XCOD.INFO

Математические блоги шумят как улей: никому не известный сотрудник лаборатории Hewlett-Packard в Пало-Альто, индиец по национальности, опубликовал огромную статью, претендующую на окончательное решение одной из главных открытых проблем математики. К настоящему моменту в проверяемом всем миром доказательстве уже нашли ошибки, в нахождении которых также нашли ошибки, в которых… В общем – надо разобраться, что же произошло.

Предыстория такова. В субботу 7 августа небезызвестный математик Стив Кук (Stephen Arthur Cook) отправил по электронной почте коллегам из университета Торонто (UT) и некоторым своим бывшим аспирантам PDF-файл, пришедший к нему чуть ранее. Тем самым он завёл часовой механизм бомбы, которой было суждено “взорвать” математический мир.

В 116-страничном документе предлагался оригинальный комплексный способ решения задачи о равенстве классов P и NP, в 1971 году Куком и сформулированной.

Представшее взору Стивена доказательство разительно отличалось от прочих уже по уровню аргументации. Явных ошибок в работе человека по имени Винэй Деолаликар (Vinay Deolalikar) математик сходу не нашёл и передал бумагу для проверки “второму эшелону”. (По-видимому, он решил особо не зарываться, поскольку привлечённая автором конечная теория моделей не входила в сферу компетенции Кука.)

Далее события развивались с завидной скоростью. Один из аспирантов переслал письмо сразу всему факультету информатики ванкуверского отделения университета Саймона Фрейзера (SFU) с комментарием в духе “Одобрено самим Стивом Куком”. Почти сразу же информация попала на портал Slashdot, а на следующий день математик Грэг Бэйкер (Grag Baker) также выложил в своём блоге отправленную ему копию доказательства.

В результате уже к началу недели весь Интернет был в курсе событий. Из-за масштабности замаха, который сделал Деолаликар, новость о его доказательстве достаточно быстро попала и на страницы ведущих новостных агентств и научных сайтов – от BBC до Nature.

премии Тьюринга Стив Кук. Здесь можно просмотреть его презентацию о важности вопроса равенства P и NP (фото University of Toronto).

Причина шумихи проста. Эта математическая проблема входит в список семи задач тысячелетия (Millenium Prize), за решение каждой из которых полагается $1 миллион. Широкий общественный резонанс эта премия получила после серии необычных поступков Григория Перельмана, успешно доказавшего гипотезу Пуанкаре – первую задачу из семи.

С начала семидесятых, когда был сформулирован вопрос о равенстве/неравенстве классов сложности P и NP, учёные всеми возможными методами, оказывавшимися одинаково безуспешными, пытались найти ответ на задачу тысячелетия.

В числе энтузиастов не только и не столько исследователи, интересующиеся фундаментальными аспектами математики, сколько понимающие важность темы специалисты по теории компьютерных вычислений и шифрования данных.

Задачи класса сложности P можно решить “эффективно”, за адекватное время (в науке устоялся термин “полиномиальное время”, означающий, что время решения задачи не превосходит полинома от размера данных). В класс NP, условно говоря, входят проблемы, которые поддаются проверке с помощью компьютера: действительно ли данный кандидат на решение таковым и является.

Если ответ на вопрос “равны ли P и NP” — положителен, это означает, что любую задачу, для которой решение “быстро” проверяется, можно и решить “быстро”. Пример: верно ли, что среди ряда чисел {−2, −3, 15, 14, 7, −10, …} есть такие, что их сумма равняется 0 (т.н. задача о суммах подмножеств)?

Ответ здесь положителен, потому что он легко проверяется несколькими сложениями (сертификатом). Но вот следует ли отсюда, что эти числа так же легко подобрать?

Деолаликар представил доказательство, что нет. То есть, что P не равно NP. На стороне такого утверждения давно уже была математическая интуиция исследователей. Собственно, исходное неравенство классов P и NP лежит в основе самых популярных криптографических алгоритмов.

Характерный пример задачи класса сложности NP – сборка мозаики вслепую. С одной стороны, вы легко можете определить, правильно ли уложены все кусочки, с другой, получить осмысленное изображение из сотен разноцветных фрагментов уже не так просто.

мемом (смотрите. “наглядную формулировку”), вопросом, на разрешение которого в ближайшее время всерьёз никто не надеялся. Хотя, к примеру, на сайте технологического университета Эйндховена опубликован огромный список “расстрелянных” гипотез, чьи создатели и доказывали, и опровергали неравенство, и вообще объявляли его недоказуемым (фото Discover Magazine/zazzle.com).

Если новое доказательство Деолаликара выдержит проверку (к текущему моменту в нём уже сотни раз находили “дыры” и вновь “чинили”), значит, и вправду есть задачи, решение которых быстро проверяется, но искать его придётся долго. На практике это принесёт миру теоретическое подтверждение, что криптографические коды, которые невозможно взломать за разумное время, действительно совершенны. Доказательство же обратного (что P=NP) и вовсе перевернуло бы программирование.

Поясним, в современных шифрах используют технологию больших чисел, то есть передаваемая информация кодируется огромным количеством цифр, и на вскрытие этого кода придётся потратить столько времени, что эта задача лишается смысла. Даже когда вы посылаете реквизиты карты на адрес магазина, они отправляются туда в зашифрованном всё по тому же принципу виде.

Если это не так – то “возможно всё” и стоит поставить под сомнение сам принцип такого кодирования. Впрочем, нынешнее доказательство посвящено обратному. Пока статья индийского математика не опубликована в рецензируемом журнале, но можно посмотреть её полный текст в PDF-документе. Кстати, статьи того же Перельмана, за которые ему присудили Премию тысячелетия, так никогда и не были официально опубликованы.

“Отряд проверки” из нескольких элитных математиков во главе с профессором Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Теренсом Тао (Terence Tao) на текущий момент нашёл несколько ошибок, которые, по оценкам “инспекторов”, являются непоправимыми. Подробнее о них можно прочесть в блоге Ричарда Липтона (R. J. Lipton) из технологического института Джорджии (Georgia Tech.)

Однако в любом случае, даже если окажется, что индийский математик не прав, “отряд проверки” предлагает ряд других прорывных задач. Для их решения можно применить новаторский подход Деолаликара, привлекая не только конечную теорию моделей, но и статистическую физику.

Сотрудник Массачусетского технологического института Скотт Аронсон (Scott Aaronson) изначально был настроен вполне оптимистично – в своём блоге он публично пообещал накинуть сверх призового миллиона ещё $200 тысяч, если окажется, что доказательство Деолаликара верно.

На днях Аронсон, однако, привёл восемь аргументов, благодаря которым он склоняется к мысли, что Деолаликар с задачей тысячелетия не справился. Справедливости ради надо отметить, что непосредственно к предмету относятся только четыре пункта – в частности, Аронсон отмечает, что Деолаликар не даёт объяснения, почему его доказательство не работает для определённых частных задач.

Остальные же претензии относятся к оформлению материала: Аронсон негодует, что статья не выдержана в классическом стиле и в ней нет даже краткого объяснения, почему новое доказательство таки смогло преодолеть барьеры, мешавшие научному сообществу решить задачу последние 40 лет.

Любопытна также фраза “эта работа – часть моего Matru-Pitru Rin” (обычай отдачи долгов родителям или оправдание надежд предков) (фото Hewlett-Packard).

Подобный обзор, впрочем, был дан в дополнительно опубликованном Деолаликаром синопсисе (PDF-документ), но его Аронсон счёл невнятным: “Я ощущал себя так, будто читаю “Сердце тьмы” Конрада. Слова касались глаз и испарялись, не успевая осесть в мозге”, – иронизирует математик.

События продолжают развиваться, а Деолаликар остро переживает свои “пять минут славы”. Верно его доказательство или нет – вдохновляет сам феномен того, что при колоссальной сложности задачи не только тысячи людей подключились к обсуждению, но и само доказательство обрело мировую известность задолго до публикации.

Сейчас индиец готовит некий полный вариант статьи, которая отправится уже на рассмотрение в научный журнал. Объём текущей версии манускрипта, содержащей некоторые исправления, уже вырос до 121 страницы.

В заключение мы предлагаем вам посмотреть первоапрельское видео, в котором известный своей эксцентричностью (и самосборными оригами) профессор MIT Эрик Демэн (Eric Demaine) убедительно “доказывает” за пару минут, что P=NP.

«Для чего же эта штука?..» (иллюстрация Stefan).

Антилазер, возможность создания которого обоснована в статье, опубликованной 26 июля 2010 года в журнале Physical Review Letters, называется так не потому, что нейтрализует действие лазера, а потому, что принцип его работы противоположен принципу работы лазера.

Лазер, как известно, испускает когерентное излучение с определенной длиной волны. Антилазер поглощает когерентное излучение с определенной частотой волны.

Э. Дуглас Стоун (A. Douglas Stone) и Йидун Чун (Yidong Chong), физики из Йельского университета (США), создавшие концепцию антилазера, называют его «когерентным совершенным поглотителем» и «инвертированным во времени лазером». Идея антилазера пришла к ним спонтанно, когда они задались вопросом, что будет, если заменить отражающие элементы лазера абсорбирующими.

Одно из возможных применений антилазера — реле в оптических компьютерах. Работающая модель антилазера в настоящее время создается в Йельском университете под руководством Хюи Цао (Hui Cao).

Подготовлено по материалам Wired.

Когда физики пересматривают свои законы, никакого глобального катаклизма, как правило, не происходит. Однако, когда речь идёт о фундаментальных постоянных, на это обращают внимание даже люди далёкие от науки. Недавно учёный мир всколыхнуло известие о том, что радиус протона, вписанный во все учебники мира, был посчитан неверно.

Водород — один из самых распространённых элементов во Вселенной, и в силу простоты его строения (один электрон кружит вокруг одного протона) атомы водорода, как и их составляющие, изучены, пожалуй, как никакие другие. По крайней мере, так до недавнего времени думали физики.

Однако нынешнее исследование перевернуло всё с ног на голову, ещё раз показав человечеству, что, несмотря на весь научный потенциал и накопленный опыт, мы не слишком хорошо разбираемся даже в элементарных вещах. Но обо всё по порядку.

Героем сенсационной научной работы стал протон. У него нет какой-либо твёрдой оболочки. Это не орех со скорлупой, радиус которой можно измерить напрямую. Но о размерах частицы можно судить по его взаимодействию с соседом-электроном.

статья опубликована в журнале Nature и, конечно же, удостоилась чести быть вынесенной на обложку (иллюстрация Nature).

Дело в том, что электрон, обращаясь вокруг протона, может занимать только определённые дискретные энергетические уровни, так называемые орбитали. Часть из них зависит от размеров протона. Потому, определяя “положение” электрона, можно высчитать и радиус положительно заряженной частицы. С 60-х годов прошлого века подобные измерения проводились множество раз. Последние данные показали: радиус протона равен 0,8768 фемтометра (1 фм = 10^-15м).

Чтобы удостовериться в своих прежних выводах, а также подтвердить постулаты квантовой электродинамики (QED), физики с 1969 года мечтали провести эксперимент с изменённым атомом водорода: в нём электрон должен был быть заменён на мюон.

Эта неустойчивая элементарная частица с отрицательным зарядом в 200 раз тяжелее электрона. “Из-за большей массы мюон вращается вокруг протона на более близком расстоянии, а значит и более чувствителен к его радиусу”, — говорит один из исследователей Альдо Антоньини (Aldo Antognini) из швейцарского института Пауля Шеррера (PSI). То есть мюон позволяет более точно определить структуру атома.

Проблема заключалась в том, что на энергетическом уровне, который необходимо было “поймать” учёным, частица находится в течение всего лишь пары микросекунд. И лишь недавнее развитие технологий позволило команде из 32 физиков, возглавляемой доктором Рандольфом Полем (Randolf Pohl) из института квантовой оптики Макса Планка, провести первые эксперименты с мюонным водородом.

Поначалу учёные хотели лишь подтвердить полученные ранее данные. Для этого они столкнули облако атомов водорода с потоком мюонов, полученном в ускорителе. В результате неустойчивые частицы вытеснили часть электронов.

Большинство мюонов сразу же расположились на 1s-орбитали (самой низкоэнергетической), в то время как каждый сотый занял более “высокую” 2s-орбиталь. В течение следующей микросекунды (до распада такого мюона) учёные имели возможность осветить изменённые атомы импульсами лазера с частотой, позволяющей “перекинуть” редкие мюоны на более высокую орбиталь (с 2s на 2p).

В дальнейшем эти мюоны “опускаются” на 1s-орбиталь, а “лишнюю” энергию испускают в виде рентгеновских лучей. При этом разница между энергетическими уровнями, определяемая размерами протона, влияет на частоту рентгеновского излучения.

В 2003 и 2007 годах физики неоднократно проводили описанный выше эксперимент, но не получали излучение с прогнозируемой (по общепринятому радиусу протона) частотой. Долгое время они полагали, что что-то не так с аппаратурой. И лишь летом 2009 года решили расширить “зону охвата”.

В результате ими было пойманы лучи, которые свидетельствовали о том, что радиус изучаемой частицы – 0,8418 фм. “Мы очень удивились и до сих пор не можем объяснить, откуда появилось такое расхождение”, — комментирует Антоньини.

на этой странице и в пресс-релизе института Макса Планка. Учёные утверждают, что их данные в 10 раз более точные, нежели те, что были получены ранее (фото PSI/ A. Antognini, F. Reiser).

Оказалось, что радиус протона на 4% меньше заявленного ранее. Для обычного человека минус 0,00000000000003 миллиметра – сущие мелочи, а вот учёные не на шутку поразились новым данным. Ведь они никак не согласовывались не только с прежними выводами, но и с расчётами квантовой электродинамики.

Будь разница однопроцентной и менее, физики чувствовали бы себя спокойнее. Но 4% — это уже слишком! Для сравнения: разработанная физиками-теоретиками квантовая электродинамика в некоторых случаях “ошибалась” лишь на сотни миллионных долей процента.

“Теоретики сразу сказали нам, что такое сильное расхождение в экспериментальных данных невозможно”, — рассказывает Рандольф.

Будет ли пересмотрен радиус протона, будет ли найдена ошибка в предыдущих опытах и расчётах, придётся ли изменять устоявшиеся законы квантовой механики или вовсе пересматривать физику частиц, пока говорить рано. Мнения самих учёных сильно расходятся.

Многие, и прежде всего представители Комитета по данным для науки и техники, полагают, что ошиблась именно команда Поля. “Слишком серьёзное несоответствие. В каком-то месте должна быть ошибка”, — полагает Инго Сик (Ingo Sick) из университета Базеля (Universität Basel). Он попытался примирить 40 лет прежних измерений и новые данные. Судя по вышесказанному, найти просчёт ему самому пока не удалось.

Если же нынешние выводы подтвердятся, то шуму, скорее всего, будет больше, чем вокруг начала работы Большого адронного коллайдера (LHC). Вполне возможно, что вслед за квантовой электродинамикой придётся пересмотреть и Стандартную модель (Standard Model), описывающую все взаимодействия элементарных частиц, кроме гравитационного.

Впрочем, может быть и так, что физики по обе стороны баррикад всё сделали правильно. Тогда на сцену может выйти ещё одно альтернативное объяснение. Учёные до сих пор отмечают, что внутреннее строение протона ими изучено слабо. Элементарная частица тоже не однородна – состоит из кварков, а это может означать, что заряд распределён по сфере неравномерно.

Из-за этой внутренней сложности физики не могут точно определить электромагнитное взаимодействие протона и мюона, отмечает Рудольф Фаустов из РАН. Отсюда и разница между радиусами протона обычного и мюонного водорода.

Пока не ясно, как разделить разные взаимодействия. Возможно, физикам придётся пересмотреть представления о “связи” протона и мюона или найти новую частицу, которая отвечает за это взаимодействие (тут в памяти всплывает теория суперсимметрии).

Но прежде всего учёные должны “тщательно прочесать все существующие расчёты”, полагает теоретик Карл Карлсон (Carl Carlson) из американского Колледжа Уильяма и Мэри. На скрупулёзное изучение деталей нынешнего эксперимента у физиков со всего мира может уйти несколько недель.

Ясно, что эксперимент попытаются повторить другие научные группы. Пожалуй, только тогда можно будет с уверенностью судить о правоте-неправоте команды Поля. Тем временем Рандольф и его коллеги тоже не будут сидеть сложа руки и в течение ближайших двух лет попробуют провести другой опыт: измерение радиуса протона в атоме мюонного гелия.

Эти конструкции могут оказаться реальностью в 2030-2035 годах. Именно на такой срок заглянули вперёд несколько ведущих специалистов аэрокосмической отрасли. Смотрятся машины как результат работы фантазии, отпущенной на волю. Но на деле эти образы опираются на многолетние исследования в области аэродинамики, конструкционных материалов и двигателей.

В октябре 2008 года NASA выделило $12,4 миллиона нескольким объединённым командам институтов и промышленных гигантов на проработку передовых концепций самолётов — Fundamental Aeronautics Program.

Специалистам было предложено проработать эскизные проекты экономичных, чистых и тихих пассажирских лайнеров различной вместимости, как дозвуковых, так и сверхзвуковых. Аппараты должны были опираться как на существующие, так и находящиеся на стадии лабораторных опытов технологии.

И вот пришла пора подвести итоги: своё видение крылатых машин будущего представили Массачусетский технологический институт (MIT), компании Lockheed Martin, GE, Northrop Grumman и Boeing, а также ряд их партнёров (в их числе известная нам Aurora Flight Sciences), подготовившие для NASA обстоятельные доклады на сотни страниц.

Диапазон был от почти традиционных схем до форм, напоминающих аппараты инопланетян. Далее проводился анализ преимуществ и недостатков тех или иных вариантов, численное моделирование свойств конструкций и постепенный их отсев (иллюстрации Northrop Grumman, Boeing, MIT).

NASA попросило своих партнёров обрисовать самолёты поколения N+3, то есть уходящие на три поколения дальше существующих ныне коммерческих лайнеров. Основные цели: сокращение уровня шума на 71 децибел против существующих авиационных норм, 75% сокращения выбросов окислов азота и более чем 70-процентное снижение расхода топлива!

Авторы представили множество аппаратов различного облика, однако по большей части такие формы и конфигурации можно было увидеть в исследованиях и моделях на протяжении последней пары десятков лет.

А дело в том, что большая часть изменений будет скрыта внутри. “Стоя рядом с самолётом, вы не сможете почувствовать разницу, но улучшения будут революционными”, — говорит Ричард Валс (Richard Wahls) из исследовательского центра Лэнгли (Langley Research Center).

Сплавы с памятью формы, керамические и композиционные материалы, углеродные нанотрубки и волоконно-оптические системы, самовосстанавливающаяся “кожа”, гибридные силовые установки, складывающиеся крылья, сдвоенные фюзеляжи и даже иллюминаторы с виртуальной реальностью — размах прогнозов впечатляет. И ведь тут нет ничего несбыточного.

Едва ли не всё самое интересное, что было придумано в отрасли за последнее время, было отобрано для самолётов 2035 года (иллюстрации Northrop Grumman, Boeing, MIT).

Важное уточнение: работа команд вовсе не сводилась к прорисовке картинок на компьютере. Учёные и инженеры прорабатывали самые разные аспекты конструкции машин, особенности их производства и эксплуатации, словом — обосновывали свои мечты, делая упор не столько на внешний эффект, сколько на содержание.

Потому-то некоторые из проектов по первому впечатлению совсем не тянут на поколение N+3. Таков, к примеру, “Тихий эффективный коммерческий транспорт с низким уровнем выбросов” (Silent Efficient Low Emissions Commercial Transport — SELECT), представленный Northrop Grumman. Этот 120-местный аппарат изображён на рисунке под заголовком.

Самое интересное тут расположено “под кожей”: передовая керамика и нанотехнологические материалы, реактивные движки с ультравысокой степенью двухконтурности… Этому самолёту нужна взлётная полоса всего в 1,5 километра, что расширяет список доступных ему аэропортов и разгружает, по замыслу Northrop Grumman, крупные воздушные узлы. Дальность полёта SELECT — 3 тысячи километров, скорость — 0,75 Маха.

Кстати, многие специалисты согласились, что совсем небольшое (на 5-10%) снижение “максималки” при повышении средней высоты полётов дозвуковых среднемагистральных лайнеров, вкупе с движками нового поколения (о них ещё скажем) — и есть ключ к радикальному снижению расхода горючего. Но, конечно, одними этими мерами обойтись нельзя.

Так некоторые проекты опирались на гибридную (смешанную) несущую систему: промежуточный вариант между классическим сочетанием “удлинённый фюзеляж плюс тонкие крылья” и самолётом-крылом.

Двигатели при этом инженеры располагали в задней верхней части корпуса — это снижает уровень шума. Не зря именно такую схему компания Boeing тестировала в небе ещё несколько лет назад.

По такому же принципу задуман аппарат Hybrid Wing Body H-Series от MIT и его партнёров — Aurora Flight Sciences и Pratt & Whitney. Вместимость этого самолёта — 354 пассажира, дальность полёта 14 тысяч км, скорость — 0,83 Маха.

Его интегрированные двигатели с верхними воздухозаборниками располагают системами управления пограничным слоем, высокой степенью двухконтурности, передовыми камерами сгорания из новых материалов и соплами с изменяемым сечением, и более того — с управляемым вектором тяги.

Ещё любопытнее другой проект MIT — Double Bubble D8. Его фюзеляж представляет собой пару сращенных продольно классических фюзеляжей — сочетание прочности, лёгкости и невиданного простора.

Три турбовентиляторных двигателя (со сверхвысокой степенью двухконтурности, куда без этого) отнесены в хвост. Довольно узкие и вытянутые “чистые” крылья обеспечивают D8 практически ламинарное обтекание. Композитные материалы везде, где только возможно, дают низкий вес всей конструкции.

Бортовая система мониторинга состояния всех систем и корпуса, управление пограничным слоем в ключевых точках — задумок тут немало. И хотя внешне этот аппарат ближе к классическим самолётам, нежели H-Series, и у D8 фюзеляж тоже даёт некоторую часть подъёмной силы.

Результаты же (в теории) впечатляют: шум — минус 60 дБ против теперешних норм, окислы азота — минус 87%, расход топлива — минус 71% в сравнении с традиционными лайнерами той же вместимости.

Но наиболеее радикальный проект в плане сокращения расхода горючего представила Boeing. Она провела собственную мини-программу Subsonic Ultra Green Aircraft Research — SUGAR (то есть исследование “ультразелёных” лайнеров), в ходе которой набросала пять разных концепций.

Самая примечательная получила имя собственное Volt. Такое же название носит известный гибридный автомобиль и это не случайно — у воздушного “Вольта” тоже гибридная силовая установка.

Лезвия двигателя SUGAR Volt (а его предусмотрено два варианта — с закрытым внешним контуром и с открытым винтом-вентилятором) будут раскручивать сразу два источника: газовая турбина, как на обычных турбореактивных движках, и встроенный в неё же 5500-сильный электромотор, который должен получать энергию от бортовых топливных элементов и/или ультраёмких батарей.

Volt сможет на разных этапах полёта использовать только керосиновую, только электрическую или обе тяги сразу, а в среднем это должно привести к снижению расхода топлива на 88%.

Ещё одна любопытная особенность: крылья этого лайнера смогут складываться на стоянке для экономии места у здания аэропорта (иллюстрация NASA/Boeing).

Кроме экномичных тихоходов компания Boeing разработала и концепцию сверхзвукового пассажирского лайнера 2035 года — Icon-II. По заданию NASA такой аппарат должен вмещать сто с лишним пассажиров и летать с крейсерской скоростью 1,6 М на расстояние 5-9 тысяч километров.

Основной же целью данной части программы являлась проработка облика скоростного лайнера, который был бы значительно экономичнее и намного тише сверхзвуковиков-предшественников. Этих целей Boeing и достигла, во всяком случае, на бумаге, по результатам моделирования и оценки своего проекта.

Аналогичной задачей занималась и команда, ведомая Lockheed Martin. Её “зелёный сверхзвуковик” отличает необычное расположение двигателей, фюзеляж веретенообразной формы, плавно перетекающий в хвост с оперением типа “перевёрнутое V” (появившееся, к слову, ещё в проекте QSST).

Никаких данных о возможной реализации такого проекта пока нет. Но задел, наработанный в рамках программы NASA, не пропадёт. Главное, что специалисты показали — в общих чертах ясно, как сделать новые лайнеры намного эффективнее предыдущих. А заодно и эффектнее, посмотрите хотя бы на шедевр от Lockheed Martin.

Специалисты NASA отметили, что ещё предстоит определить и уточнить ряд технологий, которые сделают реальными все эти фантазии. Кроме того, хотя инженеры и учёные очень старались, расчёты показали, что ни в одном проекте никому ни удалось взять обозначенные NASA планки по шуму, экономичности и выхлопу одновременно. Представленные машины были особенно сильны только в какой-то одной дисциплине.

Потому исследования по авиации будущего, проводимые на средства NASA, будут продолжены. Вероятно, один или два дополнительных контракта, развивающие начатую нынешним проектом тему, будут заключены на 2011 год, — сообщает агентство.

NASA намерено вкладывать деньги в самые перспективные идеи, так что, как говорит его представитель Джейвон Шин (Jaiwon Shin), подобные работы клиентов позволят определиться со сценарием будущего и быть в русле тенденций.

20 апреля 2010 года на околоземную орбиту должен отправиться один из самых интересных космических кораблей. Этот относительно небольшой многоразовый крылатый челнок способен решать в космосе самые разнообразные задачи – от научных до военных. Его запуск ознаменует практическую реализацию давней идеи универсальных космопланов-беспилотников.

Дебютанта с характерным наклонным оперением зовут X-37B OTV-1. OTV означает Orbital Test Vehicle и этот экспериментальный аппарат является последней итерацией конструкции, развиваемой с 1999 года в рамках проекта орбитального самолёта Boeing X-37.

Первоначально проект X-37 находился в ведении NASA, позже он перешёл под крыло пентагоновского агентства по передовым исследованиям DARPA, а ныне руководят этой программой ВВС США (USAF), что прозрачно намекает на военные возможности машины, хотя она проектировалась как универсальная.

Специалисты NASA, впрочем, остаются в контакте с ВВС, рассчитывая получить от теста OTV-1 свою порцию новых знаний о разных аспектах работы такого челнока, особенно, его теплозащиты. Керамические плитки и композитные элементы теплового щита нового аппарата – следующий шаг в технологии, они более долговечны и стойки к ударам, чем те, что применялись на шаттле.

Phantom Works – отделение передовых исследований компании Boeing. На фото – финальная проверка X-37B OTV-1 перед отправкой на космодром (фото USAF).

В целом же по конструкции X-37B напоминает привычный всем шаттл, но новичок намного меньше и легче его. Это и понятно – “птаха” X рассчитана на куда меньшую полезную нагрузку (точное её значение неизвестно, но соответствующий отсек в X-37B обладает размерами примерно как у кузова американского пикапа). И к тому же аппарат не несёт никакого экипажа.

Насчёт последнего, кстати, есть интересные соображения. ВВС США давно мечтают получить в своё распоряжение лёгкий пилотируемый многоразовый шаттл, способный быть подготовленным к старту в минимальные сроки и умеющий быстро достигать удалённых районов земного шара.

X-37B – это самое близкое приближение к такой мечте, какое пока могут получить военные. И это возможность обкатать в реальности все узлы и все технологии, необходимые для такого “расторопного гонца”. А на основе подобного проекта спроектировать пилотируемый вариант будет уже проще, чем с нуля.

В хвосте X-37B установлен ракетный двигатель Rocketdyne AR-2/3, работающий на перекиси водорода и керосине. Он может менять орбиту челнока в относительно широких пределах. В каких именно точно – ВВС умалчивает.

В любом случае, добирающийся до космоса на плечах классической ракеты-носителя X-37B, должен далее быть более свободным в манёврах, чем традиционный шаттл.

Atlas V (иллюстрация United Launch Alliance).

Это свойство, как и молчаливость всех организаций, занятых в проекте, сразу породили различные спекуляции о возможных областях применения нового аппарата.

Первая версия – носитель ракет-перехватчиков спутников, способный подолгу дежурить на орбите и менять её параметры для выхода на новую цель.

Вторая – носитель “cтрел Бога” — кинетического оружия для разрушения наземных объектов из космоса.

Третья – универсальная система разведки, запускаемая по требованию в момент необходимости (сам челнок также способен выпускать в космос миниатюрные специализированные спутники). Сюда же следует отнести разведку не Земли из космоса, а инспекцию чужих орбитальных аппаратов с максимальным сближением для подробной съёмки.

Четвёртая – научная ипостась. Вывод исследовательских аппаратов и также возврат экспериментов на Землю с целью изучения результатов.

Пятая – многоразовый грузовик-снабженец для орбитальных станций, той же МКС, к примеру.

Однако о полезной нагрузке, которая будет (если будет) размещена в грузовом отсеке мини-челнока в первом полёте ВВС ничего не говорит. Да и будущее применение X-37B – покрыто завесой тайны.

Но ясно одно: наипервейшая задача нынешнего аппарата – шлифовка самой технологии автоматического шаттла, способной оказать влияние на развитие космической отрасли. Потому так важно, что данный проект, хотя и с задержками, остановками и периодическими “пропажами” и “находками” финансирования упорно движется вперёд.

В 2005 году было объявлено о начале атмосферных испытаний первого прототипа X-37. Аппарат должны были сбрасывать с самолёта-носителя White Knight.

Однако в том году удалось лишь выполнить испытания в воздухе в прицепленном к “Рыцарю” режиме, а первые броски и планирующие полёты с последующим приземлением на полосу X-37 совершил в 2006 году.

Теперь программа подошла к решающему этапу. Полностью функциональный космический X-37 готов к дебютному вояжу на орбиту.

Стартуя во Флориде, после выполнения заданного числа витков вокруг планеты, X-37B OTV-1 должен приземлиться в Калифорнии на посадочной полосе авиабазы ВВС США Ванденберг (Vandenberg Air Force Base), а если подведёт погода – то Эдвардс (Edwards Air Force Base).

Точную продолжительность первого полёта X-37B OTV-1 источники не указывают, но известно, что технически этот мини-шаттл способен оставаться на орбите до 270 дней.

Весь полёт и приземление OTV-1 вплоть до пробега по взлётно-посадочной полосе должны пройти полностью в автоматическом режиме. Фактически американский орбитальный беспилотник повторит то, что проделал советский челнок “Буран” в своём первом и единственном космическом рейсе в 1988 году.

Как тут не вспомнить, что “Буран” создавали как ответ шаттлу, “напугавшему” руководство СССР потенциальными военными возможностями.

Спустя годы выяснилось, что в роли военной такая машина оказалась бессмысленной, а в роли средства выведения космических аппаратов – чрезмерно дорогой. “Буран” остался не у дел, его программу “зарезали”. Американские шаттлы же сыграли ключевую роль в строительстве МКС, но по завершении последнего должны уйти на покой.

Можно сказать, что X-37B – это шаттл, выучивший уроки истории. Радикальное сокращение массы и габаритов, как и удаление экипажа (нужного на самом деле далеко не во всех задачах) должно сделать новую машину куда более дешёвой, чем предшественник и, соответственно, оправданной и экономной.

“Вы не должны отправлять грузовик Мак в космос, если Тойота Селика выполнит задачу”, — так охарактеризовал разницу между обычным шаттлом и X-37B один из участников проекта, специалист по аэродинамике Марк Льюис (Mark Lewis) из университета Мэриленда (University of Maryland)

И если обычный шаттл для выработки электроэнергии полагается на топливные элементы, новичок оборудован выдвижной солнечной батареей. Для управления аэродинамическими поверхностями X-37B использует электромеханические приводы вместо гидравлики. Есть и другие отличия – в известной степени X-37B извлёк из классического челнока самое лучшее и пошёл дальше.

Пресловутое военное амплуа X-37B может так и остаться невостребованным, да и целесообразность боевого применения мини-шаттла вызывает большие сомнения. А вот как грузовик-универсал и исследовательский многоразовый аппарат X-37B может оказаться ценным. Потому пожелаем заокеанским инженерам и учёным успеха и 20 апреля скрещиваем пальцы, на манер буквы X.

Инженеры и физики из Массачусетского технологического института нашли способ производства значительного объема электричества при помощи углеродных нанотрубок. После разработки промышленных решений для производства электрического тока с помощью нанотрубок, можно будет отказаться от устаревших методов генерации электричества при помощи турбин и тому подобных методов.

По словам исследователей, в будущем углеродные нанотрубки, собранные из индивидуальных атомов, могут питать электричеством буквально все - от сотовых телефонов до автомобилей. По прогнозам ученых первые подобные системы генерации тока должны появиться примерно лет через пять.

В разработке физиков из Массачусетса углеродные нанотрубки были чрезвычайно тонкими - почти в 30 000 раз тоньше человеческого волоса. “Когда углерод организуется в нанотрубки, то он начинает проявлять необычные для себя свойства, такие как высокая теплопроводность, которая с стала основой в данной разработке”, - говорит Майкл Стрено, инженер-химик из Массачусетского технологического института.

В новой системе массив из углеродных нанотрубок погружался в топливо, например в бензин или этанол, затем с одного края установки начинался нагрев. Топливо реагировало на растущую температуру и производило еще больше тепла, причем трубки в данном случае выступали как катализатор тепла.

“Процесс распространения тепла был похож на падение костяшек домино, выстроенных в ряд. Одновременно с тепловыми волнами в нанотрубках начиналось упорядоченное движение электроннов, говоря другими словами, возникало электричество”, - говорит Стрено.

Устройство, созданное в Массачусетсе, смогло произвести в 10 раз больше электричества, чем обычная литий-ионная батарея той же массы. “Удивляет здесь то, что нам не пришлось изобретать ничего нового. Мы смогли сделать новый источник питания из доступных и довольно дешевых компонентов”, - говорит Стрено.

Исследователи прогнозируют, что в дальнейшем на основе созданной технологии можно будет создавать довольно компактные, но емкие элементы питания.

Группа немецких исследователей предложила оригинальную технологию, которая позволит навсегда покончить с проблемой громких телефонных разговоров в общественных местах. Немецкие инженеры из Университета города Карлсруэ сегодня на выставке CeBIT 2010 представили прототип устройства, которое позволит людям совершать тихие телефонные разговоры.

Технология, заложенная в основу устройства, позволяет измерять крошечные электрические сигналы, производимые мышцами лица, когда человек разговаривает. Устройство записывает эти колебания даже тогда, когда человек совсем тихо или вообще беззвучно воспроизводит словам. При получении электрического сигнала устройство декодирует его и при помощи встроенного синтезатора передает на другой телефон.

“Разработка этого устройства продиктована практикой. Как-то раз я ехала в поезде, а напротив меня сидел человек, которые постоянно болтал по телефону, отвлекая всех вокруг. Я подумала, что с этим надо что-то делать”, - говорит профессор Таня Шульц, один из авторов устройства. “Мы называем созданное устройство тихим коммуникатором”, - говорит она.

По ее словам, в своей работе “тихий коммуникатор” полагается на электромиографию, также применяемую для диагностики некоторых нервных заболеваний. На CeBIT демонстрируется прибор, оснащенный 9 электродами прикрепленными к лицу говорящего и снимающих с него показания работы мышц.

“Это своего рода электрические субтитры, которые воспроизводят ваши лицевые мышцы”, - говорит профессор Шульц.

Еще одним важным элементом разработки выступает специальное программное обеспечение, транслирующее сигналы в речь и выполняющее функции голосового синтезированная. “Мы знаем, что прямо сейчас такие решения на массовом рынке не появятся, скорее всего, они будут позже предложены людям с повреждением голосового аппарата, либо в качестве систем встроенного перевода”, - говорит Шульц.

Напомним, что ранее американское космическое агентство НАСА применяло системы электромиографии для работы персонала в шумных окружающих условиях.