Главная » 2017 » Январь » 25 » HI-TECH WEEKEND NEWS - ВЫПУСК № 53
21:40
HI-TECH WEEKEND NEWS - ВЫПУСК № 53

АРХЕОЛОГАМИ ОБНАРУЖЕН ЗУБНОЙ ПРОТЕЗ ВОЗРАСТОМ 400 ЛЕТ

Принято считать, что стоматология в современном своем виде со всякими протезами и зубными мостами начала формироваться в 18 веке. Но недавнее открытие археологов, сделанное в ходе раскопок близ города Лукка, что в Италии, говорит о том, что протезирование в стоматологии может быть значительно старше, чем думали ранее. Археологам удалось обнаружить зубной мост возрастом около 500 лет.


Находка была обнаружена во время раскопок в монастыре святого Франциска, а останки людей, обнаруженных там, датируются периодом с 1392 по 1429 год. Фрагменты посуды, находящиеся в одном с захоронением слое, археологи датируют началом XVII века, так что существует вероятность того, что мосты несколько «моложе».

Именно так выглядит зубной мост возрастом в несколько веков. Суть конструкции имеет достаточно много общего с современными образцами

Сама конструкция состоит из зубов, принадлежавших разным людям, а зубы установлены в неверном с точки зрения анатомии расположении. Это, скорее всего, было связано с тем, что для придания протезу более правильной формы в соответствии с челюстью пациента, необходимо было добавлять «дополнительные» зубы. К примеру, в центре протеза находится 3 резца вместо 2. В нижней части коронки зубов проделана прорезь, через которую зубы насажены на золотую пластинку. Весь зубной мост с боков крепился к зубам пациента при помощи шнурков.

Стоит отметить, что одни из первых зубных мостов были созданы и описаны французским врачом Амбруазом Паре, но при этом все найденные «пациенты» с зубными мостами были возрастом чуть более ста лет. Это связывают с тем, что раньше практиковалось переставлять протезы от пациента к пациенту, так как изготовить их с нуля было достаточно дорого и после того, как мост окончательно приходил в негодность, его выбрасывали, а крепления между зубами достаточно быстро разлагались. Таким образом, археологи могли обнаружить лишь зубы.

Возвращаясь к находке, археологи предполагают, что, скорее всего, носитель зубного моста принадлежал к знатному роду, так как протезы были захоронены вместе с ним, что нехарактерно для стоматологии тех лет.


ВЫБИРАЕМ ТЕЛЕПРИСТАВКИ, НЕ ПЕРЕПЛАЧИВАЯ

ТВ-приставки становятся все лучше и дешевле! Те возможности, которые когда-то предоставляли лишь девайсы ценой в 100 долларов, сейчас доступны всего за 30 долларов. Дешевое устройство может позволить вам расслабиться на диване и смотреть ТВ и фильмы на вашем большом телевизоре в гостиной. На самом деле можно включить видео на смартфоне или планшете, но разве это доставит такое удовольствие? Рассмотрим основные функции телеприставок, которые могут вам понравиться.


Встроенный стриминг
Умные телевизоры, игровые консоли, видеорекордеры TiVo — все эти устройства дают возможность видео- и аудиозаписи. Если вы фанат Netflix или Hulu, вам вполне подойдут перечисленные варианты. Но в работе с The CW или FX они могут подкачать.

В качестве исключения можно привести телевизоры, на которых установлен софт Roku или встроен Google Chromecast — у них более широкий диапазон возможностей.

Легкость в управлении
Телеприставки различаются по легкости управления, воспроизведения видео и запуска приложений. Во многих девайсах есть голосовое управление, которое значительно облегчает работу с устройством, но на данный момент без пульта все еще не обойтись.

Исключение снова составляет медиастример Google Chromecast, для управления которым не нужен пульт. Вы просто включаете видео на смартфоне и продолжаете просмотр на телевизоре. Есть даже такие видеосервисы, которые позволяют полноценно пользоваться телефоном во время воспроизведения видео. Тем не менее для того, чтобы перемотать или остановить видео, вам снова придется возвращаться к меню управления видео на смартфоне. Кстати, те ТВ-приставки с Android TV от Google изначально имеют функцию Google Chromecast.

Выбор приложений
Roku может похвастаться одной из самых больших библиотек приложений, хотя служба iTunes от Apple заметно опережает ее. У Apple TV их огромное изобилие, но если мы посмотрим на топ-25 сервисов, то некоторых из них на Apple TV не хватает — к примеру, к Amazon, Google Play, Vudu и PlayStation Vue у вас не будет прямого доступа. Хотя если у вас есть iPhone, iPod или iPad, то вы можете получить непрямой доступ к первым трем через AirPlay (схожий с Chromecast).

В Amazon Fire TV отсутствуют iTunes, Google Play, Vudu, ABC и Freeform. Выбор для Android TV также ограничен, но это возмещают приложения из Chromecast. Со смартфоном Android вы можете получить все, кроме iTunes.

С iPhone на Android TV у вас все равно не будет iTunes, Amazon и USA Network, даже с AirPlay. Если же у вас Chromecast в сочетании с iPhone, то также будет отсутствовать Freeform (ABC Family) и CNN.

Стоимость в младшей категории
Amazon Fire TV Stick представляет собой быстрый, доступный и сильный девайс стоимостью 40 долларов. На данный момент он имеет голосовое управление для поисковиков, а также есть возможность пообщаться с голосовым ассистентом Alexa, которая подскажет вам информацию о погоде, спортивных сводках и многое другое.

Медиастример начального уровня Chromecast стоит 35 долларов, что вполне приемлемо, хотя гаджет кажется немного неуклюжим без пульта. Кстати, с Android он управляется немного плавнее, чем с iPhone.

Девайсы среднего уровня
Xiaomi Mi Box — это скоростной девайс на Android TV, с красивым ценником в 69 долларов. Он поддерживает видео высокого разрешения 4К, в то время как другие производители предлагают заплатить на порядок больше за такую функцию в их приставках. Стоит отметить, что сейчас такое высокое разрешение довольно востребовано, но, например, Netflix и YouTube не всегда могут предоставить видео в 4К.

Mi Box также поддерживает HDR (расширенный динамический диапазон), что гарантирует более яркий белый и более темный черный цвета. Но для того, чтобы получить такие преимущества, вам не обойтись без телевизора с поддержкой HDR, а также сам источник видео должен быть HDR.

Новый Chromecast Ultra от Google также поддерживает 4К и HDR. Стоимость снова 69 долларов. Но Mi Box уже включает в себя Chromecast и голосовое управление в придачу. Поэтому нет смысла платить ту же цену за меньшее количество функций.

Fire TV от Amazon поддерживает 4К и имеет голосовое управление. Цена: 90 долларов. HDR отсутствует, но сегодня ситуация такова, что HDR встречается реже, чем 4К-разрешение, которое, в свою очередь, тоже до сих пор довольно редко.

Кто заплатит еще больше?
Roku Premiere Plus ценой в 100 долларов предлагает как 4К, так и HDR. В пульт управления встроен разъем для наушников. С ними очень удобно пользоваться телевизором, не мешая другим спать. Ultra также поддерживает голосовое управление, хотя это вам могут предложить и девайсы с намного более приятным ценником. На пульте управления также есть игровые кнопки, и он умеет издавать звуковые сигналы, если вы потеряли его в диване.

Для хардкорных геймеров есть NVIDIA Shield TV за 200 долларов. Эта приставка для Android TV оснащена 4K, HDR и быстрым процессором, который подойдет для игр с тяжелой графикой.

Есть ещё один вариант премиум-класса. Это Apple TV, цена на который начинается со 149 долларов. Вы не получите 4К или HDR, что неважно при использовании на обычном телевизоре. Вместо этого вы увидите множество приложений, которые могут делать намного больше интересного, чем просто воспроизводить видео.

Вы сможете просматривать каталог IKEA, заказать еду из Grubhub и посмотреть прогноз погоды AccuWeather. Что касается видео, мир скоро увидит приложение, которое называется просто — TV. В нем соберут все ваши видео из самых разных каналов и сервисов. iPhone не обязателен, но может облегчить управление. Обладатели Android, к сожалению, не могут воспользоваться управлением со смартфона — их устройства не взаимодействуют с Apple TV.


СОЗДАН СУПЕРКОНДЕНСАТОР, ЗАРЯЖАЮЩИЙСЯ ОТ ТЕПЛА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА

Современная носимая электроника имеет массу положительных моментов, но многие экземпляры (взять хотя бы те же смарт-часы) имеют один существенный недостаток: быструю разрядку аккумулятора. Согласитесь, такие гаджеты вряд ли назовешь удобными и мобильными, если зависишь от розетки. Но вот исследователям из Техасского университета A&M удалось создать новый тип суперконденсатора, способного заряжаться как от сети, так и от тепла человеческого тела.


Группу ученых, ответственных за изобретение, возглавляет доктор Чуонг Ю. Конденсатор носит название Thermally Chargeable Solid-state Supercapacito (температурный перезаряжаемый твердотельный суперконденсатор). Использование такого типа устройств вполне может заменить стандартные батареи в носимой электронике. По словам доктора Чуонга Ю,

«Наш случай является первым подобным, когда удалось добиться получения электрической энергии прямо из тепла при помощи специального твердотельного полимерного электролита. Тепло вызывает внутри полимерного электролита образование локальных электрических полей с высоким напряжением, затем это напряжение служит катализатором электрохимических реакций, которые и заряжают суперконденсатор. Наш суперконденсатор позволяет реализовать снабжение электрической энергией совершенно новым способом, без необходимости использования внешнего источника питания или периодической замены батарей».

В руках у изобретателей новый суперконденсатор, который в будущем, возможно, избавит нас от ежедневной зарядки носимой электроники

Кроме всего прочего, новое устройство достаточно тонкое (около 3-4 миллиметров) и гибкое. Основным принципом работы является такое свойство, как термодиффузия. За счет термодиффузии под влиянием температуры ионы перемещаются от более горячей стороны в сторону более холодной, а электрохимический потенциал, возникающий в результате этого явления, и обеспечивает заряд суперконденсатора.


ХАКЕРЫ СПОСОБНЫ ПОДСЛУШИВАТЬ НАС ЧЕРЕЗ ВЗЛОМАННЫЕ НАУШНИКИ

И как только спецслужбы, крупные корпорации и хакеры нас не прослушивают и не просматривают, используя микрофоны и камеры, встроенные во всевозможные гаджеты и компьютеры! Сторонники «теорий заговоров» давно уже заклеили изолентой глазок камеры на своих ноутбуках, чтобы не стать жертвой киберхулиганов, но от вездесущих технологий не убежишь. Специалисты по безопасности из Израиля наглядно продемонстрировали, что при помощи уязвимости в кодеке Realtek злоумышленники способны подслушивать нас через обычные наушники, не снабжённые микрофоном.


То, что наушники способны выступать в роли микрофона, известно давно. Не такой уж это и удивительный факт. Однако втыкать эти наушники пришлось бы в гнездо для микрофона, да и вряд ли хакеры могли бы воспользоваться этим вашим «лайфхаком». Специалисты из Израиля доказали, что любые наушники можно взломать, дистанционно превратив их в микрофон для прослушивания жертвы. Конечно же, это не значит, что пора выбрасывать свои наушники на помойку и начинать делать шапочку из фольги, однако в очередной раз заставляет задуматься о несовершенстве современных технологий в плане безопасности.

На самом деле, взламывать пришлось не наушники, а компьютер, к которому они подключены. Разработчики написали небольшой вирус Speake(a)r (игра слов от «динамик» и «ухо»), использующий эксплоит, обнаруженный в кодеках производства Realtek (технология встречается в подавляющем большинстве материнских плат). Атакованный компьютер программно меняет местами порты для наушников и микрофона, после чего обыкновенные наушники «лёгким движением руки» превращаются в микрофон. Причём качество передаваемого аудио – довольно высоко, что позволяет слышать людей, находящихся на расстоянии до 6-7 метров.

Разумеется, это всего лишь безобидный эксперимент и его пока не пытались воспроизвести на компьютерах, использующих технологии, отличные от Realtek. К тому же исследователи не уверены, что такие вирусы существуют за пределами их лаборатории. Но, как мы все прекрасно понимаем, если такая возможность существует, то ею наверняка кто-то давно и очень успешно пользуется в своих корыстных целях.


МИКРОБ, КОТОРОГО НИКТО ДАЖЕ НЕ ВИДЕЛ, МОЖЕТ ОБЪЯСНИТЬ НАШЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Посреди Атлантического океана, между Гренландией и Норвегией, на глубине 2300 метров, есть черный курящий регион, в котором горячие воды извергаются из морского дна. Это странное место называется «замком Локи» в честь вероломного скандинавского бога Локи: Том Хиддлстон сыграл его в «Мстителях». Клетки животных и растений намного сложнее клеток бактерий. Но рядом с замком Локи живет микроб, не похожий на других. И он может объяснить, как эволюционировало все живое на земле.


В 2015 году группа ученых под руководством микробиолога Тайса Эттема из Университета Упсалы в Швеции сообщила, что обнаружила новый вид микроорганизмов. Они нашли генетические следы этого одноклеточного микроба в отложениях морского дна в 15 километрах от замка Локи.

В своей работе, опубликованной в журнале Nature, ученые назвали нового микроба Lokiarchaeota. Сокращенно — Локи.

Этот загадочный микроб оказался ближайшим живым родственником эукаритов, группы, включающей все сложные живые организмы; от растений и грибов до насекомых и людей. Это означает, что Локи может помочь нам понять, как эукариоты вообще появились. Другими словами, Локи может объяснить, почему люди — и все другие сложные организмы — вообще существуют.

Бога Локи считают «невероятно сложной, запутанной и амбивалентной фигурой». То же самое справедливо и для эукариот. Как эукариоты появились — это головоломка, которая продолжает смущать ученых по всему миру.

Еще несколько десятков лет назад биологи думали, что на этой планете было по существу два вида жизни: эукариоты и прокариоты. В то время как эукариоты включают в себя и одноклеточные организмы, и более сложные вроде грибов и шимпанзе, прокариоты все одноклеточные. Самые известные прокариоты — это бактерии.

Основное различие между прокариотами и эукариотами заключается в сложности клеток. Прокариоты — это простые клетки, с несколькими внутренними структурами, а клетки эукариотов намного более сложные. Эукариотические клетки также, как правило, больше, иногда в десятки раз, чем прокариотические.

Именно сложность эукариотических клеток и полученные дополнительные способности позволяют им формировать многоклеточную жизнь вроде нас с вами. Прокариоты на такое не способны. Поэтому если бы эукариоты никогда не сформировались, не было бы и нас.

Этот простой раскол между простым и сложным подразумевался десятилетиями, пока один ученый не показал, что не все так просто. В конце 1960-х годов американский микробиолог Карл Везе решил взглянуть на последовательности ДНК организмов, чтобы выяснить, в каком родстве они состоят.

Везе идентифицировал ген, который переносят все организмы, и сравнил различные версии его. Виды, которые имели более похожие версии этого гена, вероятно, были в тесном родстве. Таким образом, он составил семейное древо всех известных живых организмов.

Анализ Везе показал, что существует два вида прокариотов. Помимо бактерий, была также совершенно новая группа, которую он назвал «археи». Подобно бактериям, археи были одноклеточными организмами с относительно простыми клетками. Снаружи они были похожи на бактерии, но генетически сильно отличались. Археи были найдены по всему миру, и многие из них могут расти в экстремальных условиях вроде полукипящей воды.

Везе перерисовал древо жизни. Вместо двух доменов жизни, их было три: бактерии, археи и эукариоты. В 1977 году он опубликовал свои выводы в журнале PNAS. Они были настолько революционными, что даже попали на первую полосу New York Times.

Это все эукариоты, от кошек до деревьев

Идеи Везе также заложили для ученых основу для объяснения происхождения эукариотов. Эукариоты — это самый юный из трех доменов. В то время как возраст бактерий и архей может быть свыше 3 миллиардов лет, эукариоты появились порядка 2 миллиардов лет назад.

Но как и почему это произошло? Вышли эукариоты из архей или из бактерий? Почему клетки эукариотов стали такими большими и сложными, а других — нет?

Возможно, основную подсказку дает крошечная структура внутри эукариотических клеток под названием «митохондрия». Эти объекты в форме колбасок представляют собой источник энергии клетки; без них эукариотические клетки не могли бы расти до таких больших размеров.

За десять лет до того, как Везе опубликовал свое древо жизни, биолог Линн Маргулис задумался о том, что митохондрии произошли от бактерий. Каким-то образом эти бактерии оказались внутри других, более крупных клеток, в которых постепенно стали митохондриями. В 1978 году, годом спустя исследования Везе, идеи Маргулиса были подтверждены экспериментально.

Это означает, что первый эукариот должен был сформироваться, когда клетка-носитель поглотила бактерию. Как только это произошло, между ними установились длительные и взаимовыгодные отношения.

Но это поднимает очевидный вопрос. Какой была клетка-носитель? Была ли это другая бактерия или архея?

Простейший способ подойти к этому вопросу — это взять лист из книги Везе и посмотреть на гены эукариот. На чьи они больше похожи: архей или бактерий? Это может дать подсказку на тему группы, от которой они произошли. Но этот вопрос намного сложнее, чем вы могли бы подумать. Типичный геном эукариот содержит смесь генов бактерий и архей, а также генов, специфичных для эукариот.

В 2010 году стало весьма очевидно, что клетка-носитель была археей.

Но оставалась проблема. Ни одна из известных архей не была похожей на клетку-носитель, не была для этого приспособлена. Им не хватало генетической и клеточной структур, необходимых, чтобы выступить носителем для другой клетки.

«Открытие Локи изменило это», говорит Эттема.

Когда Локи был найден в 2015 году, его сразу же приписали к археям. Но он оказался археей, у которой было некоторое удивительное сходство с эукариотами.

«Это первая прокариота со строительными блоками эукариот», говорит Эттема. «Мы нашли батарею из 100 генов, непосредственно связанных с эукариотами».

В частности, в геноме Локи есть гены белков под названием малые ГТФазы. Они важны для формы и движения клеток. К примеру, у эукариотических клеток есть «скелет», поддерживающий их форму, и малые ГТФазы управляют этим скелетом. Они также регулируют наборы белков, которые позволяют мембранам изгибаться.

Митохондрии — источники энергии эукариотических клеток

Факт того, у Локи есть эти гены, говорит, что подобно эукариотам, у него есть внутренний скелет — и он может сгибать внешнюю мембрану, чтобы поглощать бактерию. Это делает его подходящей клеткой-носителем, ну или хотя бы близким ее подобием.

Возможно, Локи принадлежит группе архей, которым почти удалось стать эукариотами, но не до конца. Эттема в шутку называет его «неудавшейся эукариотой».

Казалось бы, история складывается весьма убедительно. Но есть одна большая проблема.

Все, что команда Эттемы нашла на дне океана, было фрагментами генов Локи. Они никогда не видели самого Локи и не сумели создать в лаборатории.

Поэтому мы не знаем, выполняют ли малые ГТФазы Локи те же функции, что и в эукариотах. Единственный способ выяснить это — это изучить живые клетки Локи.

Это будет трудно, даже если кому-то удастся найти несколько клеток Локи. Эти микробы живут в глубоком море, где питательных веществ не хватает, а микробы растут медленно.

Между тем другие ученые опираются на доказательства, полученные от Локи, чтобы уточнить наши идеи на тему происхождения эукариот.

Археи могут быть предками эукариот вроде  нас

После открытия Локи клеточный биолог Базз Баум из Университетского колледжа Лондона в Великобритании и его команда сделали несколько предположений о том, как первые эукариоты могли появиться из более простых архей. В статье, опубликованной в июне 2016 года в Тенденциях в клеточной биологии, они изучили эукариот-подобные гены, найденные в геноме Локи, в частности и малые ГТФазы.

В эукариотах ГТФ-белки участвуют в передаче материала через мембрану в клетку. Каждая ГТФаза несете «липиды» для этого: небольшие молекулы жира, которые помогают прикрепить его к мембранам. Без этих липидных якорей, ГТФаза не сможет выполнять свою работу.

Геном Локи не имеет необходимых инструментов для добавления липидов к белкам ГТФазы. Это значит, что если Локи действительно демонстрирует нам, каким был предок эукариот, предок мог и не использовать свои ГТФазы таким образом. Эту способность нужно было каким-то образом приобрести.

Бактерии действительно несут вполне возможные прекурсоры добавляющей липиды инженерии. Следовательно, археи каким-то образом подобрали ферменты липидных модификаций у бактерий.

Баум утверждает, что это не могло произойти случайно. Если бы архея подхватила сразу так много новых генов, ее клеточные процессы были бы нарушены и наступила бы вероятная смерть.

Более вероятна возможность того, что археи и бактерии сначала образовали стабильное партнерство и затем постепенно передавали генетический материал и липиды понемногу за раз. Такое стабильное партнерство могло привести к развитию внутренних отсеков и управлению мембраной.

Клетки эукариот очень сложные

Другими словами, происхождение эукариот было медленным процессом. «Поглощение» бактерии, если оно и было, это всего лишь один шаг. У Баума также есть интересная идея того, как происходило это поглощение.

Классическое представление включат процесс «снаружи внутрь», в котором архейный носитель поглотил и «съел» бактерию, но по какой-то причине не переварил ее. Трудно понять, как это могло произойти: если архея съела кусочек пищи, почему не переварила?

Поэтому в 2014 году Баум и его коллега Дэвид Баум предложили альтернативу, которую назвали моделью «изнутри наружу». И снова, она была построена на допущении, что связывание двух клеток не было внезапным.

Бактерии можно найти повсюду на Земле

Баум предполагает, что архейный носитель сперва выпустил отростки в направлении бактерии. Эти выступы не были попыткой съесть бактерию: вместо этого, они позволили обмениваться материалами между двумя клетками.

В конце концов, архея создавала все больше и больше выступов, пока полностью не обволокла бактерию. Эти выступы из одной клетки слились с другой и образовали непрерывный внешний слой. На данный момент трудно сказать, верны ли идеи Баума. Но если Эттема сможет найти больше родственников Локи, мы могли бы получить достаточно информации, чтобы удостовериться.

За последние несколько месяцев, Эттема нашел новых родственников локи, тесно связанных с эукариотами. Работа пока еще сырая, но он уже говорит, что другие археи также обладают некоторыми из строительных блоков эукариот.

Пока сложно говорить, что эти странные микроорганизмы смогут рассказать нам о происхождении эукариот. Когда Локи или что-нибудь подобное будет наконец изолировано, мы сможем выяснить, как он живет и для чего использует свои эукариотоподобные белки. А это, в свою очередь, расскажет нам о микроорганизме, который в конечном счете дал жизнь всем нам.


СИНГАПУРСКИЕ УЧЕНЫЕ НАУЧИЛИСЬ ДЕЛАТЬ КЛЕТКИ КРОВИ ИЗ КЛЕТОК КОЖИ

Как сообщает издание MedicalXpress, группе исследователей из Сингапура удалось с помощью особой технологии «трансформировать» клетки кожи мышей таким образом, что те дифференцировались в клетки крови. Подобные эксперименты проводились и ранее, но в ходе всех предыдущих испытаний продолжительность функционирования таких клеток не превышала нескольких дней.


Авторы изыскания описывают технологию «трансформации» клеток следующим образом: как известно, кожа состоит из огромного числа различных по функциям и строению клеток, которые обладают крайне высокой степенью приспосабливаемости к условиям внешней среды. Ученые решили подвергнуть структурные элементы кожи воздействию факторов, которые экспрессируются кровяными клетками. В результате этого клетки росткового слоя эпидермиса сумели видоизмениться и начать выполнять функцию клеток крови.

В данный момент успешно завершены испытания на мышах и ученые планируют следующий этап экспериментов, но на этот раз уже на людях. Следует сказать, что полученные таким образом клетки крови после однократной инъекции не вызывали побочных реакций и смогли функционировать более 2 недель. Во главе исследования стоит доктор Ченг Хуэй, занимающийся вопросами регенеративной медицины уже не первый год. По заверениям автора, если серия экспериментов увенчается успехом, это может значительно облегчить жизнь пациентам, нуждающимся в переливании крови. К примеру, очень большое количество донорской крови необходимо пациентам, страдающим от иммунных нарушений, во время хирургических операций, а также людям с тяжелыми формами анемии и запущенными онкологическими процессами.

В завершение хочется отметить, что данный эксперимент по «трансформации» клеток далеко не первый в своем роде. Ранее в этом году группе исследователей из США удалось подобным способом вывести мышиные яйцеклетки, которые в ходе оплодотворения позволили получить здоровое потомство.


АМЕРИКАНСКИЙ ЭСМИНЕЦ USS ZUMWALT СНОВА СЛОМАЛСЯ

Мы уже рассказывали вам про спуск на воду новейшего американского эсминца USS Zumwalt (DDG-1000), который обошёлся Пентагону в сумму, превышающую 4 миллиарда долларов. Выглядит он поистине впечатляюще. Кажется, что именно таким было бы оружие, если бы его выпускала корпорация Apple. Однако с надёжностью конструкции этого судна то и дело возникают всевозможные проблемы. На этапе испытаний выяснилось, что при проектировании судна был допущен ряд критических ошибок, из-за чего Zumwalt многократно отправлялся на капитальный ремонт и доработки. В прошлый понедельник эсминец в очередной раз вышел из строя прямо посреди Панамского канала, после чего был отбуксирован на ближайшую американскую морскую военную базу.


С новой военной техникой в процессе испытаний достаточно часто происходят внештатные ситуации. Вспомнить хотя бы российский танк «Армата», который заглох во время репетиции парада к Дню Победы и наделал немало шума в СМИ. А что вы хотели? Экспериментальное вооружение – оно такое. Прежде чем принять что-либо на вооружение, эта техника должна пройти немало суровых испытаний огнём, водой и экспертными проверками. Американский «корабль будущего», как его называют сотрудники судостроительной верфи Bath Iron Works, является уникальным в своём классе, во многом благодаря огромному количеству используемых в нём современных технологий.

Водоизмещение корабля равняется примерно 15 000 тонн, что делает его одним из крупнейших неавианесущих боевых кораблей в мире, после советских/российских ракетных крейсеров проекта 1144, чьё водоизмещение равняется 26 000 тонн. На эсминце предусмотрено базирование одного вертолёта и нескольких БПЛА. Питается Zumwalt за счёт комбинированного дизель-газотурбинного двигателя Advanced Induction Motor с полным электродвижением, который обеспечивает электроэнергией все корабельные системы без исключения. Вооружён эсминец по последнему слову техники: здесь вам и 20 универсальных пусковых установок Mk-57 суммарной ёмкостью 80 ракет, и 155-миллиметровые артиллерийские установки LRLAP повышенной дальности, а вот от экзотического «рельсотрона» американские военные пока решили отказаться. Сначала технологию нужно довести до ума.

Эсминец Zumwalt неоднократно подвергался критике со стороны военных специалистов. Уж слишком много инженерных проблем было допущено во время его проектирования и строительства. Основной проблемой корабля считается отсутствие на нём современных систем ПВО и ПРО. Несмотря на использование множества современных стелс-технологий (его эффективная отражающая площадь снижена в 50 раз, а корпус покрыт ферритовой краской), эсминец по-прежнему является уязвимым. Та же китайская противокорабельная баллистическая ракета DF-21D с лёгкостью попадёт в американский корабль, несмотря на все степени его защиты.

Последний раз USS Zumwalt отправлялся на ремонт в сентябре текущего года. В тот раз причиной поломки стала солёная морская вода, которая просочилась в систему смазки двигателей. На устранение неполадки ушло около двух недель. И вот, спустя два месяца, корабль вновь заглох во время прохождения Панамского канала. Причиной на этот раз стал выход из строя главной энергетической установки эсминца. Данный инцидент повлечёт за собой тщательную проверку американскими военными экспертами надёжности данной установки, так как её производитель обещал 100 000 часов работы до первой поломки.


 

КОСМИЧЕСКОЕ БЕЗРАКЕТНОЕ БУДУЩЕЕ: КАКИМ ОНО МОЖЕТ БЫТЬ

Борьба с гравитацией при космических запусках – задача не из простых. Обычные ракеты очень дорогие, производят много мусора и, как показывает практика, очень опасные. К счастью, наука не стоит на месте и все больше и больше появляется альтернативных способов, которые обещают нам более эффективные, менее затратные и более безопасные пути покорения космического пространства. О том, каким образом человечество будет летать в космос в будущем, сегодня и поговорим.


Но перед тем, как начать, следует указать, что химические реактивные двигатели (ХРД), использующиеся сейчас в качестве основы для всех космических запусков, являются критически важным инструментом для развития космической сферы, поэтому их использование продолжится еще не один десяток лет, пока не будет найдена и — что самое важное – не раз протестирована технология, способная обеспечить безболезненный переход на принципиально новый уровень космических запусков и полетов.

Но уже сейчас, когда стоимость запусков может составлять несколько сотен миллионов долларов, становится понятно, что ХРД – это тупик. В качестве примера можно взять новейшую разработку Space Launch System. Именно эта система рассматривается аэрокосмическим агентством NASA в качестве основы для освоения дальнего космоса. Специалисты подсчитали, что стоимость одного запуска SLS будет составлять около 500 миллионов долларов. Теперь, когда космос стал не только делом государств, но и частных компаний, стали предлагаться и более дешевые альтернативы. Например, стоимость запуска Falcon Heavy компании SpaceX будет составлять около 83 миллионов долларов. Но это все равно очень и очень дорого. И это мы еще не затрагиваем вопрос экологичности космических запусков на базе ХРД, которые, без сомнений, наносят ощутимый вред окружающей среде.

Радует то, что ученые и инженеры уже предлагают альтернативные способы и методы космических запусков, и некоторые из них действительно обладают потенциалом в течение ближайших десятилетий превратиться в эффективные технологии. Все эти альтернативные варианты можно обобщить под несколькими категориями: альтернативные виды реактивных запусков, стационарные и динамические транспортные системы, а также катапультные системы. Разумеется, они объединяют далеко не все предложенные идеи, однако в этой статье разберем наиболее обещающие.

Альтернативные виды реактивных запусков
Лазерная реактивная тяга

Перенаправление потока плазмы для повышения тяги

Использующиеся сейчас ракеты требуют использования огромного количества твердого или жидкого топлива, и чаще всего их дальность полета и эффективность ограничены тем, сколько этого топлива они могут с собой нести. Однако есть вариант, который в будущем позволит преодолеть эти ограничения. Решением могут стать специальные лазерные установки, которые будут отправлять ракеты в космос.

Российские физики Юрий Резунков из Института разработки оптоэлектронных инструментов и Александр Шмидт из Физико-технического института имени Иоффе недавно описали процесс «лазерной абляции», согласно которому тяга летательного аппарата будет генерироваться с помощью лазерного излучения, создаваемого лазерной установкой, находящейся вне космического аппарата. В результате воздействия этого излучения будет сжигаться материал принимающей поверхности и создаваться плазменный поток. Этот поток и будет обеспечивать необходимую тягу, способную разгонять космический корабль до скоростей в десятки раз больше скорости звука.

Если опустить всю фантастичность данного метода, перед созданием подобной системы нужно будет решить две проблемы: лазер в этом случае должен быть невероятно мощным. Настолько мощным, что будет способен в буквальном смысле испарять металл на расстоянии нескольких сотен километров. Отсюда и другая проблема – этот лазер можно будет использовать в качестве оружия уничтожения других космических аппаратов.

Стратосферные запуски и космические самолеты

Менее концептуальным и более реальным кажется метод запуска космических аппаратов с помощью специальных мощных несущих воздушных тягачей

Кто сказал, что метод, предложенный компанией Virgin Galactic, может использоваться только для космического туризма? Компания планирует использовать свой аппарат LauncherOne в качестве транспортировочной системы для вывода на орбиту Земли компактных спутников весом до 100 килограммов. Учитывая то, с какой скоростью происходит миниатюризация космических систем сейчас, – задумка весьма интересная.

Другими примерами системы для стратозапуска являются космический аппарат XCOR Aerospace Lynx Mark III (на изображении выше) и аппарат Orbital Sciences Pegasus II (на фото ниже).

Одним из преимуществ космических запусков из воздушного пространства является то, что ракетам не придется преодолевать отрезок очень плотной атмосферы. В результате этого на сам аппарат снизится нагрузка. Кроме того, воздушный аппарат гораздо проще запустить. Он менее подвержен атмосферным погодным изменениям. В конце концов, особенность таких запусков открывает более широкие возможности в плане выбираемого масштаба.

Еще одним вариантом являются космические самолеты. Эти многоразовые летательные аппараты будут аналогичны «вышедшим на пенсию» шаттлу и «Бурану», но, в отличие от последних, не будут требовать использования огромных ракет-носителей для вывода на орбиту. Одним из самых перспективных и передовых проектов на этот счет является британский космоплан British Skylon (на фото выше) – одноступенчатый летательный аппарат для выхода на орбиту. Реактивная тяга аппарата будет создаваться за счет двух воздушно-реактивных двигателей, которые будут разгонять его до скорости в 5 раз выше скорости звука и поднимать на высоту почти 30 километров. Однако это всего лишь 20 процентов от необходимой скорости и высоты, необходимых для выхода в космос, поэтому космоплан после набора потолка высоты будет переключаться на так называемый «ракетный режим».

К сожалению, на пути реализации этого проекта по-прежнему имеются многие технологические трудности, которые еще предстоит решить. Например, ожидается, что космопланам придется сталкиваться с незапланированным изменением траектории подъема вследствие высокого динамического давления и чрезмерных температур, которые непременно будут воздействовать на самые чувствительные части летательного аппарата. Другими словами, такие космопланы могут быть опасными.

Еще одним примером разрабатываемых космопланов является аппарат Dream Chaser, разработанный Sierra Nevada Corporation для аэрокосмического агентства NASA (на видео выше).

Стационарные и динамические транспортные системы
Если не летательные аппараты, то решением могут служить огромные сооружения, возвышающиеся до невероятных высот или даже прямиком в космос.

Например, Джеффри Лэндис, ученый и фантаст, предложил идею строительства гигантской башни, чья верхушка будет достигать пределов земной атмосферы. Расположенная на высоте около 100 километров над поверхностью Земли, она может использоваться в качестве пусковой платформы для обычных ракет. На такой высоте ракетам практически не придется бороться ни с каким воздействием земной атмосферы.

Еще одним вариантом сооружения, привлекшим внимание многих представителей научного и околонаучного сообществ, является космический лифт. На самом деле эта идея берет свое начало еще с 19-го века. Современный вариант предлагает протянуть на высоту 35 400 (что находится за пределами расположения большинства коммуникационных спутников) километров над поверхностью Земли сверхпрочный кабель. После проведения всех необходимых балансировок по кабелю предлагается пускать работающие на лазерной тяге транспортные аппараты с грузом.

Иллюстрация космического лифта на Марсе

Идея космических лифтов действительно обладает потенциалом создания настоящей революции в вопросах космических транспортировок на околоземную орбиту. Но воплотить эту идею в реальной жизни будет очень сложно. Пройдет немало времени до того, как ученые создадут материал, способный выдерживать вес такой конструкции. Рассматриваемыми вариантами сейчас являются углеродные нанотрубки, а точнее структуры на базе микроскопических алмазных сплетений с ультратонкими нановолокнами. Но даже если мы найдем способ постройки космического лифта, всех проблем это не решит. Опасные вибрации, интенсивные колебания, столкновения со спутниками и космическим мусором – это лишь малая часть задач, с которыми придется разбираться.

Еще одной предложенной альтернативной является гигантские «орбитальные маховики». Маховики представляют собой вращающиеся спутники с расходящимися в две разные стороны длинными тросами, концы которых при вращении будут соприкасаться с атмосферой планеты. При этом скорость вращения конструкции частично или полностью будет компенсировать орбитальную скорость.

Портал Orion’s Arm объясняет принцип их работы:

«На нижней части троса, расположенной возле планеты размером с Землю, будет иметься стыковочная платформа, находящаяся на высоте 100-300 километров над поверхностью (при этом сама длина тросов, идущих от центра маховика, будет составлять несколько тысяч километров). Такая высота выбрана потому, что здесь будет минимизировано воздействие атмосферы на сам «маховик», а также минимизированы гравитационные потери стыкующихся челноков. Стыковка будет происходить при очень низких скоростях как самого маховика, так и стыковочного шаттла, как правило, на пике параболической суборбитальной траектории, заданной ракетой-носителем. В этом случае шаттл будет находиться относительно «маховика» практически без движения и может быть пойман специальным крюком, а затем притянут к стыковочному шлюзу или посадочной платформе. Для правильного позиционирования на орбите «маховики» будут использовать маневровые двигатели».

Так как маховики будут находится полностью в космосе, не закреплёнными к Земле, им не придется испытывать таких же физических нагрузок, как космическому лифту, поэтому данная идея в конечном итоге может оказаться жизнеспособнее.

Что касается динамических сооружений, то журнал Popular Mechanics описывает по крайней мере два основных варианта:

«Такие строения, как «космический фонтан» и «петля Лофстрома» будут сохранять свою структурную целостность благодаря электродинамическим эффектам или импульсам, двигающимся внутри них частей, а также грузам и пассажирам, отправляющимся на орбиту. Более интересным концептом представляются ротоваторы. Эта идея предлагает строительство большого орбитального строения с тросом, вращающимся в плоскости орбиты таким образом, чтобы в ближайшей к Земле точке окружности скорость конца троса относительно центра была противоположна орбитальной скорости. Таким образом, трос, проходя минимум, может подхватывать нужный объект, имеющий скорости ниже первой космической, и отпускать его в точке максимального удаления со скоростью уже большей первой космической».

Выглядеть это будет примерно так, как на «гифке» выше

Другой альтернативой космическому тросу и лифту является вертикальная надувная башня, способная вырастать на 20-200 километров в высоту. Предложенная Брэнданом Квином и его коллегами конструкция будет возведена на верхушке горы и отлично подойдет для атмосферных исследований, установки теле- и радиокоммуникационного оборудования, запусков космических аппаратов и туризма. Сама башня будет создана на базе нескольких пневматических внешне управляемых выдвижных секций.

«Выбор в пользу башни поможет избежать проблем, связанных с космическим лифтом. Речь идет о прочности материала для строительства, подходящего для работы в условиях космоса, сложности производства кабеля длиной как минимум 50 000 километров и решении вопросов, связанных с метеоритной угрозой на низкой околоземной орбите», — говорят исследователи, предложившие проект башни.

Для проверки своей идеи они построили 7-метровую модель башни с шестью модулями, каждый из которых был создан на базе трех трубок, установленных вокруг цилиндрического отсека, заполненного воздухом.

Что интересно, аналогичная технология может быть использована при строительстве «космического пирса», предложенного Джоном Сторрсом Холлом. Согласно данному концепту, предлагается возвести сооружение высотой 100 километров и длиной 300 километров. При подобной схеме лифт будет двигаться прямиком к точке запуска. Сам же запуск полезной нагрузки на орбиту будет происходить с ускорением всего в 10g.

«Данный гибридный вариант игнорирует недостатки предложенных вариантов с орбитальной башней (размеры пирса гораздо меньше, следовательно, его проще построить) и сложности, с которыми придется столкнуться при электромагнитных запусках (плотность и сопротивление воздуха на высоте 100 километров в миллион раз меньше, чем на уровне моря)», — говорит Холл.

Катапультные системы
Если все предложенные идеи для рядового читателя могут показаться совсем уж научной фантастикой, то следующие – гораздо ближе к реальности, чем может показаться на первый взгляд. Еще одной альтернативой ракетным запускам являются катапультные системы, в которых космические аппараты будут запускаться в космос как из пушки.

Вполне очевидно, что в данном случае сам груз должен будет рассчитан на воздействие экстремальных сил. Однако катапультные системы могут стать действительно эффективным инструментом отправки полезной нагрузки в космос, где его будут подхватывать находящиеся там космические корабли.

Катапультные системы можно разделить на три основных типа: электрические, химические и механические.

Электрические

В этот тип входят рельсотроны, или электромагнитные катапульты, работающие по принципу электромагнитных ускорителей. Во время запуска космический аппарат будет помещаться на специальные направляющие рельсы и резко ускоряться с помощью магнитного поля. Силы ускорения при этом будет хватать для того, чтобы вывести аппарат за пределы земной атмосферы.

Однако особенность конструкции подобных систем будет делать их очень массивными и дорогими в строительстве. Кроме того, такие системы будут потреблять огромный объем электроэнергии. Несмотря на свою мощность, электромагнитным катапультам все равно придется сталкиваться с некоторыми проблемами, связанными с гравитацией и плотной атмосферой Земли. Если их и использовать, то скорее на планетах с более низкой гравитацией и разряженной атмосферой.

Химические

Здесь предлагается запускать объекты в космос с помощью огромных орудий, работающих на горючем газе вроде водорода. Однако, как и в случае любой катапультной системы, отправляемому в космос грузу придется испытывать повышенные нагрузки при запуске. Кроме того, такие системы невозможно использовать для отправки людей в космос. Помимо этого, пришлось бы использовать дополнительное оборудование, которое позволило бы выводить груз, например, компактные спутники, на постоянную орбиту. В противном случае запущенный объект, набрав максимальную высоту, просто упадет обратно на Землю.

Проект HARP (Проект высотных исследований, High Altitude Research Project). Данная пушка запустила снаряд-ракету «Martlet-2» на высоту 180 километров. Рекорд удерживается до сих пор

Логичным развитием проекта HARP стал проект SHARP (Проект сверхвысоких исследований, Super High Altitude Research Project). В 90-х годах прошлого века исследователи из Lawrence Livermore Lab провели демонстрацию запуска снарядов со скоростью 3 километров в секунду (правда, не в высоту, а на земле). В конце концов ученые пришли к выводу, что на строительство реального рабочего образца подобного орудия потребуется не менее 1 миллиарда долларов. Картину сгущал еще и тот факт, что запланированной скорости полета снаряда в 7 километров в секунду ученым добиться не удалось.

Механические

Альтернативой электромагнитным и химическим пушкам могут служить механические. Правда пушками такие системы называть не совсем корректно. Скорее это своеобразные рогатки. Примером может служить проект Slingatron компании HyperV Technologies Corp. Сама система представляет собой спиралевидную полую внутри структуру. Помещенный внутрь спирали объект получает ускорение за счет вращательных движений всей структуры вокруг фиксированной точки.

Теоретически «слингатрон» способен придать необходимое ускорение. Однако, как указывают сами разработчики, система не подойдет для запуска людей и больших грузов на орбиту. Но данный способ мог бы использоваться для отправки в космос небольших грузов, вроде запасов воды, топлива и строительного материала.

Полноразмерный вид слингатрона будет выглядеть примерно так

Каким будет будущее на самом деле?
Предугадать, каким будет ответ на этот вопрос, – крайне сложно. Неожиданные технологические открытия и созданные ими эффекты могут привести к тому, что все рассматриваемые сегодня варианты безракетных космических запусков станут в один ряд эффективности. Сейчас это не так, о чем можно убедиться хотя бы из сравнительной таблицы вот здесь.

Взять хотя бы потенциал технологии молекулярной сборки в качестве примера. Как только мы освоим эту сферу, нам больше не потребуется запускать ничего в космос. Мы просто будем ловить находящиеся в Солнечной системе астероиды и создавать из них (а точнее полезных материалов, содержащихся в них) все что захотим прямо в космосе. Самое интересное, что прогресс в этом направлении виден уже сегодня. Например, астронавту NASA Барри Уилмору как-то потребовался компактный разводной ключ. Казалось бы, в чем проблема – сходить в ближайший магазин инструментов? Только вот ближайшего магазина инструментов на тот момент рядом с Уилмором не было, так как астронавт находился на борту Международной космической станции! NASA вышло из положения изящно – отправило по электронной почте на МКС схему нужного ключа и предложила Уилмору самостоятельно его распечатать на имеющемся на борту 3D-принтере. Это лишь один из примеров, показывающих, что в относительно скором времени нам вообще не потребуется ничего запускать в космос. Все будет создаваться уже на месте.

Что касается нужных ресурсов, то это тоже перестанет быть проблемой. Астероидный пояс полон необходимого материала: его объем равен почти половине массы нашей Луны. Когда-нибудь мы придем к тому, что целый рой «Филы»-подобных космических зондов просто будут высаживаться на очередном астероиде или метеорите и производить на них добычу полезных ископаемых. NASA хочет в 2020 году провести первую подобную миссию. Планируется поймать небольшой астероид, вывести его на стабильную лунную орбиту и уже там высадить на него астронавтов, которые смогут изучить космический булыжник и даже собрать интересные образцы его грунта.

Доставка людей в космос – это другая проблема, особенно если учитывать, что в будущем планируется переход к массовой отправке людей в космос. Некоторые из предложенных идей вроде космического лифта действительно могут сработать. Но только в том случае, если речь идет не о покорении дальнего космоса. Поэтому в этом вопросе нам придется еще долгое время полагаться на традиционные реактивные ракетные запуски. Свои идеи уже озвучиваются как на государственном уровне, так и в частной сфере. Взять опять же того же Элона Маска со своим проектом колонизации Марса.

Еще мы должны принять во внимание тот факт, что человеческий организм на самом деле не рассчитан на очень долгое пребывание в космосе. Поэтому до тех пор, пока мы не придем к эффективным технологиям, позволяющим создавать искусственную гравитацию, частичным решением этой проблемы могут стать роботы. Роботов можно отправить в космос и удаленно управлять с Земли, используя дополненную или виртуальную реальность.

Роботы имеют реальный шанс стать ключом к началу нашего освоения дальнего космоса. Вполне возможно, в более удаленном будущем мы научимся оцифровывать свой мозг и передавать эту информацию в суперкомпьютеры на борту удаленных космических станций, где она будет загружаться в самые разные виды роботов-аватаров, с помощью которых мы будем прокладывать свой путь к дальним космическим рубежам.

Разрешается использование пресс-релизов, новостей и других информационных материалов, предназначенных для общественного пользования, с целью информирования общественности, при условии указания веб-портала «Zentrix» в качестве источника информации.
Автор материала:
Гость
Логин на сайте: Гость
Группа: Гости
Статус:
Зарегистрирован дней:
День рождения:
О материале:
Дата добавления материала: 25.01.2017 в 21:40
Материал просмотрен: 225 раз
Категория материала: HI-TECH
К материалу оставлено: 0 комментариев
Рейтинг материала 0
Вы находитесь на этой странице

секунд!
Всего комментариев: 0
  • Комментарии через сайт

    avatar

  • Комментарии через ВК

  • Комментарии через Facebook