masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
В качестве топлива группа разработчиков использовала слаборадиоактивный металл торий (Thorium (Th)). Впервые идею использования этого элемента высказал американский изобретатель Лоуренс Кулесус в 2009 году на выставке автомобилей Chicago Auto Show. Ну, а инженеры компании Laser Power Systems во главе с изобретателем Чарльзом Стивенсоном смогли не только разработать концепцию ядерного двигателя, но и с успехом воплотить ее в жизнь. Новый концепт получил название Cadillac World Thorium Fuel (Cadillac WTF).
Впервые торий начали использовать во времена Второй мировой войны, ведь он считается наиболее безопасным веществом среди остальных радиоактивных элементов. По подсчетам ученых-разработчиков, грамм тория с успехом заменит около 30 тыс. литров обычного топлива. Ну, а 8 граммов полностью хватит владельцу автомобиля на всю жизнь. Кроме этого, выделяемой при реакции избыточной энергии хватит на подзарядку и аккумулятора, и иных устройств.
Cadillac WTF способен перевернуть с ног на голову сегодняшнее представление об автомобилях. Задачей нестандартных решений, которые нашли место в разработке коцепт-кара, является борьба с ущербом окружающей среды. Современные автомобили не только имеют небольшой срок службы, но и негативно влияют на экологию при производстве, эксплуатации и утилизации. В то время как новинка от Cadillac рассчитана на работу без дозаправки и ремонта в течение целого века.
Все системы концепта также отличаются от традиционных аналогов. Энергия тория максимально эффективно приводит в действие все внутренние программы, действуя сродни нервной системы человека. Основные узлы автомобиля имеют функцию подстраховки в случае непредвиденной поломки, чтобы Cadillac WTF продолжал полноценное функционирование без ремонта.
Концепт-кар имеет 24 колеса, по 6 с каждой стороны. Каждое из них довольно узкое и снабжено встроенным индукционным электромотором. Такие колеса нужно будет регулировать раз в 5 лет, без необходимости замены.
Сама конструкция Cadillac WTF очень гибкая, автомобиль способен трансформироваться словно мускулы, делая управление интуитивным. Например, угол колес изменяется в зависимости от поверхности дороги. Реактор автомобиля в целях безопасности расположили в задней части коцепт-кара.
Если торий позитивно покажет себя в качестве источника энергии, а концепт-кар станет реальностью, то мировыми лидерами в области энергетики могут стать Австралия и Индия. На территории данных стран расположено около 30% залежей этого металла от всех месторождений планеты.
Автомобиль с ядерным двигателем: 8 грамм тория на миллионы километров.
Американская компания собирается выпустить первый в мире автомобиль на ядерной энергии в ближайшие два года.
По словам директора Laser Power Systems, Чарльза Стевенса (Charles Stevens), всего одного грамма тория достаточно, чтобы заменить более 28 000 литров нефтепродукта.
Чтобы автомобиль проработал без дозаправки всю жизнь, ему понадобится лишь 8 грамм тория, считает Стивенс.
Этот металл используется в области атомной энергии, а также применяется в металлургии. Он способен производить огромное количество тепла, будучи плотным материалом, схожим с ураном.
Стивенс говорил, что двигатель с весом примерно 227 кг будет достаточно легок и компактен, чтобы уместится под капотом обычного автомобиля.
Все же, если бы все было так просто, то нефтепродукты уже бы канули в лету. По словам Стивенса, разработка работающих компактных турбин и генераторов намного сложнее, чем создание ториевого лазера.
На данном этапе команда из 40 рабочих во главе со Стивенсом пытается ответить на вопрос, как эффективнее совместить лазеры, турбины и генераторы. Если задумка удастся, то, по их мнению, автомобили с ториевым двигателем смогут покрывать расстояния в миллионы километров.
В 1950-е Форд разработал концепт-кар под названием Ford Nucleon. Этот автомобиль на атомной энергии был разработан, по словам Форда, на основе предположения, что в будущем атомные реакторы станут компактнее, безопаснее и легче.
В основе дизайна была энергетическая капсула, которая находилась в задней части автомобиля. Форд предполагал, что зарядные станции заменят бензоколонки, а проехать без подзарядки можно будет более 8 000 км.
Сегодня можно задуматься, почему же до сих пор на дорогах не разъезжают автомобили на атомной энергии, ведь в мире уже существуют атомные электростанции, подлодки и авианосцы. Во время холодной войны СССР и США использовали небольшие реакторы для снабжения энергией спутников.
Ученые могли бы создать миниатюрную атомную станцию и вставить ее в автомобиль. Но не так все просто.
Возможно главная причина, по которой у нас улицы не забиты автомобилями с атомным двигателем это радиоактивность. Такие машины нуждались бы в соответствующей защите, иначе не только водитель, но и окружающие люди могли бы пострадать.
Если использовать всю необходимую защиту, то автомобиль был бы невероятно тяжелым, возможно даже настолько, что он не смог бы сдвинутся с места.
В конце концов, энергетическим компаниям, автомобильным концернам и правительствам придется тесно сотрудничать, чтобы создать нужную инфраструктуру.
Им также придется установить стандартизированный процесс избавления от использованного энергопродукта, у которого еще сотни лет будет высокий уровень радиации.
Атомные автомобили
Проблема создания компактных ядерных реакторов давно волнует человечество. Невероятно экономичный, практически вечный, довольно экологичный (если не учитывать вероятность аварии) двигатель мог бы спасти Землю от истощения ресурсов, поспособствовать очищению атмосферы, облегчить жизнь обыкновенному человеку. Но пока на атомной тяге передвигаются разве что крупные корабли и подлодки; когда дело дойдёт до автомобилей и поездов — неизвестно. Хотя истории известно несколько попыток поставить реактор на колёса.
Размеры — вот основная проблема, не позволяющая снабдить автомобиль ядерным двигателем. Одна только система охлаждения, требующая постоянного притока свежего теплоносителя, занимает столько места, что полезное пространство атомного автомобиля сводится к нулю. Стационарные АЭС используют для охлаждения воду, поступающую из внешних резервуаров, у атомных кораблей и подлодок тоже нет недостатка в теплоотводящем материале, а вот наземному транспорту весь запас охладителя придётся возить с собой. Чисто теоретически проблему может решить создание реактора, работающего по принципу управляемого термоядерного синтеза. Он будет заметно безопаснее и компактнее существующих систем. Но, к сожалению, подобный источник энергии остаётся лишь фантастикой.
Тем не менее, несколько концептов атомных автомобилей в XX веке увидели свет. Некоторые — в виде макетов, некоторые — в виде рисованных скетчей. Можно выделить две вспышки интереса к наземному атомному транспорту — в 1950-1960-х и в 2010-2011 годах. Первая была связана с гонкой вооружений и стремлением двух супердержав, СССР и США, перегнать друг друга в технологическом отношении. Кроме того, в те времена учёные искренне верили в то, что вот-вот атом будет подчинён окончательно и бесповоротно (а воз, честно говоря, и ныне там). Второй период заинтересованности имеет другое обоснование. Сегодня открытие управляемого термоядерного синтеза и в самом деле маячит на горизонте, и компании стараются заранее разработать концепт, где этот принцип будет применим, тем самым обогнав конкурентов. Что же, посмотрим, насколько осмысленны эти разработки.
Интересным направлением разработок в области наземных транспортных средств на ядерной тяге стала тема атомного танка. Когда атом предполагалось использовать исключительно для военных нужд, в начале 1950-х годов командование армии США выделило серьёзный грант на разработку танка, способного использовать силу ядерной реакции.
На третьей конференции по вопросам танкостроения (Question Mark III), проведённой армейским командованием в 1954 году, впервые был поднят вопрос о возможности создания ядерного двигателя для танка. В отличие от автомобильных концептов, тут не возникало серьёзных проблем с массой и объёмом: на танк вполне можно было поставить чуть модифицированный реактор от подлодки. Первый концепт тяжёлого атомного танка получил наименование TV-1. Предполагалось, что машина будет весить порядка 70 тонн (из них половина — двигатель), толщина брони достигала 350 мм. Но одну проблему в те годы решить никак не могли — экранирование экипажа. Если автомобильные дизайнеры могли позволить себе пофантазировать, то армейцы бурным воображением не отличались и смотрели на мир с эксплуатационной точки зрения. И что-то подсказывало инженерам, что атомный танк построить пока что невозможно.
В 1955 году на следующей подобной конференции был представлен второй проект R32 с более лёгким реактором. Теоретическая масса танка — 50 тонн, 120-мм броня, 90-мм гладко ствольное орудие: этот концепт уже был похож на правду. Но отсутствие решения по экранированию экипажа отправило на свалку истории и R32. Последняя попытка построить атомный танк произошла в 1959-м, когда тяжёлый танк M103 собирались перестроить для испытаний на его шасси ядерного реактора. Но министерство обороны в итоге срезало финансирование сложного и не слишком перспективного проекта. Перед армейцами стояли другие задачи.
Концепт-кар Ford Nucleon стал самым знаменитым атомным автомобилем. Тому есть целый ряд причин. Он стал первой подобной разработкой, а также одной из двух таких машин, созданных хотя бы в виде макета и продемонстрированных на автошоу.
Вопрос «нужно ли разрабатывать атомный концепт» в те времена не стоял. «Нуклеон» стал не частной попыткой дизайнера-одиночки, а продуктом серьёзной работы инженеров и техников. Автомобиль продумали от первого до последнего винтика, учли необходимость обслуживания на дорогах общего пользования и фактор опасности облучения пассажиров. Дело оставалось за малым: создать требуемый движок.
В принципе, идея выглядела реализуемой и даже работоспособной. Основным плюсом являлось полное отсутствие выбросов в атмосферу и чудовищная долговечность силового агрегата. Конечно, заправить новые урановые стержни в старый реактор было проблематично, поэтому «заправлялась» машина путём смены реактора. Но одной заправки должно было хватить как минимум на 8 000 километров (рассматривались варианты до 30 000), так что проблемой это не считалось. Обогащать же использованные реакторы планировалось в заводских условиях — так сегодня работают, например, станции по зарядке и обмену газовых баллонов. Наконец, важнейшим плюсом являлась бесшумность «Нуклеона». За отсутствием процесса внутреннего сгорания ничего, кроме чуть слышного гудения турбин, не нарушало бы покой окружающего мира.
И всё-таки автомобиль оставался весьма громоздким. Футуристический дизайн, конечно, сглаживал это впечатление, но инженеры понимали важность изоляции салона от реактора, и потому масса и размеры защитных пластин были соизмеримы с массой и размерами самого двигателя. Именно в целях безопасности, а не по прихоти художника кабина была вынесена вперёд, чтобы максимально отдалить пассажиров от опасного «сердца» автомобиля. Капсулу с горючим разместили в самой отдалённой от кабины части — внизу, под двигателем, с тройным слоем изоляции. Но что такое 1-2 метра для радиоактивного излучения? Ничего, пшик.
Ford Nucleon был изготовлен в виде макета в масштабе 3/8, показан на ряде выставок и салонов. Но время шло, а компактные реакторы всё не появлялись и не появлялись. Полноразмерную копию машины строить не имело смысла, тем более что сама компания Ford не имела достаточных мощностей для разработки собственного атомного движка. Ведущий американский производитель реакторов для подводных лодок Westinghouse Electric тоже не торопился с изменением форм-фактора своих конструкций. И амбициозный проект свернули, так толком и не дав ему старта. Но спустя пять лет он получил продолжение.
Ford Seattle-ite XXI (1962)
На этот раз разработчики постарались не повторить ошибки, сделанные при конструировании предыдущей модели. В частности, они сохранили традиционную автомобильную компоновку: двигатель спереди, затем салон, затем — багажник нормальных размеров. Конечно, автомобиль получился огромным, но это было в духе американцев 1960-х и не нарушало понятия обывателя о прекрасном. Сразу же появилась проблема. В «Нуклеоне» тяжеленный реактор «лежал» на неуправляемой задней оси. В Seattle-ite всю массу движка нужно было каким-то образом разместить на переднем мосту, при этом обеспечив нормальный радиус разворота автомобиля и адекватную управляемость. Выход из ситуации был найден довольно оригинальный: передних осей было сделано две. Все четыре колеса поворачивались, при этом спокойно выдерживая массу реактора.
Ещё более удивительной была возможность «отстегнуть» всю переднюю часть автомобиля и заменить её на другую. Сегодня многие автомобили предлагаются с несколькими вариантами двигателей. В Seattle-ite можно было менять силовые агрегаты; предполагался экономичный вариант мощностью 60 л.с. и скоростной мощностью 400 л.с.
Так как компактного атомного движка на 1962 год по-прежнему не существовало, инженеры не очень волновались по поводу его конструкции и систем. Зато они постарались уместить в концепт как можно больше фантастических идей, которые по тем временам частенько были технологически невозможны. Чего мелочиться, если машину всё равно построить нельзя (пока что).
Так, в конструкции Ford Seattle-ite XXI нашёл место ряд решений, опередивших своё время на полвека. Например, у концепт-кара не было руля как такового. Управлять «Фордом» предполагалось с помощью касания пальцами специальной панели — прообраза современного тачскрина. Также в салоне был предусмотрен бортовой компьютер (тоже с тачскрином, которого на тот момент не существовало), придуманный художниками интерфейс которого чем-то напоминал Windows (напомню: Биллу Гейтсу было тогда 7 лет). Основным назначением компьютера было прокладывание маршрута — это стало прообразом GPS-навигатора. Датчики, установленные по всему корпусу, учитывали дорожную обстановку, близость других машин, погодные условия. По сути, инженеры «Форда» предсказали появлении и парктроника, и датчиков дождя с автоматическим включением щёток. Стёкла Ford Seattle-ite XXI имели изменяемую степень затемнения в зависимости от светового потока снаружи.
Ещё одной изюминкой была возможность установки силового агрегата на топливных элементах вместо атомного двигателя. Опять же, стоит напомнить, что первые работоспособные и компактные топливные элементы появились в 1980-х годах, а повсеместно их стали использовать только в XXI веке.
Ford Seattle-ite XXI в отличие от предшественника был изготовлен в виде полноразмерного макета. Автомобиль получился очень низким и изящным, на ряде автосалонов он произвёл фурор (особенно в совокупности с промо-девушками), но технологические барьеры не позволили создать даже опытный образец концепт-кара. Сегодня почти все фантастические идеи, предложенные в Seattle-ite, легко реализуемы. Кроме самой главной — компактного атомного двигателя. Поэтому этот удивительный автомобиль продолжает поражать воображение конструкторов всего мира.
В Советском Союзе атомных танков и автомобилей не разрабатывали, сознавая, что это изначально фантастические проекты. А вот передвижную атомную электростанцию, умещающуюся в несколько вездеходов, не только спроектировали, но даже построили и ввели в эксплуатацию. Удивительный проект носил название ТЭС-3.
Первые разговоры о передвижной АЭС зашли в середине 1950-х годов. Инициировал разработку подобной системы Ефим Павлович Славский, на тот момент первый заместитель министра среднего машиностроения СССР, а впоследствии руководитель всей советской атомной промышленности. Разработкой занимался ряд заводов и институтов. Наиболее перспективным был признан проект обнинского Физикоэнергетического института.
Сама энергоустановка представляла собой малогабаритный двухконтурный водо-водяной реактор. В качестве рабочего тела также выступала вода; турбина генератора приводилась в движение паром. Оборудование размещалось на удлинённом до 10 катков шасси от тяжёлого танка Т-10. Шасси получило общее наименование «энергосамоход».
Целая электростанция представляла собой четыре энергосамохода. На первом — сам реактор с биозащитой и воздушным радиатором, на втором — парогенераторы и циркуляционные насосы, на третьем — турбогенератор, а на четвёртом — пульт управления и резервное оборудование. Развёртывание станции занимало несколько часов, на ходу она функционировать не могла, потому что все энергосамоходы должны были соединяться проводами и трубопроводами. Биозащиту на ТЭС-3 обеспечить было не столь и сложно. Так как требующий изоляции реактор располагался на отдельном энергосамоходе, его просто поместили в замкнутую свинцовую ёмкость, а во время работы операторы к этому самоходу не приближались.
В 1960 году передвижная АЭС была готова к эксплуатации. 13 октября 1961 года состоялся первый опытный пуск станции. Она неплохо себя показала, испытания продолжались до 1965 года. Но возникла одна проблема. Ни промышленники, ни учёные не сумели найти никакого толкового применения замечательной установке. Первоначально её проектировали для работы в условиях Крайнего Севера, но традиционные энергоустановки на жидком топливе оказались проще и экономичнее. Экономическая нецелесообразность вынудила закрыть проект, и в 1969 году так нигде и не использованную ТЭС-3 законсервировали.
Одновременно шла разработка и второй мобильной АЭС — «Памир-630Д». В качестве шасси использовалась тяжёлая техника МАЗ. Эта станция по многим параметрам была удачнее ТЭС-3, но первый опытный её пуск состоялся, к несчастью, в 1985 году, незадолго до чернобыльской трагедии. После аварии большинство работ по ядерному направлению были закрыты по тем или иным причинам, исключением не стал и перспективный «Памир».
Минула целая вечность, прежде чем человеческая фантазия снова обратилась к атомным автомобилям. Но на этот раз за дело взялись не инженеры, а дизайнеры. Благо что сегодня любой уважающий себя 3D-художник считает необходимым нарисовать пару-тройку автомобилей оригинальной конструкции.
Сингапурский дизайнер Мухаммад Имран вдохновлялся двумя автомобилями. Первый — это Ford Seattle-ite XXI, а второй — легкорамный английский спорткар Ariel Atom, производящийся небольшой компанией из Сомерсета. Спорткар имеет довольно странную компоновку: у него нет дверей, крыши, багажного отсека; он сделан на базе жёсткого трубчатого экзоскелета и оснащён мощным 245-сильным двигателем Honda. За счёт низкой массы Ariel Atom способен разгоняться до 100 км/ч за фантастические 2,8 секунды.
Ariel Atom Мухаммада Имрана отличается от обоих «прообразов». Дизайнер стремился сделать свой концепт как можно компактнее. В связи с этим он разместил двух пассажиров автомобиля не рядом, а одного за другим, причём ноги водителя доходят практически до переднего бампера (естественно, изнутри). Изолированный реактор по идее Мухаммада должен располагаться в задней части машины. Правда, техническая подготовка Имрана несколько смущает. Например, красивые выхлопные трубы в виде знака радиационной опасности выглядят эффектно, но зачем атомному автомобилю система выхлопа как таковая? В любом случае концепт сингапурца так и останется красивым концептом, частью его портфолио.
Серийный Ariel Atom выпускается в Сомерсете и никакого отношения к атомной энергии не имеет.
Но не всё так печально. Потому что через полгода после скетчей Имрана в новостях замелькал атомный автомобиль, разработанный настоящей группой учёных и вполне возможный в условиях современного технологического развития.
Cadillac World Thorium Fuel (2011)
Специалисты небольшой компании Laser Power Systems решили пойти по правильному пути: отталкиваясь не от футуристического дизайна, а от технологических возможностей и практических задач. В первую очередь они решили отказаться от уранового реактора, как сложного и чрезмерно опасного для пассажиров автомобиля. В качестве альтернативы был выбран торий.
В принципе, торий неоднократно пытались применить в атомной промышленности. Будучи менее радиоактивным, он вполне способен заменить уран и плутоний, используемые сегодня. Кроме того, торий гораздо более распространён и потому относительно дёшев. Правда, схема работы тория в ядерном реактора довольно хитроумна. Сначала изотоп торий-232 должен захватить тепловой нейтрон и посредством реакции превратиться в изотоп уран-233; последний уже непосредственно принимает участие в реакции.
Идея ториевого реактора для автомобиля пришла к инженерам в процессе разработки лазера на основе тория (лазеры — основное направление компании). Как ни странно, ториевый лазер выдаёт на выходе не пучок света, а тепловую волну, причём узконаправленную. А тепло — это та же самая энергия. Специалисты утверждают, что на 1 грамме тория можно два раза объехать вокруг экватора, и, скорее всего, не ошибаются.
Концепт-кар Thorium был разработан на базе Cadillac. По компоновке он в точности повторяет Ford Nucleon: вынесенная вперёд кабина и реактор, занимающий 70% полезного пространства автомобиля. Дизайнер и руководитель амбициозного проекта — инженер Лорен Кулесус.
Ряд узлов и деталей автомобиля уже существует «в металле». Разработка каждого узла ведётся с расчётом на срок бесперебойной службы в 100 лет (примерно на столько должно хватить одной заправки торием). Только вот покрышки придётся менять раз в несколько лет. Это связано с оригинальным техническим решением, использованным при разработке колёс. Каждое «колесо» состоит из 6 отдельных тонких дисков, сидящих на одной оси. Каждый диск оснащён собственным индукционным двигателем; таким образом, Thorium приводится в движение 24 мотор-колёсами.
Сложно сказать, построят ли инженеры Laser Power Systems свой автомобиль в полноразмерном варианте. Но если построят, у них будет шанс стать первыми в мире создателями атомного автомобиля.
управляемого термоядерного синтеза. Он будет заметно безопаснее и компактнее
Я бы не назвал строящийся ITER компактным.
Сижу читаю, с удовольствием разглядываю картинки и тут после Форда Сиэтл, фото ТЭС-3)) какой контраст))
_кому интерсно как выглядела часть «Памир-630Д»,но искать лень.
И каждый год уран будет дорожать
Был недавно пост про якутского учённого который может собрать портативный реактор но хочет сделать это именно на родине, а финансы на такие разработки готовы выделять только буржуи
Пчелы против меда. Автомобильные компании будут заниматься развитием проекта, который уничтожит автомобильные компании и не только. Фантастик.
«Торий купить дешево»
Одна только система охлаждения, требующая постоянного притока свежего теплоносителя, занимает столько места, что полезное пространство атомного автомобиля сводится к нулю.
Ну ерунда же. Привычные радиаторы и вентиляторы под капотом прекрасно отводят десятки и сотни киловатт. У Бугатти Вейрон нет свободного пространства?
Быстродействующие модули памяти для оптических компьютеров будущего
Эффект, благодаря которому возможна запись информации в кремниевом кольцевом микрорезонаторе с помощью импульсов света разной интенсивности, впервые описан учеными ЛЭТИ. Он открывает большие возможности по созданию быстродействующих модулей памяти для оптических компьютеров будущего.
Современные электронные вычислительные машины подходят к пределу своих возможностей по соотношению производительности к энергозатратам. Поэтому научные группы по всему миру разрабатывают логические интегральные схемы на альтернативных принципах, которые будут более компактными, энергоэффективными и быстродействующими. Один из видов таких схем — фотонная интегральная схема, в которой передача, хранение и обработка информации производится с помощью света.
«Мы впервые показали, что в миниатюрных кремниевых кольцевых микрорезонаторах (диаметр около 0,2 миллиметра), существуют стабильные нелинейные эффекты, которые позволяют записывать данные с помощью оптических импульсов. Это стало возможно благодаря существующему в данной структуре эффекту бистабильности», – поясняет доцент кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Никитин.
Кремниевые кольцевые микрорезонаторы выполнены по широко распространенной технологии изготовления компонентов для полупроводниковых приборов – кремний на изоляторе. Для переключения выходного состояния используются оптические импульсы различной интенсивности: низкая кодирует «0», высокая – «1». Таким образом записывается информация. Результаты экспериментов, изложенные в статье в научном журнале Optics Communications, показали, что система может находиться в таком состоянии до следующего информационного сигнала.
«Получается очень простой принцип работы, при этом без использования классической электроники. В дальнейшем, мы планируем использовать этот принцип для создания оптической ячейки памяти. Совокупность таких ячеек является основой для создания быстродействующих оптических запоминающих устройств. Понимание таких нелинейных эффектов – это важный шаг в направлении создания фотонных интегральных схем», – поясняет Андрей Никитин.
Проект находится в русле многолетних работ, проводимых на кафедре физической электроники и технологии по исследованию новых физических эффектов в твердом теле, имеющих большие перспективы для создания устройств хранения и обработки информации. В частности, в 2020 году ЛЭТИ получил мегагрант Правительства Российской Федерации на проведение разработок в области резервуарных вычислений на принципах магноники.
В мозговых волнах ученые видят, как нейроны манипулируют возможным будущим
Столкнувшись с решением, мозг взвешивает свои возможности, объединяя их в быстро чередующиеся циклы мозговых волн.
Когда мозг рассматривает несколько направлений действий, он может представлять их как быстро чередующиеся сигналы, которые соответствуют отдельным циклам определенных мозговых волн. Этот процесс упаковывает сценарии вместе, но также сохраняет их раздельными.
Все мы постоянно сталкиваемся с сознательным и бессознательным выбором. Не только о том, что надеть, что поесть или как провести выходные, но и о том, какую руку использовать, когда берете карандаш. Чтобы принимать даже тривиальные решения, наш мозг просеивает кучу «что если» и взвешивает гипотетические данные.
Группа, возглавляемая нейробиологом Лореном Фрэнком из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, исследовала активность клеток в гиппокампе, области мозга в форме морского конька, которая, как известно, играет важную роль как в навигации, так и в хранении и извлечении воспоминаний. Они уделили особое внимание нейронам, которые называются «GPS мозга», потому что они мысленно отображают местоположение животного, когда оно движется в пространстве.
Было показано, что клетки очень быстро запускаются в определенных последовательностях, когда животное перемещается в окружающей среде. Эти паттерны нейронной активности, называемые тета-циклами, повторяются у крыс примерно восемь раз в секунду и представляют собой постоянно обновляемую виртуальную траекторию для животных.
Но, как теперь выяснили Фрэнк и его команда, когда животное собирается действовать, нейронная активность, связанная с тэта-циклами, перебрасывается между различными возможными путями будущего – не только для предсказания того, что должно произойти, но и как своего рода скоростного теста предстоящих действий.
Когда Фрэнк и его коллеги еще более внимательно изучили нейронную активность во время тета-ритмов, они обнаружили, что первая часть каждого цикла соответствовала тому, где в настоящее время находилась крыса, а вторая часть показывала левую или правую альтернативу. Весь шаблон выглядел примерно так: текущее местоположение, вариант идти налево, текущее местоположение, вариант идти вправо и повторить.
Больше околонаучного на канале у нас https://t.me/everScience.
Грандиозные планы Китая по освоению космоса
Амбициозные планы властей Китая направлены на многие сферы, среди которых не самое последнее место занимает изучение космического пространства. В ближайшие 30 лет будет запущено несколько крупных проектов, направленных на развитие космической отрасли.
О том, что китайское правительство настроено серьезно, говорит и тот факт, что только лишь на реализацию проектов по изучению возможности размещения больших структур на орбите и их особенностей в технической части, будет выделено более двух миллионов долларов. В идеале китайцы хотят добиться того, чтобы на орбите появились различные крупные объекты, делающие жизнь и работу исследователей космоса более удобной, оперативной и комфортной. Речь идет как о солнечной электростанции, так и заправках, комплексах для туристов и даже предприятиях по добыче горных пород.
Первой ласточкой космического китайского прорыва должна стать электростанция, питающаяся энергией Солнца. Если проект удастся реализовать, то к 2050 году Китай будет использовать в бытовых и промышленных целях солнечную энергию, передаваемую через станцию на орбите на земную станцию. Сейчас специалисты отдельного исследовательского центра изучают возможности передачи солнечной энергии и разрабатывают мегамощную установку, которая и станет основным устройством передачи.
Не менее важной задачей является и создание орбитального телескопа, который благодаря апертуре в десять метров сможет получать более точную информацию о космическом пространстве и различных объектах. По своим характеристикам китайский телескоп должен превзойти даже популярный космический телескоп Джеймса Уэбба, с помощью которого исследуют спутники планет и экзопланеты, удаленные от Земли на несколько сотен световых лет.
Как предполагают эксперты, для основы расширения космической станции на орбите будут использовать имеющиеся ресурсы, то есть станцию «Тяньгун», которую вполне возможно увеличить за счет новых модулей и телескопов. Впрочем, часть экспертов уверена, что амбициозность китайских властей толкнет их на более затратный и прогрессивный вариант – новую орбитальную платформу. Перед разработчиками проектов стоит вполне конкретная задача – минимизировать вес космических кораблей, сделать модули космических станций максимально эффективными при минимальных затратах.
По словам специалистов Национального фонда естественных наук Китая, сейчас настали времена, когда нужно четко понимать, что для успешной реализации проектов по изучению космоса нужны новое производство, универсальный подход, аппараты нового поколения, отвечающие современным требованиям. Все это позволит создавать оригинальную космическую инфраструктуру, делать исследовательскую сферу более надежной и удобной для специалистов. А развитие в техническом плане позволит уже решать вопрос не только о размещении исследовательских крупных объектов на орбите, но и о создании туристических комплексов, объектов производства и добычи полезных веществ, горных пород и т.д.
Старение и бессмертие: взгляд биолога
Данная заметка написана по просьбе комментатора.
Когда я обучался в магистратуре, нам читал лекции профессор Валерий Степанович Тырнов, исследователь старения. Натура увлечённая, он рассказывал немало удивительного. Например, о том, что обнаружил на сыре штамм плесени, способный расти при отрицательных температурах, который содержит в морозилке, несмотря на протест жены. Профессор надеялся принять с этим штаммом участие в экспериментах, изучающих возможности терраформирования Марса. Ещё он рассуждал о внедрении в геном человека генов, отвечающих за фотосинтез, с целью получения «зелёных человечков», питающихся солнечным светом. Когда я сдавал экзамен профессору, у него уже отказывало зрение. В следующем семестре Валерий Степанович умер. Он пытался успеть победить старение, но не успел. Рассуждая вслух, Валерий Степанович говорил, что первый заметный признак старения у человека проявляется очень рано, зачастую – в подростковом возрасте. Это – кариес постоянных зубов.
Говоря о старении и естественной смерти, мы имеем в виду, прежде всего, многоклеточных животных. Среди одноклеточных и растений явления старения и смерти весьма размыты. Да, согласно новым научным данным, существует т.н. клональное старение штаммов микроорганизмов: для одних существует ограниченное количество делений митозом (бесполое размножение), для других биологические часы обнуляются лишь в одной из разделившихся половинок. Это т.н. репликативное старение. Многие исследователи говорят о хронологическом старении самих клеток простейших организмов. Но это лишь с одной стороны. С другой стороны, теоретически бессмертны растения, размножающиеся вегетативно. Кто может сказать, сколько лет существует традесканция, высаженная в горшок черенком, отделённым от традесканции из другого дома, и та, в свою очередь, когда-то была черенком… Это всё один и тот же геном, один и тот же индивидуум, с генетической точки зрения. В центре пустыни Мохаве произрастает King Clone – клональная колония креозотового куста (Larrea tridentata), возраст которой оценивается в 11700 лет.
Наблюдения за гигантскими груперами (Epinephelus lanceolatus), длиной 2,5 м. и весом до 400 кг. (живут 100-120 лет) показали, что старые особи проигрывают конкуренцию молодым. Они менее поворотливы из-за огромных размеров, зачастую не имеют возможности спрятаться в пещеру. Но они не стареют. Они по-прежнему отлично видят малейшее шевеление усика креветки из-под дальнего камня. Они просто перерастают свою экологическую нишу.
Максимальная продолжительность жизни человека – 120 лет.
Теперь попробуем классифицировать современные теории старения. Во-первых, следует выделить 2 большие группы эволюционных теорий старения.
Весьма популярны ныне теории, связанные с т.н. лимитом (пределом) Хейфлика. Такова теломерная теория Оловникова. В соматических клетках с диплоидным набором хромосом размеры теломер (участков ДНК на концах хромосом) с каждым делением клетки сокращаются, по причине отсутствия фермента теломеразы в клетке. Когда теломеры станут достаточно коротки, ДНК-полимераза потеряет способность реплицировать концы молекулы ДНК. Включается процесс апоптоза – запрограммированного саморазрушения клетки. Так, предельное число делений для клеток человеческого организма – 52 деления.
Клетки, в которых функционирует теломераза – бессмертны. Таковыми являются половые и раковые клетки. Полагается, что теломераза исчезла в соматических клетках не случайно, а для подавления опухолеобразования.
Линия клеток HeLa из раковой опухоли шейки матки пациентки по имени Генриетта Лакс, умершей в 1951 г, считается бессмертной. В декабре 1960 года клетки HeLa первыми полетели в советском спутнике. В 1968 г. на борту советского космического аппарата «Зонд-5» они облетели вокруг Луны. Эти клетки эволюционировали за прошедшие годы. Иногда они способны заражать культуры других клеток. Лен Ван Вален описал эти клетки как новый вид организмов – Helacyton gartleri, впрочем, обычно биологи не относятся к последнему всерьёз.
Рассмотрим теперь теории, рассматривающие старение как следствие повреждения клеток. Это вторая группа теорий старения.
Действительно: в мире стареет всё. Изнашивается ботинок, точит вода камень, солнца превращаются в красные гиганты… Эта группа теорий старения рассматривает старение как результат отсутствия программы репарации и способна вызвать некоторый психологический дискомфорт. Ведь написать программу это совсем не то, что просто её удалить, не так ли?
Рассмотрим одну из таких теорий, т.н. теорию накопления мутаций. Согласно этой теории, предложенной Питером Медаваром в 1952 году, естественный отбор препятствует накоплению вредных мутаций, проявляющихся до возраста, достижение которого необходимо организму для реализации репродуктивных функций. Далее действие естественного отбора ослабевает, и накопившиеся вредные мутации, проявляющиеся после прохождения организмом репродуктивного цикла, обеспечивают феноменологию старения. Очевидно, что домовой мыши с быстрым метаболизмом, маленьким тельцем и быстрым репродуктивным циклом, долгая жизнь ни к чему, другое дело – огромный слон, которому необходимо выносить слонёнка. Не отвергая ценного наблюдения о существовании некоторой корреляции между длиной репродуктивного цикла и продолжительностью жизни, отметим, что на настоящий момент теория накопления мутаций остаётся гипотезой.
Гораздо ближе автору этих строк т.н. теория одноразовой сомы. Согласно этой теории, в процессе эволюции стоял вопрос об ограниченности ресурсов. Ресурсы могли быть потрачены на репарацию, а могли быть потрачены на другие функции. В итоге они были потрачены на репарацию (восстановление) ровно на столько, сколько необходимо для реализации репродуктивного цикла. Поскольку жизнь это эволюция нуклеиновых кислот… И природа любит оптимизацию: у полихет – множество параподий, у их потомков членистоногих число ног с повышением уровня организации сокращается. У речного рака 5 пар ходильных ног, у паука – 4, у насекомых – 3, а клопу водомерке для прыжков по воде достаточно 2 пары, 3-я пара передних лапок – специализирована. В целом, данный взгляд на эволюцию старения разделяется основной частью биологического сообщества.
Однако, эволюционные теории старения рассматривают этот процесс в самых общих чертах. Отдельной категорией следует отметить теории старения, рассматривающие конкретные механизмы старения. Одну такую теорию (связанную с пределом Хейфлика) мы уже рассмотрели. Другая подобная теория – свободнорадикальная теория старения. Она утверждает, что старение происходит из-за накопления в клетках повреждений, нанесённых свободными радикалами с течением времени. Свободными радикалами называются молекулы или атомы, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешнем электронном уровне. Очевидно, что в основе этой теории во многом лежит эмпирическое наблюдение: животные с интенсивным метаболизмом живут меньше, чем животные с медленным метаболизмом. Сравните землеройку и черепаху. Одна из модификаций свободнорадикальной теории – митохондриальная теория старения, отводящая ключевую роль в процессе таким органоидам клетки, как митохондрии. Вряд ли свободные радикалы являются единственной причиной старения, однако, не следует забывать, что данный подход предполагает возможность увеличения продолжительности жизни при соблюдении определённой диеты (низкокалорийной) и регулярных занятиях спортом.
Автор этих строк придерживается взгляда, что старение связано с множеством механизмов. По аналогии с ботинком: он стирается, и одновременно у него может отклеиваться подошва. Это т.н. системный подход к старению, разделяемый большинством биологов.
Человек мечтает о вечной молодости и бессмертии с тех пор, как осознал себя смертным. Николай Фёдоров, предтеча и вдохновитель Циолковского, мечтал о воскрешении в будущем всех, когда-либо живших, силами науки. Эта идея не так утопична, как может показаться на первый взгляд, если учесть, что человеческий разум трансформирует в природе всё, с чем не может смириться. Люди не могли смириться с тем, что не способны летать, и, в конце концов, создали летательные аппараты. Может ли человек смириться со смертью близких? Нет.
Однако, сейчас нас интересует лишь остановка старения: существует ли в природе радикальный механизм омоложения? Доктор биологических наук Николай Мушкамбаров считает, что таким механизмом является мейоз – процесс образования половых клеток, известный каждому из школьных учебников биологии.
И вот тут нам придётся вступить в область научной фантастики.
Механизм обнуления биологических часов существует, и этот механизм воспроизводится в процессе полового размножения. Однако, обновлённый организм отличается от исходных родительских, но главное – занимает отдельное, искривлённое по Вернадскому, пространство. Даже если мы говорим об эмбрионе в теле матери. Доктор Мушкамбаров рассуждает о возможности запустить необходимые для обновления процессы мейоза в соматических клетках, нужно только полностью определить гены, ответственные за разные аспекты мейоза. Конечно, Мушкамбаров, оговаривается, что пока речь идёт о фантастическом проекте.
Однажды я беседовал обо всём этом со специалистом по старению (на тот момент – кандидат наук, преподаватель МГУ). Он отвечал, что его мысли движутся в том же направлении.
Тут возникнет множество этических противоречий. Подобная власть над биологической природой означает утрату смысла не только для таких понятий как возраст, пол, раса, внешний облик (всё это окажется легко трансформируемым в течение жизни), но и для привычных нам всем свойств человеческого организма (вспомните зелёных человечков профессора Тырнова, или человека-амфибию Беляева). Да, это философия трансгуманизма. Не цифровой трансгуманизм (киборгизация или оцифровывание человека, что мне неприятно), но биологический. Однако, прежде чем пугаться, задумайтесь над тем, что трансгуманистические преобразования начинаются ещё тогда, когда первобытный человек впервые применил зубный протез. Вопрос лишь в мере…
Вдумайтесь, как мало живёт человек. Если вы увлекаетесь историей, палеонтологией, фантастикой, следите за политическими событиями, вам должно быть знакомо это чувство: вы никогда не узнаете, что будет через двести, тысячу лет… Не увидите смены формаций, не увидите новой, посткайнозойской эры… Не узнаете, есть ли жизнь в пределах иных звёздных систем. При том, что можете свободно перемещаться в воображении сквозь тысячелетия и эоны в прошлое. Доживём ли? Я считаю, что шанс дожить до ощутимого продления срока жизни у нас есть, а там глядишь, и. Конечно, увеличение численности населения предполагает освоение дальнего космоса.
Фридрих Энгельс полагал свободу осознанной необходимостью и говорил о скачке из царства необходимости в царство свободы. Именно о таком прыжке в царство биологической свободы, при условии познания биологических необходимостей, идёт речь. Ещё буддистские философы мечтали остановить колесо Сансары, бесконечный круговорот рождений, страданий и смертей. Жизнь в древней Индии была настолько тяжела, что эта остановка мнилась мрачным для современного человека способом: уходом в абсолютное небытиё. Когда я однажды впервые воспроизвёл биуретовую реакцию на белок в лаборатории, то вдруг осознал, что в этом и заключается конечный смысл науки биологии: остановить колесо, и каждая установленная учёными реакция, позволяющая идентифицировать те, или иные биологические молекулы, подобная этой, окрашивающей содержимое пробирки в лиловый цвет, каждая новая формула, приближает человечество к этому часу. Майский ветер с запахом пыльцы врывался в раскрытое окно, хотел бы я вновь пережить эту гамму чувств…
В заключение отмечу вот что. Рыночная экономика не заинтересована в индивидуальной эволюции и бессмертии каждого. Подобно тому, как биологическая эволюция заинтересована лишь в продлении рода, она заинтересована в умножении прибыли. Подумайте об этом.
