1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

Наука и техника

Границы видимые и невидимые

21.04.2008

На первый взгляд может показаться, что процесс европейской интеграции уже давно охватил все сферы жизни – будь то бизнес или туризм, образование или культура. У большинства стран объединённой Европы общая валюта, границы между ними существуют разве что на бумаге. Однако воздушное пространство над континентом по-прежнему является национальной вотчиной каждого отдельного государства, и попытки Евросоюза унифицировать и объединить его пока не дали ощутимого результата. Международные авиарейсы выполняются по маршрутам, весьма значительно отклоняющимся от кратчайших путей из точки А в точку В. Правда, если обстановка в небе позволяет, авиадиспетчер может разрешить пилоту спрямить маршрут: пассажирам это экономит время, перевозчику – деньги, а кроме того, уменьшает вред, наносимый окружающей среде. Но только все эти изменения маршрута доводятся до сведения соседней страны не автоматически в цифровом виде, как можно было бы ожидать в эпоху высокоразвитых компьютерных технологий, а по старинке, – поясняет Аксель Рааб (Axel Raab), глава пресс-службы Немецкого ведомства по обеспечению безопасности полётов. Иными словами, авиадиспетчер хватается за телефонную трубку:

Соседнюю страну необходимо проинформировать о том, что самолёт следует не стандартным маршрутом, а находится, скажем, на 10 или 20 километров южнее или севернее и, кроме того, опережает график на 3 минуты. Все эти данные авиадиспетчер вынужден сообщать своему иностранному коллеге по телефону. Естественно, это тормозит всю работу. Такая координация очень трудоёмка, она отнимает у авиадиспетчера уйму времени, которое он мог бы потратить на другие вещи. В конечном счёте, это снижает эффективность работы.

Внутри каждой из стран Евросоюза данные об изменении маршрутов полётов передаются автоматически в цифровом виде. Так в чём же проблема? В том, – говорит Патрик Кай (Patrick Ky), сотрудник директората Еврокомиссии по проблемам транспорта и энергетики, – что каждая из 27-ми стран использует свою систему обеспечения безопасности полётов. Эти системы несовместимы между собой и не позволяют обмениваться данными в автоматическом режиме:

Согласно прогнозам, в ближайшие 20 лет объём гражданских авиаперевозок возрастёт втрое. Те технологии и то оборудование, что используются сегодня для наблюдения за воздушным пространством, со столь интенсивными авиатранспортными потоками не справятся. Основы нынешних технологий были разработаны ещё в 50-60-е годы. Структура и организация авиадиспетчерских служб практически не претерпели за последние 20 лет никаких изменений.

Поэтому Евросоюз намерен кардинально модернизировать и унифицировать всю систему контроля воздушного пространства. На реализацию проекта, именуемого «Single European Sky», то есть «Единое европейское небо», потребуется до 2020-го года 7 миллиардов евро. Значительная часть этих средств пойдёт на разработку инновационных технологий, которые позволят, наконец, пилотам и диспетчерам беспрепятственно обмениваться данными «поверх государственных границ», – говорит профессор Хартмут Фрике (Hartmut Fricke), директор Института гражданской авиации и логистики Дрезденского технического университета:

Техника, которая должна теперь прийти на смену нынешней, призвана, прежде всего, упростить и усовершенствовать перспективное планирование воздушных маршрутов. Это, в свою очередь, позволит каждому авиаперевозчику заметно повысить точность соблюдения расписания, а значит – качество предлагаемых услуг.

В частности, предстоит разработать и согласовать стандарт, регламентирующий перманентный ввод всей необходимой информации в единую европейскую сеть наблюдения за воздушным пространством, своего рода авиационный Интернет. Эта информация должна поступать от каждого борта перед полётом и во время полёта, чтобы любой авиадиспетчер Евросоюза мог в любой момент узнать, где какой самолёт находится, когда и где он совершит посадку или где он опасно сближается с другим бортом.

Впрочем, помимо устаревшего и разномастного, несовместимого оборудования, немалый экономический и экологический ущерб наносит Европе сама структура её воздушного пространства. Расчёты, выполненные по заказу Еврокомиссии, показали, что более рациональная организация воздушных перевозок позволит ежегодно экономить по 2 миллиарда евро. Так, вместо существующих сегодня 50-ти станций контроля воздушного движения в Европе вполне хватило бы 10-ти. А то, что каждая страна по собственному разумению распоряжается своим воздушным пространством, привело к тому, что маршруты международных авиарейсов оказались отнюдь не самыми простыми и короткими. Аксель Рааб говорит:

Особенно это заметно, например, когда летишь на Мальорку через Францию. Там прямо по курсу есть несколько крупных закрытых военных зон, и их все приходится огибать. Но если бы мы могли распоряжаться воздушным пространством над всей Европой, нам, скорее всего, удалось бы изрядно оптимизировать маршрутную сетку и во многих случаях проложить маршруты по прямой.

Пока же в Европе доминируют маршруты «по кривой», что приводит к частым задержкам рейсов и прочим нарушениям расписания, а также к значительному перерасходу топлива, что обходится авиакомпаниям в 1,4 миллиарда евро в год. В атмосферу выбрасывается почти 5 миллионов тонн «лишнего» углекислого газа. Но сдвинуть дело с мёртвой точки очень трудно: мешают национальные амбиции. Долгое время каждая страна упорно пыталась сохранить за собой контроль над своим воздушным пространством, и лишь недавно появились первые основания для осторожного оптимизма: Германия, Франция, Бельгия, Нидерланды, Люксембург и Швейцария вроде бы постепенно находят общий язык. Что же касается технической реализации проекта, то и здесь намечается что-то конкретное: образование консорциума, состоящего из Еврокомиссия и ряда промышленных компаний. Правда, эта та же самая бизнес-схема, которая едва не похоронила проект по развёртыванию европейской радионавигационной спутниковой системы «Галилео»: когда выяснилось, что проект обходится дороже, чем изначально планировалось, промышленные компании отказалась от его реализации и дружно покинули консорциум.

Но если Европа ещё борется за ликвидацию последних – воздушных – границ, то в США границы между штатами уже давно существуют практически только на карте, а в реальной жизни проявляются разве что во время выборов. Однако недавно немецкие исследователи обнаружили на территории этой страны границы, о существовании которых никто и не подозревал. Профессор Дирк Брокман (Dirk Brockmann), физик Института динамики и самоорганизации Общества Макса Планка в Гёттингене, решил выяснить, существуют ли в США барьеры, препятствующие свободному передвижению жителей страны по её территории. Казалось бы, густая сеть скоростных автотрасс в США и наличие аэропорта в каждом мало-мальски уважающем себя городке делают крайне маловероятным существование таких барьеров. Однако профессор Брокман подошёл к решению задачи нетривиально и получил неожиданный результат:

По сути дела, следовало бы учесть и собрать в одну гигантскую базу данных все имеющиеся в стране пассажирские транспортные сети, то есть и воздушные перевозки, и автомобильный транспорт, и железную дорогу, и маломерные речные суда, и так далее. Но обсчитать такую колоссальную массу информации очень трудно, практически невозможно. Поэтому мы решили получить те же результаты косвенным путём, а именно – проанализировать пути перемещения денег. Ведь они отражают, как бы включают в себя все виды пассажирских перевозок.

В США проследить путь денежных банкнот очень просто, поскольку здесь уже давно неизменной популярностью пользуется интернетная игра под названием «Where’s George» – «Где Джордж» (www.wheresgeorge.com). Имеется в виду Джордж Вашингтон, изображённый на банкноте достоинством в 1 доллар. Участники игры регулярно посещают соответствующий сайт и вносят номера имеющихся у них банкнот в непрерывно растущую базу данных, что позволяет отслеживать оборот бумажных денег. Здесь любой одержимый любопытством желающий имеет возможность узнать, где и когда успела побывать та купюра, которую он теперь держит в руках, или проследить её дальнейший путь после того, как он с ней расстанется. Дирк Брокман поясняет:

Сайт «Where's Georg.com» существует уже около 10-ти лет. На сегодняшний день там зарегистрировано 100 миллионов банкнот. Примерно 10 миллионов из них всплыли повторно. Иными словами, в нашем распоряжении оказалось 10 миллионов денежных перемещений. Это огромная база данных. И на её основе мы и составили наши карты.

Результатом этой подвижнической работы стали подробные карты транспортных сетей США, из которых явствует, в каких регионах пассажиропотоки наиболее интенсивны, а в каких регионах они незначительны или даже вовсе отсутствуют. То, что на этих картах отчётливо проступили границы, совпадающие с географическими преградами на транспортных путях, такими как Миссисипи или Аппалачи, не вызывает удивления. Неожиданным оказалось другое:

Нас изрядно удивило то, что многие из наиболее ярко выраженных границ, обнаруженных нами в этой транспортной сети, совершенно не совпадают с исторически сложившимися административными границами штатов. Более того, некоторые штаты оказались буквально рассечены надвое. Наглядным примером тут может служить Пенсильвания. Этот штат разделён на две части столь явно, что невольно напрашивается мысль, а не разумнее ли было иметь здесь вместо одного штата два...

Сходная картина наблюдается и в штате Арканзас. Однако объяснить появление столь явственных границ внутри некоторых штатов учёные пока не могут. В одном случае это может быть вызвано отсутствием очень нужной автотрассы, в другом случае причина может крыться в языковом барьере. Но это нисколько не мешает практическому применению полученных результатов. Так, карты Дирка Брокмана позволяют существенно уточнить компьютерные модели, на основе которых прогнозируется распространение инфекционных заболеваний вроде атипичной пневмонии:

Обычно для этого разрабатываются компьютерные модели, и они позволяют увидеть, как, скажем, волна эпидемии захлёстывает страну. Если знать, где пролегают эти наши границы, особенно если они оказываются в неожиданных местах, можно принять эффективные контрмеры местного характера и этим затормозить распространение заболевания.

Работа профессора Брокмана, возможно, прольёт свет и на загадку, давно мучающую североамериканских лингвистов: они не в состоянии объяснить весьма причудливое и, казалось бы, не поддающееся никакой логике распространение местных диалектов. Впрочем, аналогичные исследования гёттингенский учёный проводит и в Европе. Особенно его занимает всё ещё существующий водораздел между восточной и западной частями континента:

Может случиться, что наши работы дадут, скажем так, информацию, важную с политической точки зрения. Ведь наш эмпирический подход приводит к тем или иным результатам, но затем их надо как-то интерпретировать, и это может оказаться очень щекотливым делом.

А теперь – совсем другая тема. Хотя робототехника стремительно развивается и достигла за последние годы весьма значительных, порой сенсационных успехов, некоторые проблемы по-прежнему плохо поддаются решению. В частности, развивать приличную скорость самодвижущиеся роботы способны лишь на ровном и твёрдом грунте. Быстро перемещаться по сыпучему грунту они не могут. Да что там быстро перемещаться – сохранить бы устойчивость, не опрокинуться бы! Ясно, что это изрядно ограничивает сферу практического применения таких роботов – скажем, для освоения других планет в рамках космических экспедиций они не годятся. Поэтому инженеры и конструкторы разных стран упорно трудятся над решением этой проблемы. Дэниел Голдмен (Daniel Goldman), профессор Технического университета штата Джорджия в Атланте, надеется позаимствовать решение у живой природы. Снятые в его лаборатории фильмы порой напоминают некие анимационные комедии: то по осыпающемуся склону карабкается вверх, скатывается вниз и снова карабкается вверх краб, увешанный миниатюрными сенсорами и датчиками, то ящерица, только что бодро бежавшая по песку, вдруг тонет в нём по шею и начинает беспомощно барахтаться. Все эти эксперименты служат одной цели: понять механизмы, позволяющие некоторым животным быстро перемещаться по сыпучему грунту. Профессор Голдмен говорит:

Конечно, это выглядит необычно, но нередко это также порождает вопрос: а в чём тут, собственно, проблема? А она состоит в том, что физики до сих пор не в состоянии точно описать поведение сыпучих материалов – песка, гравия, снега и так далее. Скажем, вычислить, насколько глубоко мяч, упавший на кучу песка, погрузится в него, не так-то просто. Что уж тут говорить о гораздо более сложном распределении сил, например, при перемещении по песку робота или ящерицы.

Именно поэтому в лаборатории профессора Голдмена оборудована песчаная беговая дорожка длиной в метр, которую то и дело приходится преодолевать различным пресмыкающимся и членистоногим животным, приспособившимся к жизни на сыпучем грунте. Особенность лабораторной беговой дорожки в том, что снизу сквозь песок исследователи могут подавать воздух, меняя плотность песчаного покрытия в очень широких пределах. При этом высокоскоростная камера регистрирует, как подопытное животное справляется с изменившимися вдруг условиями:

Мы обнаружили, что животные с длинными пальцами на лапках лучше других приспосабливаются к ставшему вдруг более сыпучим грунту. Конечно, их бег тоже замедляется, но не так уж значительно. Похоже, длина пальцев важнее площади стопы. Это нас изрядно удивило. Ведь, по логике вещей, человек в огромных клоунских башмаках должен быстрее остальных передвигаться по сыпучему грунту. Но оказалось, что это не так.

Теперь профессор Голдмен намерен с помощью рентгеновской видеосъёмки проанализировать движение мышц, сухожилий и суставов в конечностях подопытных животных. Но главный объект будущих экспериментов – это «Sandbot», песчаный робот массой 2 килограмма с 6-ю серповидными ногами. Профессор Голдмен говорит:

Наша главная цель состоит в том, чтобы понять, что позволяет ящерице или крабу стремительно перемещаться по сыпучему грунту со скоростью до 1,5 метров в секунду. А робота мы используем как упрощённую физическую модель: его легко контролировать и по мере надобности перепрограммировать.

Первые успехи уже налицо: поначалу «Sandbot», развивающий на твёрдом грунте скорость бегущего трусцой человека, на песке вообще не мог сдвинуться с места, теперь же, благодаря несколько иной синхронизации конечностей, он достигает скорости в 30 сантиметров в секунду. Лиха беда начало.