dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

На картинке ниже, которая, как пишут, датируется 1900-м годом – “проекционный” телескоп. Картинка иллюстрирует 2000-й год. Надо заметить, что телескопы, решающие эту же задачу, но с помощью цифровых технологий, появились многим раньше 2000 года. Итак, картинка:

(Найдено в блоге Paleo-Future.)

Между прочим, заметная тема обделена вниманием блога dxdt.ru. Это – эсхатологические “проблемы” технократической цивилизации. Действительно, ожидания “всемирного конца света”, как и прежде, сильны: некоторые даже уже сейчас переезжают в специальные деревенские дома, переходя на самообеспечение, отказываясь от “благ цивилизации”. Ведь распространённые сценарии “конца цивилизации” в том или ином виде включают исчезновение всех технократических достижений, а не только Интернета.

Да.

До сих пор не ясно, полезут ли страшные орды монстров из межпространственной дыры, которую создаст (если создаст) ускоритель LHC, и это ли станет причиной “Конца”. Мы в этот раз вообще не будем разбирать называемые эсхатологами причины “Конца”. Пятничные заметки по теме “Эсхатология” посвящены другому – тому, как и какие технологии можно было бы, теоретически, сохранить в доступности после “конца всех технологий”. Потому что “эсхатологи” как-то об этих доступных технологиях упрямо забывают.

Итак, в эту пятницу, для начала, немного о генерировании электроэнергии. Действительно, в страшных сценариях “конца Света” даже готовящиеся к этому знаменательному событию персонажи остаются без электроэнергии. Мол, пишут они, “поставки электричества – это исключительно благо цивилизации”. А вот и нет – наш им ответ.

На удивление низкотехнологичным (по факту штатного применения) источником электроэнергии оказываются солнечные батареи. Дело в том, что сейчас, пока цивилизация живёт, фотоэлектрические преобразователи подешевели и, при этом, стали более эффективными. Эти неприхотливые устройства без движущихся частей нужно просто запасать, закупая для убежища.

После того как цивилизация с шумом рухнула, а централизованное электроснабжение исчезло, можно переходить на автономную “солнечную систему”. Уж особенно в деревенском доме.

Исключительной квалификации обслуживание системы на солнечных батареях не требует, а электричеством может обеспечивать долгие годы (главное запастись дополнительными хорошими аккумуляторами, потому что этот элемент системы электроснабжения вырабатывает свой ресурс быстрее). Удобным дополнением будут энергосберегающие электроприборы и инструменты, желательно – постоянного тока и низкого напряжения питания (переменный ток на 220 вольт – он-то в автономном доме особенно не нужен).

Конечно, при утрате в процессе “постцивилизационной жизни” ключевых элементов (например, злобные противники камнями разбили “фотоприёмники”) возобновить электропитание дома будет невозможно: цивилизация-то рухнула, а на коленке сделать “фотоэлектрику” уже не так просто. Так что следует запастись несколькими комплектами, и, возможно, несколькими разными по принципу действия системами (не только солнечной).

И, понятно, эффективность системы электроснабжения на солнечных батареях зависит от географического региона пребывания выжившего.

Продолжение – в следующую пятницу, теперь вместо многогранников.

Луна – это первый кандидат на строительство долговременных баз и заселение колонистами. Долететь туда относительно просто. Ещё важнее то, что можно почти так же просто вернуться обратно. (О Луне и о Марсе – как раз подходящая на День космонавтики тема.)

Да, есть некоторые проблемы с жизнеобеспечением длительное время живущих на лунной базе людей. Но, вообще говоря, большую часть этих проблем давно научились решать, вполне практически, и не только на МКС. А если добавить сюда реальную возможность обеспечить регулярные грузовые рейсы Земля-Луна, позволяющие по частям доставить на Луну хоть бы и ядерный реактор, то жизнеобеспечение вообще перестаёт быть проблемой.

Почему Луну до сих пор не заселили? Да потому, что пока нет особого смысла, мало выгод. Например, международные соглашения пока что запрещают государствам присваивать территории Луны. Спрашивается, ну какой смысл начинать колонизацию, если нельзя формально получить в своё распоряжение оккупированную территорию? Вот если бы появился юридический механизм, позволяющий “закрепить территориальные права” по факту “практической высадки” колонистов (пятнадцать человек живут в этом кратере уже два года) – вот тогда было бы совсем другое дело. А без возможности “столбить участки” на отдалённую перспективу лунные пустыни не нужны, не так уж там много интересного.

Ситуация с Марсом несколько хуже. На Марс сложнее долететь. Но это полбеды. Беда же в том, что пока не ясно, как с Марса вернуться. Топлива (точнее – энергии) для старта с Марса нужно много, с собой столько не вот привезёшь. Как получить нужное количество топлива на поверхности? На этот вопрос твёрдого ответа-инструкции нет.

Впрочем, набрать на Земле марсианских колонистов, готовых лететь с билетом в один конец, это не большая трудность. Но, опять же, как оформить колонию юридически? А если марсиане, начитавшись классической фантастики и почуяв свободу, провозгласят Конституцию, да и отвергнут власть короля… в смысле, объявят себя независимым государством? Проблема. Риск. А ради чего?

Да, как раз другой пласт проблем, мешающий колонизации планет, связан с вопросом “а ради чего?”. Какие экономические выгоды в ближайшей перспективе (тридцать-сорок лет) может дать колония на Луне? А на Марсе? Вот пока на этот вопрос нет внятного ответа, в форме “бизнес-плана”, никто и не станет выпихивать колонистов “из колыбели”.

А сами колонисты – есть. И технические возможности – есть, особенно если взять в расчёт неприхотливость колонистов. PR – тоже отличный. Хромает юридическое сопровождение. И “бизнес-плана” пока нет.

(Рисунок – NASA)

Сегодня – небольшое продолжение про помехопостановку. В прошлой заметке на эту тему помехопостановка рассматривалась как средство противодействия работе РЛС. Но помехи нужны и важны не только при работе с радиосигналами.

Скажем, существуют системы, подслушивающие секретные человеческие разговоры. Некоторая часть этих систем полагается на утечки по естественному для речи акустическому каналу. Например, во время разговора, в комнате вибрируют окна и стены. Эти – казалось бы, минимальные, – вибрации можно фиксировать разными способами. Если речь идёт про окна, то со стекла нужную информацию вполне реально снимать лазерным “виброметром”, который при этом может находится достаточно далеко от прослушиваемого помещения.

Конечно, секретную переговорную комнату возможно тщательно экранировать от утечек (для этого есть специальная хитрая наука). Однако на практике секретные переговоры могут проходить и в неподготовленных заранее помещениях. Как защитить такие помещения? Конечно, с помощью помех.

Например, на стёкла и стены оперативно устанавливаются (наклеиваются) специальные виброгенераторы, которые создают помехи, маскирующие акустический сигнал от разговора:

При этом, задающее характеристики помех устройство может генерировать белый шум, а может и добавлять “речеподобные помехи” (это сигналы, похожие на фонемы речи).

На Сryptome опубликован коротенький документ от ВМФ США, в котором речь идёт о возобновлении разработки “оружия, основанного на управлении погодой”. Вот документ (PDF) (английский язык). Правда, не понятно, когда этот документ (по сути, записка) выпущен и как там с его статусом обстоят дела.

В записке, в качестве целей “погодного оружия”, указаны, например, “противодействие переброске войск с помощью дождей/наводнений”, и “подрыв экономики в результате засухи”. Кроме того, в записке предлагается рассмотреть возможность использования “коммерческих” технологий управления погодой для военных целей.

Давно, раньше радаров, для обнаружения самолётов использовались акустические системы. Этакие огромные “уши”. С помощью нескольких людей-операторов и четырёх (или более) “звукоприёмных рупоров” по звуку моторов вычислялось направление на летящий самолёт. Дальше в работу включался наблюдатель, которого в ночное время “поддерживал” мощный прожектор. Понятно, что подцепленный лучом вражеский самолёт тут же передавался на обслуживание зенитным батареям.

В принципе, по базовой логике работы, всё это очень близко к современным РЛС. Разве что радары работают с использованием радиоволн. Это, кстати, важный момент: радар, то бишь radio detecting and ranging, в переводе означает “радиообнаружение и определение дальности”. Поэтому никаких “акустических радаров” быть не должно.

Теперь обнаруживать в воздухе самолёты по звуку обычно не принято, РЛС справляется с задачей обнаружения несравнимо лучше. Однако акустическая локация и многие связанные с ней области отлично развиваются, находя разнообразные практические применения, в первую очередь – под водой (но не только).

Известно, что использование радиоволн для тех или иных задач под водой сопряжено с очень серьёзными трудностями по сравнению с воздушной средой. А вот звук, напротив, в воде распространяется быстрее и, условно говоря, дальше. Акустические подводные системы во многом похожи на радиосистемы по принципам действия. Это потому, что распространение звуковых волн имеет общие черты с распространением электромагнитных. В частности, математически многие акустические явления хорошо описываются теми же уравнениями, которые моделируют электромагнитное поле.

Так что есть акустические локаторы, использующие звуковые импульсы, например, для обнаружения целей и измерения их параметров – эти активные устройства широко известны и используются даже продвинутыми рыболовами.

Есть пассивные устройства, слушающие подводные акустические шумы. Среди них много интересных. Например, специальные автономные буи, которые сбрасывают в нужном районе океана с самолёта. Плавая в воде, такой буй с помощью электронной системы слушает подводный мир звуков (на предмет прохождения подводных лодок, обычно), а собранную информацию периодически передаёт в некий “центр обработки”. Разбросав множество подобных устройств “по району”, можно реализовать распределённую систему слежения.

Конечно, есть и подводные акустические помехопостановщики, и акустические “ложные цели”. (“Звуковые” помехопостановщики, кстати, весьма широко используются и вне морей-океанов, во вполне “офисной жизни” – для защиты от подслушивающих устройств. Но об этом – в другой раз.)

(Рисунок: Edward L. Cooper)

Но самое интересное в том, что есть и аналог популярной (и, конечно, суперактуальной) сейчас исследовательской темы по полной “электромагнитной невидимости” – акустическая невидимость. Оказывается, что, судя по всему, реализовать невидимость для акустических локаторов (активных, пассивных и “бистатических” – это которые используют разнесённое зондирование) может быть даже проще, чем электромагнитную невидимость. Речь, прежде всего, о невидимых подводных объектах. Нужно ли говорить, насколько важна подобная невидимость на практике?

Правда, понятно, что будут большие проблемы с самодвижущимися подводными объектами. А вот плывущий по течению “подводный контейнер” можно очень эффективно “прикрыть” от звуковых обнаружителей.

А ещё интереснее то, что такой “невидимый для акустики” подводный объект, конечно, будет отлично виден в оптическом диапазоне, то есть с использованием электромагнитных способов обнаружения. (Ну, если для оптической маскировки не принято дополнительных мер.)

Если провести параллель с электромагнитной невидимостью дальше, то легко заметить, что акустические системы локации могут вдруг обрести дополнительную немаленькую популярность и в воздушной среде, так сказать, на берегу. Это произойдёт с приходом невидимых в электромагнитном диапазоне объектов. Ведь совершенно невидимый для электромагнитного поля объект вполне можно обнаружить, скажем, с помощью ультразвукового локатора. А совместить акустическую невидимость с электромагнитной – это уже задача совсем другого порядка сложности.

Такое наблюдение.

На “Математических этюдах” – документальный фильм про вычислительную технику, которую использовали в МГУ в 1950-х годах.

Републикую свой старый текст на тему “звукового барьера”:

Оказывается, одним из широко распространённых околоавиационных заблуждений является так называемый “звуковой барьер”, который “преодолевают” самолёты.

Даже больше: со сверхзвуковым полётом связан целый букет заблуждений. Как же обстоит дело в реальности? (Рассказ с фотографиями.)

Заблуждение первое: “хлопок”, якобы сопровождающий “преодоление звукового барьера” (ранее, ответ на этот вопрос опубликован на сайте “Элементы”).

С “хлопком” происходит недоразумение, вызванное неверным пониманием термина “звуковой барьер”. Этот “хлопок” правильно называть “звуковым ударом”. Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления. Упрощенно эти волны можно представить себе в виде сопровождающего полет самолета конуса, с вершиной, как бы привязанной к носовой части фюзеляжа, а образующими, направленными против движения самолета и распространяющимися довольно далеко, например до поверхности земли.

Когда граница этого воображаемого конуса, обозначающая фронт основной звуковой волны, достигает уха человека, то резкий скачок давления воспринимается на слух как хлопок. Звуковой удар, как привязанный, сопровождает весь полет самолета, при условии что самолет движется достаточно быстро, пусть и с постоянной скоростью. Хлопком же кажется проход основной волны звукового удара над фиксированной точкой поверхности земли, где, например, находится слушатель.

Другими словами, если бы сверхзвуковой самолет с постоянной, но сверхзвуковой, скоростью принялся летать над слушателем туда-сюда, то хлопок слышался бы каждый раз, спустя некоторое время после пролета самолета над слушателем на достаточно близком расстоянии.

А “звуковым барьером” в аэродинамике называют резкий скачок воздушного сопротивления, возникающий при достижении самолетом некоторой пограничной скорости, близкой к скорости звука. При достижении этой скорости характер обтекания самолета воздушным потоком меняется кардинальным образом, что в свое время сильно затрудняло достижение сверхзвуковых скоростей. Обычный, дозвуковой, самолет не способен устойчиво лететь быстрее звука, как бы его ни разгоняли, – он просто потеряет управление и развалится.

Для преодоления звукового барьера ученым пришлось разработать крыло со специальным аэродинамическим профилем и придумать другие ухищрения. Интересно, что пилот современного сверхзвукового самолета хорошо чувствует “преодоление” своим летательным аппаратом звукового барьера: при переходе на сверхзвуковое обтекание ощущается “аэродинамический удар” и характерные “скачки” в управляемости. Вот только с “хлопками” на земле эти процессы напрямую не связаны.

Заблуждение второе: “срыв тумана”.

Если о “хлопке” почти все знают, то с “туманом” ситуация несколько более “специальная”. Есть множество снимков, где летящий самолёт (обычно это истребитель) как бы “выскакивает” из туманного конуса. Смотрится очень эффектно:

Туман и относят к “звуковому барьеру”. Мол, это на фотографии как раз запечатлён момент “преодоления”, а туман и есть “тот самый барьер”.

На самом же деле, возникновение тумана связано лишь с резким перепадом давления, сопровождающим полёт самолёта. В результате аэродинамических эффектов за элементами конструкции самолёта образуются не только области повышенного давления, но и области разрежения воздуха (возникают колебания давления). Именно в этих областях разрежения (протекающего, фактически, без теплообмена с окружающей средой, так как процесс “очень быстрый”) и конденсируется водяной пар. Причиной этому служит резкое падение “локальной температуры”, приводящее к резкому смещению так называемой “точки росы”.

Так что, если влажность воздуха и температура подходят, то такой туман – вызванный интенсивной конденсацией атмосферной влаги – сопровождает весь полёт самолёта. И не обязательно на сверхзвуковой скорости. Например, на фотографии ниже, бомбардировщик B-2, а это дозвуковой самолёт, сопровождается характерной дымкой:

Конечно, так как фотография фиксирует один миг полёта, то, в случае со сверхзвуковыми самолётами, создаётся ощущение “выскакивающего” из тумана истребителя. Особенно выраженного эффекта можно достичь при полёте на небольших высотах над морем, так как в этом случае атмосфера обычно очень влажная.

Именно поэтому большинство “художественных” снимков сверхзвукового полёта сделано с борта того или иного корабля, а запечатлены на снимках самолёты палубной авиации.

(Использованы фотографии U.S. Navy News Service и U.S. Air Force Press Service)

(Отдельное спасибо Игорю Иванову за ценное замечание по физике образования тумана.)

Вот, на примере космического аппарата MESSENGER (почему на его примере – будет понятно в конце заметки), хочу поделиться таким наблюдением из мира разработки программного обеспечения.

Точнее, там есть два мира.

Первый – очень известен, с ним соприкасаются очень многие (в основном, на правах пользователей). Этот первый мир – разработка “офисного” ПО. “Офисное” – конечно, условное название. Тем не менее, большая часть этого ПО используется именно в офисной работе. Это ПО работает на настольных компьютерах, серверах. К этому же миру относится и типичное современное web-программирование. Здесь в ходу такие “типы” ПО: текстовый процессор, редактор изображений, бухгалтерская программа и др. И известны такие “характеристические” понятия: Windows, Visual Basic, Delphi и т.п.

Хорошо известно, что в мире “офисного” ПО можно смело выдать на рынок недоделанный, не отлаженный продукт с кучей ошибок (потому что главное – регулярно и быстро выпускать новую версию, опережая конкурентов; особенно рельефно эта тенденция видна в современных web-сервисах, которые теперь уже публикуют в неработающем виде, заявив, что это альфа-версия, ну или “бета” – особенной разницы на практике нет). Массовый клиент, понятно, уже приучен к ошибкам в программах и к тому, что нет никаких гарантий работоспособности. Это давно известная тенденция.

Вторая тенденция вот в чём: в связи с тем, что комплектующие для офисного (и, конечно, серверного) компьютерного оборудования всё дешевеют и дешевеют (в пересчёте на вычислительную мощность), то разработчики из “офисного” мира готовы напрочь забыть об оптимизации и алгоритмов, и кода. Эти разработчики говорят так: “Лучше взять побольше железа – это выйдет дешевле, чем год возиться с оптимизацией”, “Пока вы оптимизируете ваш код, память подешевеет ещё в два раза” и тому подобные вещи.

И разработчики тут, в общем-то, правы. Допустим, стоит задача вывалить хоть как-то работающий новый поисковик (условно) уже через месяц. Конечно, лучше купить два дополнительных сервера в систему, на которой поисковик будет работать, чем рисковать усложнением кода и тем, что квалификации имеющихся программистов (это вообще отдельная история про “логарифмическую сложность”) просто не хватит на то, чтобы реализовать оптимальный алгоритм в коде.

Это свой мир. Со своими ценностями.

А есть второй – совершенно другой: разработка специального ПО для встроенных систем. Здесь не только в ходу неизвестные в “офисном” мире понятия из теории сложности, но и совсем другие представления о надёжности. Потому что ошибка в “текстовом процессоре” грозит лишь секретарше (да и угроза лишь в том, что придётся набирать полэкрана текста заново). Ошибка в ПО управления спутником связи грозит многомиллионными убытками, а иногда – реальной катастрофой. Хуже того, в случае со спутником – его разработчикам придётся отвечать. (Понятно, что в “офисном” случае всякая ответственность с разработчиков заранее “списана” условиями лицензирования.)

Другой важный момент, отличающий мир разработки встроенного ПО, в том, что здесь вычислительные ресурсы всегда существенно ограничены и алгоритмы и программный код приходится оптимизировать.

В мире встроенного ПО совсем не работают методы типа “за год память подешевеет вдвое”. Почему? Вот тут-то мы и приходим к примеру с космическим аппаратом MESSENGER.

Внимание, пример: MESSENGER стартовал летом 2004-го года. На орбиту вокруг Меркурия аппарат должен встать весной 2011-го года. Понятно, что как бы ни подешевели за это время на Земле компьютерная память и процессоры – “проапгрейдить” аппарат в районе Меркурия вряд ли получится. А вот загрузить на борт новое ПО – можно, с Земли.

При этом, если, скажем, удалось “ужать”, в смысле того или иного используемого ресурса, программную реализацию какой-то функции на борту аппарата, то освободившиеся ресурсы можно использовать для решения новых задач, расширив функциональность аппарата. То есть грамотная и интенсивная оптимизация приносит прямые выгоды. Про надёжность программного кода и отсутствие в нём ошибок, думаю, можно не повторяться.

Кстати, в мире встроенного ПО, на “борту изделий”, Windows совсем не в ходу, как ни странно. Там свои операционные системы.

Так вот, к чему это длинное наблюдение: оказывается, многие и многие люди, связанные с разработкой ПО, нынче думают, что существует только первый, “офисный” мир и его законы универсальны. Про то, как делают управляющее ПО, скажем, для ракеты “воздух-воздух”, эти “офисные” разработчики даже и не задумываются. И это, наверное, правильно – зачем бы им?

Плакаты о технике будущего (2000 год?) отпечатанные, как пишут в блоге Paleo-Future, в Германии 1941-го года:

Высотный пассажирский самолёт (почти “бесхвостка”, но почему-то не реактивный):

В пассажирской кабине самолёта поддерживаются комфортные условия:

А вот – другое: подземный скоростной монорельсовый поезд (update: как заметили в комментариях – поезд не монорельсовый, потому что там два рельса, один сверху, один снизу):

На фото – гиперзвуковая аэродинамическая труба из университета Purdue:

Вот такая маленькая. Они все маленькие, которые гиперзвуковые. Как пишут, скорость до M=6. Кстати, помимо прочих трудностей, в гиперзвуковых аэродинамических трубах есть и такая: очень сложно приблизить характер испытания к полёту в “бесконечной атмосфере”. Дело в том, что при “обдуве” модели возникают ударные волны, которые отражаются от стенок трубы и очень сильно влияют на характер обтекания. В реальном полёте, в “бесконечной атмосфере”, стенок, понятно, нет, поэтому ударные волны убегают в ту самую “бесконечность” и на поток в непосредственной близости от аппарата влияют не так, как в трубе.