые являются шиитами, немного сократилось, главным образом из-за относительно низкой рождаемости в Иране, где живёт более трети всех шиитов в мире.

More…

2030

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.

More…

2030