Игры в имитацию: зачем ученые создают ураганы и разрушают все вокруг

Падение метеоритов на Землю, ураганы невиданной силы и наводнения, сметающие все на своем пути, – все эти страшные природные катаклизмы, их последствия, а главное – возможность предотвращения ученые изучают с помощью специальных программ и аппаратуры, имитирующих настоящие процессы. Как имитация полета на Луну поможет лучше подготовиться к настоящей межпланетной миссии? Для чего исследователи моделируют ураганы и разрушают все вокруг? И как потеющий робот поможет справиться с глобальным потеплением? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Симулятор падения астероидов

Ежегодно на Землю обрушивается до 16 тонн метеоритов. Недавно удалось снять кадры падения небольшого небесного тела в Австралии. К счастью, оно пронеслось вдали от жилых домов. А что будет, если прилетит не маленький камень, а уже крупный астероид размером с Эйфелеву башню? Веб-симулятор падения астероидов создал программист из Нью-Йорка.

"В симуляторе можно задать массу, скорость и угол падения астероида, а затем сбросить его в любую точку планеты. Программа рассчитает, сколько человек погибнут в катастрофе и какого масштаба стихийные бедствия охватят Землю", – объяснил научный обозреватель Саймон Уистлер.

Например, если астероид диаметром 500 метров рухнет на центр Нью-Йорка, в кратере погибнут около 40 тысяч человек. От ударной волны, пожаров, землетрясений и цунами исчезнут еще свыше 5 миллионов людей.

Имитация полета на Луну

Имитация полета на Луну – международный эксперимент под названием "Сириус". Его проводят в Москве. Шестерых мужчин и женщин заперли в ограниченном пространстве на год. По замыслу, экипаж должен условно долететь до Луны, высадиться и обустроиться на ней, а затем вернуться домой.

"Мы находимся в центре управления полетами. Именно сюда выходит вся основная информация из изоляционного комплекса. Можно посмотреть на камеры и отслеживать все, что делает в настоящую минуту экипаж", – рассказала в эксклюзивном интервью РЕН ТВ координатор научной программы, заместитель главного врача проекта "Сириус" Стефания Федяй.

Ученые подготовили экспериментальным космонавтам три десятка испытаний – нештатные ситуации на борту и психологические ловушки. Чтобы все выглядело по-настоящему, задействуют роботов и технологию виртуальной реальности. Результаты имитации будут использовать при планировании реальной межпланетной миссии.

"Так как, к сожалению, мы не можем смоделировать отсутствие гравитации, то наши эффекты затрагивают автономность функционирования, создание специально определенной внутренней среды, как физической, так и психологической, внутри экипажа. Сейчас мы находимся на стадии планирования межпланетных полетов. И еще не совсем понятно, в каком составе они будут проходить, как долго они будут длиться. Соответственно, чем больше различных моделей сценариев мы сможем отработать, тем лучше", – пояснила Федяй.

Имитация сильнейших ураганов

В 2005 году ураган "Катрина" в США унес несколько сотен жизней. Исследователи Университета Флориды решили воспроизвести ветер такой же силы. Из 12 огромных вентиляторов ученые собрали так называемую "Стену ветра". Она разгоняет потоки воздуха до 72 метров в секунду – как раз скорость "Катрины". Исследователи имитируют ураганы и разрушают все вокруг, чтобы понять, как строить по-настоящему крепкие дома.

"Стена ветра" работает на двух электродвигателях, каждый мощностью по 500 лошадиных сил. В раму установки мы вмонтировали систему впрыска воды для имитации сильного горизонтального ливня. Результаты экспериментов показали, что основной удар урагана приходится на крышу дома, даже если она усилена металлическими конструкциями. Соответственно именно кровля нуждается в дополнительном укреплении", – отметил директор лаборатории исследований в области ветротехники Международного университета Флориды Ариндам Ган Чоудхури.

Правда, дом может рухнуть не только от ураганного ветра. Другие нагрузки на здания имитируют уже с помощью аэродинамической трубы. В установке тестируют копии будущих высоток. Три сотни вентиляторов создают резкие порывы ветра, а подвижные элементы в полу меняют рельеф как при землетрясении. Такая имитация помогает еще на этапе проекта сделать дом устойчивее.

"Нам необходимо знать, как именно нагрузка повлияла на армированную стену. Появились ли на поверхностном слое микротрещины или мельчайшие сдвиги. Это мы определяем с помощью лазерных датчиков дистанционного зондирования. Каждый из них в режиме реального времени фиксирует состояние одной из тысяч точек", – уточнил профессор кафедры гражданского строительства Университета Флориды Трей Гамильтон.

Испытания мебели на прочность

Испытания на прочность нужны не только высоткам, но и диванам. Уже существует машина, имитирующая человека, который раз за разом падает на софу и ерзает по обивке. Внутри прибора находится диск, покрытый грубым хлопковым сукном. Механизм крутится и трет туго натянутый кусок ткани.

"Такая технология называется "тест Визенбека". Во время испытаний мы постоянно проверяем ткань на износ. Тест заканчивается тогда, когда на образце появляются повреждения. Для гладких тканей – это три рваные нити. Для ворсовых – видимые нарушения структуры", – объяснил директор текстильной компании Роберт Уайли.

Если ткань выдерживает до 8 тысяч оборотов, значит, она подходит для домашних кресел. Чтобы мебель можно было поставить в кафе или поликлинике, образец должен стерпеть не меньше 90 тысяч трений.

Имитация морского течения

В Италии построили огромный бассейн, который имитирует море, – все для того, чтобы тестировать корабли на прочность. В ангаре исследователи могут устроить 12-балльный шторм, водоворот и даже смоделировать жесткую посадку самолета на воду. По искусственному морю модели кораблей разгоняют с помощью специальных установок. Тем временем другие механизмы под водой имитируют течение, волны и другие гидродинамические характеристики. Каждое движение судна фиксируют датчики.

"Мы тестируем маневренность корабля в разных обстоятельствах, автоматизацию надводных беспилотников, влияние состава воды на лопасти винтов, эффективность двигателей в особо суровых условиях. Экспериментируя, мы улучшаем характеристики кораблей, испытываем прототипы новой военно-морской техники", – объяснил инженер компании – разработчика симулятора для испытания кораблей Абеле Бруно.

Имитация процесса потоотделения

Имитация может спасти людей даже от глобального потепления, а точнее, помочь выжить в жару благодаря термостойкой одежде. Энди – первый в мире потеющий робот. Именно на нем американские разработчики планируют тестировать новую устойчивую к жаре одежду.

Но сначала исследователи решили изучить, как высокие температуры влияют на организм человека. Как только градусник показывает больше плюс 40, Энди выводят на прогулку.

"Робот имеет внутреннюю систему охлаждения и поры, позволяющие ему дышать, потеть и дрожать. Кожа андроида состоит из эпоксидной смолы и углеродного волокна. Под покровами расположена сеть из 35 датчиков. Они оценивают интенсивность тепла и заставляют манекен имитировать реакцию живого организма на жару. Как и у человека, у андроида больше всего потеет спина", – рассказал профессор кафедры машиностроения Государственного университета Аризоны Конрад Рыкачевски.

Если сбудутся прогнозы футурологов и Земля погрузится в аномальную жару, то потеющий Энди положит начало моде будущего.

Имитация черной дыры для путешествий во времени

Сила притяжения черной дыры настолько огромна, что она может втягивать в себя и не выпускать обратно даже свет. А чем больше гравитация, тем медленнее течет время. Значит, теоретически с помощью черной дыры можно путешествовать в будущее. Звучит невероятно, но такой портал уже создают израильские ученые.

"Мы создали черную дыру из восьми тысяч атомов газообразного рубидия. Его атомы способны перемещаться быстрее скорости звука. Световые волны, которые поглощает настоящая черная дыра, мы заменили звуковыми волнами. Мы наблюдали за эволюцией аналога, воссоздавая его снова и снова 124 дня подряд.

В итоге нам удалось экспериментально подтвердить теорию Стивена Хокинга: несмотря на то что ничего не может вырваться за пределы черной дыры, она сама спонтанно выпускает наружу свет", – поделился результатами эксперимента профессор астрофизики Израильского технологического института Технион Джефф Штайнхауэр.

Теперь физики предполагают, что объект, который окажется в определенной области черной дыры, сможет попасть в другую вселенную. И если это когда-нибудь удастся доказать или хотя бы сымитировать, то человечество станет на шаг ближе к путешествиям во времени.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.