sobota 7. ledna 2017

ČÍNA SE PROMĚŇUJE V KOSMICKOU VELMOC




Čína se proměňuje v kosmickou velmoc

Vlastní čínská kosmická stanice a program pilotovaného letu na Mars
Vypadá to tak, že před koncem tohoto desetiletí se lidstvo dostane tam, kde předtím nikdo nebyl - na odvrácenou stranu Měsíce. Tato navždy od nás odvrácená temná strana byla a je stále záhadou. Žádný člověkem vytvořený objekt se nikdy nedotkl jejího povrchu. Dostat se tam bude zázrakem techniky. To bude vyžadovat raketu, která váží stovky tun (bude muset urazit přes 402 000 km), přistávacího robota a bezpilotní lunární vozítko, které bude používat senzory kamery a infračervený spektrometr pro odhalení miliardy let starého tajemství z odvrácené části měsíční půdy. V takové misi by se také mohla prozkoumat měsíční zásoba helia-3, slibného materiálu pro energii získávanou jadernou fúzí. Národem, který zasadí na odvrácené straně Měsíce svoji hvězdnatou vlajku při této historické cestě bude Čínská lidová republika (ČLR).
Kosmický výzkum a vývoj ČLR postupuje kupředu mimořádně rychlým tempem. Kosmická loď “Shenzhou-11” vypuštěná 17. října se v listopadu se dvěma tchaikonauty (čínskými kosmonauty) na palubě vrátila na Zemi.
Mimo - Shenzhou-11.jpg
Raketa pro vypuštění kosmické lodi “Shenzhou-11”
Na začátku listopadu Čína vypustila úspěšně také raketu nového vzoru, která je největší na světě. ČLR se nepřipojila k programu Mezinárodní kosmické stanice s účastí Japonska, USA a dalších zemí. Usiluje o to, aby již k roku 2020 zahájila provoz vlastní kosmické stanice. Bude mít k tomu dostatečnou technologickou základnu a potřebné zkušenosti?
Dva měsíce po vypuštění lodi “Shenzhou-11” se s ní úspěšně spojil kosmický modul “Tiangong-2”. Dva kosmonauti byli ve vesmíru asi 30 dní a vrátili se na Zemi. Je to zatím nejdelší pobyt čínských kosmonautů ve vesmíru. Celkem se kosmických letů zúčastnilo již 14 čínských kosmonautů.
Mimo - Tiangong-2.jpg
Kosmický modul “Tiangong-2”
Rok 2016 se pro Čínu stal v kosmických aktivitách rokem překotného rozvoje. Podstatné je to, že se bouřlivě rozvíjí infrastruktura o kterou se další vývoj opírá. V červnu se uskutečnil úspěšný start ze čtvrtého raketodromu. Pro vypuštěnou raketu “Changzheng-4” bylo použito palivo na bázi kerosinu, které obsahuje jen malé množství škodlivin.
Raketa Changzheng-5” vypuštěná 3. listopadu je svými rozměry pouze o něco menší než americká raketa “Delta-IV Heavy”. Má průměr pět metrů a na oběžnou dráhu může vynést družici o hmotnosti 23 tuny. Má také schopnost doletět na Měsíc.
Mimo - Changzheng-5.jpg
Raketa “Changzheng-5”
Čínský kosmický vývoj začal v padesátých letech minulého století. V sedmdesátých letech se Čína stala pátou zemí, která vypustila svou družici. V roce 2003 byla třetí zemí, která poslala člověka do kosmu. Za posledních 20 let se Čína naučila vypouštět pilotované kosmické lodě, stykovat na oběžné dráze různé moduly a konstruovat kosmické výzkumné stanice.
V roce 2011 začala ČLR vypouštět rakety častěji než Spojené státy. Rok nato, v roce 2012, překročilo množství vypuštěných čínských družic ruské starty. V tom roce měla Čína v plánu 26 startů. V období do září již vypustila 14 družic. Tak se dostala na stejnou úroveň s USA (16 startů) a Ruskem (14 startů). Do roku 2015 vypustila Čína celkem 230 raket, z toho bylo 94,3% úspěšných. Tak se počtem startů Čína dostala na čtvrté místo. Z hlediska ukazatele úspěšnosti pak na druhé místo za Evropou.
Mimo - čínský kosmos (3).jpg
Start rakety v čínském kosmickém programu
Nabízí se otázka jak to, že čínský kosmický vývoj probíhá bez velkých chyb a selhání? Odpověď se skrývá v tom, že v podmínkách autoritárního řízení země komunistickou stranou jsou čínské vývojové kosmické programy neobyčejně efektivní. Za prvé čínský stát jasně vytyčuje dlouhodobé cíle. Vědecké organizace, které jsou pod přímou kontrolou vlády počítají s vysláním kosmonautů na Měsíc nejpozději k roku 2030 a na Mars k roku 2050. Kromě toho čínská společnost pro aerokosmickou vědu a techniku (CASC) předkládá každých pět let Státní radě ČLR program rozvoje infrastruktury do roku 2025.
Další příčinou čínského úspěchu je to že finance a personál zajišťuje armáda. Rozpočet na výrobu kosmické lodi je deset miliard juanů, na výrobu rakety pět miliard juanů. Z prvního pohledu se může zdát, že to není tak nákladné, je to však spojené i s dalšími vojenskými výdaji. Je možné říci, že výsledkem vývojových programů, které probíhaly s podporou státu a armády se Číně podařilo dosáhnout rovnováhy mezi výdaji a efektivností a, což je důležité, obejít se bez účasti dalších států.
Zvláštní pozornost si zaslouží projekt výzkumu Měsíce. Jak bylo zmíněno výše, do roku 2030 plánuje Čína vyslat na Měsíc své kosmonauty. V roce 2018 chce vypustit na Měsíc automatickou meziplanetární stanici “Chang'e-4” a ta má přistát na odvrácené straně přirozené družice Země.
Mimo - Chang.jpg
Automatická meziplanetární stanice Chang'e-4” pro přistání na odvrácené straně Měsíce
Dosud to neučinil nikdo. Má se pokusit přivézt z odvrácené strany Měsíce vzorky půdy. Pokud bude mít tento projekt úspěch, vytvoří se podmínky pro to, aby byl po 60 letech od programu “Apollo” člověk znovu na Měsíci. Aby dosáhla tohoto cíle, musí Čína dále zvyšovat přesnost své práce v kosmonautice a zdokonalovat i další oblasti. Bude-li ČLR používat kapalný vodík a další neškodlivé materiály jako raketové palivo, tak jak to dělají Japonsko, USA a evropské země, stanou se její technologie důvěryhodnějšími.
Při střízlivém pohledu, nehledě na značné tempo rozvoje, se technologie dosud podobné čínským ji dlouho běžně na Západě používají. Svým provedením jsou čínské rakety podobné ruským “Sojuzům”. Pokud jde o pilotovaný let na Měsíc, pak to USA vykonaly již před padesáti lety. U čínského letu bude ovšem podstatné přistání na odvrácené straně Měsíce a řešení problémů, které jsou s tím spojené. Zde jakákoli předchozí zkušenost a možnost se poučit neexistuje. Proto bude tato mise moci o vyspělosti čínské techniky a technologií toho dosti napovědět.
Přistání kosmonautů na Měsíci se ovšem netýká jev vstupu Číny do exkluzivního klubu dvou států. Pod tím je nutné vidět nový přístup k definování toho, co v 21. století znamená kosmos ekonomicky, vojensky i politicky. Kromě toho tam existují plány na velké a výkonné nosné rakety, kosmické stanice s lidskou posádkou, a jednu z největších světových sítí družic pro obrazové informace a navigaci. Zatímco USA, pokud jde o lety s lidskou osádkou takřka zůstaly stát na místě, i když to nemusí znamenat, že by je Čína předběhla.
Skutečné schopnosti Číny bude samozřejmě možné komplexně posoudit až podle toho, jak bude vlastními silami realizovat projekty v takových neprozkoumaných sférách jakými jsou výzkumy Marsu.
Stejně jako na kosmickém trhu USA, Čína spoléhá na aerokosmické společnosti propojené se státem a spolupracující s Národní kosmickou správou CNSA (China National Space Administration) pro zajišťování duálních funkcí podporujících její armádu. Je tam také společnost pro aerokosmickou vědu a technologie (Aerospace Science and Technology Corporation), která je primárním dodavatelem technologií pro budování kosmických lodí se svou dceřinou společností - Akademií pro technologie startovacích raket (Academy of Launch Vehicle Technology, která pomáhá projektovat státní rakety “Changzheng” v překladu Dlouhý pochod) a společnost vojensko-průmyslového komplexu (Aerospace Science and Industry Corporation), dodavatel obranných technologií, která vyvíjí a dodává výrobky, jako jsou například atomové hodiny navigačních družic.
Jaká se dá čekat blízká budoucnost čínských kosmických programů? Čínský program pilotovaných letů byl zatím převážně izolovaný. To se ale může v dohledné době změnit. Evropa již zahájila s Pekingem dialog o možnosti vysílat své kosmonauty na připravovanou čínskou vesmírnou stanici. Vysoký představitel Evropské vesmírné agentury (ESA) Thomas Reiter řekl zpravodajskému serveru BBC News, že se v Evropě intenzivně studují možnosti využití čínské vesmírné stanice.
Mimo - čínská orbitální stanice.jpg
Plánovaná čínská orbitální stanice (v uměleckém podání)
Nové lety raket s lidskou posádkou jsou přesvědčivou ukázkou sílící pozice Číny v kosmickém prostoru. Přicházejí navíc v době, kdy americký i ruský kosmický program brzdí omezování rozpočtu a přesuny priorit.
(Obrázky: Veřejně dostupné zdroje)


pátek 18. března 2016

MALÁ KOSMOLOGICKÁ HLÍDKA -- BÍLÉ DÍRY VE VESMÍRU




Malá kosmologická hlídka.jpg
Bílé díry ve vesmíru
Mnozí návštěvníci a čtenáři tohoto blogu vědí co je to vesmírná černá díra, jak působí tento neobvyklý objekt a jaké je jeho chování v nekonečném kosmickém prostoru. V poslední době stále více a více černých děr připoutává pozornost vědců svým chováním, a přesněji specifickým chováním svých sousedů. Co to však je bílá díra? O tom se již ví podstatně méně. Podívejme se na tento jev blíže.

Co jsou bílé díry?

Bílé díry jsou stále ještě hypotetické objekty, o kterých vědci dosud nemohou s jistotou říci, že skutečně existují. Když se jich zeptáme na to, co to je bílá díra, mohou však jednoznačně říci, že je to obdoba černé díry, avšak její pravý opak. A co to znamená, opak? Hned k tomu dojdeme.
Wkile_hole (artist).jpg
Aktivní bílá díra (v uměleckém ztvárnění)
Černá díra vzniká z nějakého obrovského, velmi masivního, vesmírného tělesa jeho implozí. Nejčastěji to bývá hvězda, která je několikrát větší a hmotnější než naše rodné Slunce. Hvězdy mají tu vlastnost, že je v nich rovnováha mezi gravitační silou, která působí ve směru do středu hvězdy a radiačním tlakem, který naopak tlačí ven. Ve starých hvězdách, kde se jaderné palivo při spalování v jádru hvězdy vyčerpá, dojde ke gravitačnímu kolapsu. V neutronových hvězdách jsou elektrony stlačovány do jádra, slučují se s protony a vytvářejí se neutrony. Kolaps se potom zastaví tlakem degenerovaných neutronů. U masivnějších hvězd je gravitační síla ještě větší, smršťování bez překážky pokračuje a vzniká černá díra.
Jinými slovy, když mohutná hvězda “dožije” do stavu rudého giganta, tak se taková obrovská hvězda nepřemění na bílého trpaslíka a dokonce ani na neutronovou hvězdu, ale vznikne z ní černá díra. Gravitační síly jednoduše zvítězí nad silami tlaku působícími opačně a taková hvězda zkolabuje do rozměru elementární částice (možná ještě menšího). Veškerá její hmota včetně světelných fotonů se octne v jednom bodu - bodu singularity. Kolem tohoto bodu se vytvoří zvláštní plocha - povrch tak zvané Schwarzschildovy koule, což je vlastně horizont událostí černé díry. Pronikne-li foton, tj. elementární částice světla, do této koule, pak vyletět zpět už nebude možné. Bude-li se pohybovat ke kouli po tečně, pak navzdory tomu jak jsme zvyklí představovat si přímočarý pohyb světelných paprsků, bude tento foton rotovat podél kulové plochy kolem bodu singularity (viz obrázek níže). Vše, co se dostane do blízkosti černé díry, bude obrovskou silou vtahováno dovnitř.
Světelné paprsky kolem černé díry.jpg
Zakřivené dráhy světelných paprsků kolem černé díry
K tomu, abychom pochopili co by uviděl vnější pozorovatel, si představme že kosmická loď přilétá stále blíž a blíž k černé díře (která pro vnějšího pozorovatele samozřejmě není viditelná). Pozorovatel by viděl, že skutečně nějaká neuvěřitelně velká síla táhne kosmickou loď za sebou. Když se však rychlost lodě ještě zvětší, loď se zastaví a bude padat do černé díry nekonečně pomalu. To znamená, že v okolí černé díry se čas zpomaluje.
Za bílou díru se považuje vesmírný objekt, do jehož nitra nic nemůže proniknout, tím méně světlo, naopak zevnitř vydává zář do okolí. Uvnitř bílé díry působí záporná gravitace, která brání materiálním tělesům i fotonům v pronikání do středu bílé díry. Stále však mějme na mysli to, že dosud se bílé díry reálně neobjevily, přinejmenším ne s takovou věrohodnou přesností jako díry černé.
Vyhazující bílá díra.jpg

Jak je to s opravdovou existencí bílých děr?

Řada vědců, jako například izraelští astronomové a fyzici Alon Rener a Schlomo Heller, oba z Tel Avivské univerzity, přišli s verzí vysvětlení existence bílých děr, která se opírá o to, že anomální záblesk záření gama (záření označovaného řeckým písmenem γ, které je nejpronikavější), registrovaný v astronomických katalozích jako GRB 060614 (a podařilo se jej v roce 2006 pozorovat), byl právě bílou dírou.
Titul Retter_Heller.jpg
Titul článku A. Rettera a S. Hellera
(z New Astronomy, vol. 17, issue 2, February 2012)
U záblesků γ záření se rozlišuje dlouhý záblesk (trvá déle než dvě sekundy) a krátký záblesk (pod dvě sekundy), viz obrázek s příklady níže. Záblesk GRB 060614 měl vlastnosti jak krátkého, tak i dlouhého záblesku a trval 102 sekundy. Tak dlouhé trvání je charakteristické pro výbuch supernovy. Ta však v dané galaxii nebyla zpozorována a nebyly ani γ záblesky, které jsou pro výbuch supernovy charakteristické, což přivedlo k myšlence o zcela jiné a do té doby neznámé podstatě záblesku.
Gama záblesk GRB060614.jpg
Podrobné zkoumání charakteru záření právě přivedlo A. Rettera a S. Hellera k závěru, že se astrofyzici pozorující záblesk, stali šťastnými svědky výbuchu bílé díry. Tím vlastně potvrzovali jednu z Einsteinových teorií. Podle něho bílé díry jako protiklad svých druhů - černých děr ve vesmíru existují. Soudili, že vznik bílé díry, který pojmenovali “malý třesk”, je spontánní, veškerá hmota je při něm vyvržena jako jeden puls.
Malý třesk.jpg
“Malý třesk” (v uměleckém ztvárnění)
Na rozdíl od černých děr, bílé díry nemohou být stále pozorovány, může být zaznamenáno jen to, co způsobí při samotné události jejich vynoření. A ta událost k nám přináší záblesky γ záření, které mají podle definice krátké trvání, avšak mají nesmírnou intenzitu. Jde o energeticky nejmohutnější exploze ve vesmíru.
Krátký a dlouhý gama záblesk-č.jpg

Otázka vzniku a života bílých děr

Je-li možné pochopit z čeho se může vytvořit černá díra, pak vzniká otázka z čeho se vytvoří bílá díra? Někteří astronomové mají za to, že takový objekt může vzniknout z částic hmoty, které vycházejí zpoza horizontu událostí černé díry, a ta je v jiném časovém kontinuu. A jak by to bylo možné, vždyť z černé díry se nic nemůže dostat ven a všechno do ní jen padá? Zde je zjevný protiklad. Je však také známo to, že čím je černá díra masivnější, tím déle “žije” a i když je délka života černých děr značná, nejsou věčné. Hmota, která je “skrytá” v bodu singularity má schopnost se pomaloučku “vypařovat”. K tomu dochází vlivem tzv. tunelového jevu. Pro nás je tento jev nezvyklý, vědci jej zjistili u elementárních částic. Pomáhá těmto částicím jako by oklamat zákony gravitace a umožňuje jim vyskakovat z gravitační pasti.
Malé černé díry se vypařují téměř okamžitě. Ty supergigantické žijí sice miliardy let, avšak doba jejich existence se dříve či později přiblíží jejich konci. Takže jsou cesty, kterými mohou částice hmoty opouštět černou díru. Podle některých fyziků se přitom mohou ocitnout v úplně jiném čase. To by znamenalo, že černá díra by se mohla pro nějaké vnější pozorovatele z jiného času stát bílou dírou, do níž se nic nemůže dostat, ale něco z ní vylétá ven. Navíc, vzniku bílých děr mohly pomáhat i reliktové mechanizmy, které zafungovaly hned po velkém třesku.
Ještě se zmiňme o domněnce, že při zrození vesmíru, byl velký třesk sám o sobě gigantickou bílou dírou (která vyvrhla hmotu s elementárními částicemi do prostoru), takže slabší bílé díry, přezdívané “malé třesky” by se měly chovat podobně. Má se za to, že vesmír se zrodil náhle v jednom okamžiku. Předpokládá se, že výskyt bílé díry je obdobně mžiková událost. Před tím než k události dojde, nemá bílá díra žádnou konečnou polohu v prostoro-časovém kontinuu, a tudíž ani gravitační vliv na prostředí v nějakém předurčeném místě erupce. Žádná bílá díra nevyvrhuje hmotu ven po dlouhý čas. Namísto toho, podobně jako při samotném zrození vesmíru, jde o proces, který je dílem okamžiku, nepředvídatelný a jednorázový.

Kde je možné najít bílé díry?

Otázkou je také kde hledat bílé díry? Pokud by to bylo dílo supermasivních černých děr, bylo by možné je najít uprostřed velkých galaxií, nebo v soustavách hvězdných dvojčat v nichž jedna hvězda zkolabovala a nyní vysává svého druha. Takové obrázky je již možné pomocí přístrojů pozorovat. U hvězd, které se stávají černými dírami dochází jakoby k implozi dovnitř (což je právě jejich kolaps). S bílými dírami je to mnohem těžší, jelikož je nutné pochopit kde a jak hmota a pole jakoby vychází “odnikud”. Je to velmi složité.

A ještě “šedá díra”?

Podívejme se ještě na další variantu. Připusťme, že bílá díra vznikla uvnitř Schwarzschildova kulového povrchu, kolem bodu singularity černé díry. Hmota přichází z minulosti a může se dokonce poněkud vzdálit od tohoto bodu, ale potom se vše, nebo velká část této hmoty pohybuje v opačném směru vůči bodu singularity. Pak jde o bílou díru v černé díře. V tom případě celý objekt představuje tzv. šedou díru. Šedá díra je dokonce ještě obtížněji zjistitelná než bílá díra. Matematici a fyzici říkají, že existenci takového udivujícího objektu je plně možné opřít o matematické výpočty.

Naše vědění o existenci bílých děr - brzy nebo pozdě?

Skeptici se často ptají proč nikdo dosud bílé díry věrohodně nezjistil, když existují. Přitom u černých děr probíhá pozorování běžně. Na tuto otázku odpověděl fyzik Stephen Hsu z oregonské univerzity. Modelováním situace, v které jsou černé a jejich protiklad bílé díry, dospěl k závěru, že bílé díry jsou naprosto nestabilní a doba jejich života je velmi omezená. Po ukončení doby svého života bílá díra vybuchne a vyhodí do vesmírného prostoru hmotu. Je zajímavé, že následky jejího výbuchu jsou téměř shodné s následky velkého třesku, kterýmžto se vytvořil náš vesmír. Výbuch bílé díry (jak uvádíme výše) byl proto nazván “malým třeskem”. V nestabilitě bílých děr je ukryta odpověď na položenou otázku. Na rozdíl od protikladných bílých děr mohou černé díry existovat nekonečně dlouho, časem se rozrůstat na úkor kolem prolétajících asteroidů a tím se stávat ještě stabilnějšími.

Einsteinovy-Rosenovy mosty

Je dobré připomenout, že již v roce 1935 byly popsány Einsteinovy-Rosenovy (Albert Einstein, Nathan Rosen) mosty, které dokazují existenci černých a bílých děr a spolu s tím vysvětlují fyzický paradox černých děr, podle něhož se hmota nemůže objevit odnikud a zmizet nikam, v černých dírách však přece mizí. Podle teorie Einsteinových-Rosenových mostů je každá černá díra prostoro-časový tunel, který má výstup ven, ne však nutně do toho vesmíru, kde je vstup. A dokonce ne nutně v témž čase. To znamená, že část hmoty vtahované černou dírou v jednom prostoro-časovém kontinuu dovnitř, se vytlačuje v jiném prostoro-časovém kontinuu bílou dírou ven. V této souvislosti se hodí uvést, že uvedený prostoro-časový tunel bývá interpretován jako tzv. “červí díra” v multivesmíru, přes kterou bude potenciálně možné proniknout z jednoho vesmíru do druhého.
Červí díra-č.jpg
Znázornění “červí díry” (v uměleckém ztvárnění)
Existuje také zajímavá teorie typu ruské “matrjošky”, podle níž je náš vesmír skrytý v jednom z takových prostoro-časových tunelů a uvnitř každé černé díry může teoreticky být “uklizený” další - vlastní vesmír.
To všechno však jsou dosud stále jen teorie a do potvrzení nebo vyvrácení existence černých děr, bílých děr, prostoro-časových tunelů apod., uplyne nikoli jen sto let, neboť současné i blízké budoucí technologie umožní pouze pozorování z dálky a tvorbu matematicko-fyzikálních modelů. Naráží to také na to, že tajemné a příliš složité jevy jsou mnohdy velmi obtížné na to, aby se lidské vědomí a chápání s nimi vyrovnalo.

Co říci závěrem?

Náš vesmír je opravdu bohatý na všeliké neobvyklé objekty a jevy. Mezi ně patří i bílé díry, které  v budoucnosti, přepravují hmotu z hlubin minulosti. Vše kolem bílých děr se dosud stále zdá být příliš abstraktní. Ale i černé díry byly zpočátku popsány jako matematická abstrakce, a to již v roce 1784, kdy, anglický fyzik a geolog Reverend John Michell (1724-1793) v dopise Královské vědecké společnosti napsal, že u těles o poloměru, který je pětsetkrát větší než poloměr Slunce a hmotnost má jako Slunce, je druhá kosmická rychlost rovna rychlosti světla, a že mohou být přece i větší tělesa. A ty se právě musejí “stlačit” na formu černé díry. Takže možná i ”polapení” bílých děr není zase tak úplně za horami.


 

DARPA - NOVÝ PROJEKT INERCIÁLNÍ NAVIGACE (Aktualita)



Nový projekt inerciální navigace agentury DARPA

(Aktualita)
Americká agentura DARPA pracující na pokročilých výzkumných projektech pro resort obrany USA vybrala pro realizaci nového projektu navigace nezávislé na polohovacím systému GPS společnost Northrop Grumman, která je součástí vojensko-průmyslového komplexu USA a uzavřela s ní kontrakt ve výši 6,3 milionu USD.
Inerciální navigační systém je prostředek pro navigaci, který používá počítač, pohybové senzory (akcelerometry) a rotační senzory (gyroskopy) ke kontinuálnímu výpočtu navigačních informací na základě zjišťování polohy, orientace a rychlosti (směru a rychlosti pohybu) mobilního objektu bez potřeby informací zvnějšku. Obecně se používá především v letounech na lodích a v ponorkách, v řízených raketách a v kosmických objektech.
V kontraktu uzavřeném DARPA Microsystems Technology Office se od společnosti Northrop Grumman požaduje vývoj nové generace inerciální měřící jednotky založené na technologii pokročilých mikro-elektromechanických systémů (MEMS). Od inerciální měřící jednotky se očekává, že umožní navigaci snímáním zrychlení a úhlu pohybu. Výstupní data budou použita ve řídících systémech zbraňových prostředků pro navádění řízené munice na cíl.
Mikro-elektromechnické komponenty.jpg
Komponenty mikro-elektromechanických systémů (MEMS)
(Ilustrace)
Kontrakt je součástí programu DARPA k zajištění vývoje miniaturní inerciální měřící jednotky pro systémy přesného a odolného inerciálního navádění řízené munice (PRIGM NGIMU) s integrovanými inerciálními senzory MEMS. Program má zajistit minimalizaci nákladů, rozměrů a hmotnosti přístroje s co nejmenší spotřebou energie.
MEMS akcelerometr a gyroskop.jpg
Akcelerometr (vlevo) a gyroskop (vpravo) v technologii MEMS
(Ilustrace)
Vytvoření miniaturizovaných inerciálních navigačních jednotek, které budou menší a lehčí než kdykoli předtím, získají ozbrojené síly USA možnost zajištění navigace pro zbraňové systémy v prostředích, kde by navigaci založenou na technologii GPS nebylo možné použít a kde by byla zranitelná.


pondělí 14. března 2016

O STÍHACÍCH LETOUNECH 6. GENERACE




Americká a ruská cesta k stíhacím letounům 6. generace

Nedávno byl v tomto blogu publikován příspěvek o radaru budoucnosti pro ruský stíhací letoun 5. generace PAK-FA (Suchoj T-50) charakterizovaný jako plně “digitální” bojový stíhací letoun tzv. frontového letectva (http://c4-isr.blogspot.cz/2016/02/radar-budoucnosti-rusky-stihaci-letoun.html), kde se stručně i o samotném stíhači pojednávalo.
Stejně jako ve Spojených státech se ani v Rusku vývoj nezastavil jen u programu letounů 5. generace. Ještě před ukončením konstrukčních prací na “neviditelném” letounu PAK-FA (Suchoj T-50) přistoupilo Rusko k vývoji dalších strojů 6. a dokonce 7. generace. Konstrukční kancelář Suchého (typy letounů Su) již představila výchozí koncepci stíhače 6. generace. Ruské ministerstvo obrany jde podobnou cestou jako americký Pentagon. V obou zemích se v oblasti vojenského letectva rodí plány na desítky let dopředu. V mnohém je ruská koncepce letounu 6. generace podobná americkému programu letounu vzdušných sil F-X pro nahrazení stíhače F-22 “Raptor” a programu letounu vojenského námořnictva F/A-XX.

Stručná charakteristika současné situace

Program USA

Americká firma Boeing Integrated Defense Systems (IDS, dceřiná společnost Boeing Company) představila již na výstavě Sea-Air-Space Exposition v roce 2013 svou verzi projektu stíhacího letounu šesté generace F/A-XX. Daná verze předpokládá provedení stíhače jako bezocasého dvoumotorového stroje projektovaného ve dvou variantách - pilotovaného a bezpilotního letounu optimalizovaného pro dálkové lety nadzvukovou rychlostí s maximální úsporou paliva (podobně jako u F-35 “Lightning II”).

Americký přístup ke konstrukci letounů 6. generace

Na rozdíl od dřívějších prototypů je v dané koncepci letoun proveden s předním horizontálním okřídlením, u kterého se předpokládá větší “neviditelnost” za letu. Má mít vysokou schopnost manévrování pro plnění úkolů v uzavřených zónách, kde jsou manévry letounů zakázány nebo omezovány.
US letoun 6. generace.jpg
Vize amerického stíhače 6. generace [1]
Zatímco bombardér ve tvaru létajícího křídla je relativně jednoduchý pro projektování letounu bez ocasních “ploutví”, u stíhače je to jiné. Stíhač nemá rozpětí křídel takové, aby mohlo být možné použití “diferenčního” ovládání křidélky při pohybu nízkými rychlostmi. Je také těžké najít schůdné řešení pro ovládání polohy nebo úhlové rychlosti řízením směru tahu motoru při přistávání, kdy jsou motory nastaveny na malý výkon.
Podle odborníků z amerického průmyslu jsou tu nepříjemné problémy, vzdušné síly a námořnictvo to může přinutit spoléhat na elektronické prostředky a na vedení kybernetického boje, aby čelilo radarům pracujících na nízkých kmitočtech, které mohou zjišťovat a sledovat “neviditelné” taktické letouny v kategorii stíhačů. Existují i jiné způsoby jak při vzdušné operaci přežít a hledá se jejich nejlepší kombinace. Není to však cesta stoprocentní “neviditelnosti”, ale ani nulové “neviditelnosti” letounu.
US letoun 6. generace (5).jpg
Vize amerického stíhače 6. generace [2]

Otevřená architektura a kontinuální zdokonalování

Letouny F/A-XX a F-X budou pravděpodobně ve výzbroji amerických ozbrojených sil po celá desetiletí. Rychlé zajištění rozšíření funkcí a zdokonalování strojů vyžaduje, aby proudové letouny mohly být modifikovány snadno a rychle bez složitých procedur ministerstva obrany, a aby americký daňový poplatník nebyl rukojmím dodavatele. To je snad největším poučením z toho, co bylo pro Pentagon noční můrou s letounem F-35.
Letoun F-22 používá zastaralou proprietární architekturu avioniky, která způsobuje jenom problémy a jakékoli zdokonalení či modernizace je velmi nákladná. Z tohoto hlediska je letoun F-35 lepší, avšak Pentagon je nucen spoléhat na to, že společnost Lockheed zajistí příslušnou modifikaci stroje.
Řešení letounu s plně otevřenou architekturou použité u F/A-XX a F-X umožní ministerstvu obrany zajistit snadné provádění úprav a zdokonalování. Navíc, je-li Pentagon držitelem práv na data, může ministerstvo obrany přimět kontraktory k soutěži na zdokonalovací úpravy. Soutěž pak může srazit dolů náklady a urychlit celý proces. Vzdušné síly USA chtějí jít touto cestou.
Jak letoun F/A-XX, tak i letoun F-X má být projektován tak, aby mohl zahrnout pokročilé technologie jako jsou zbraňové systémy se směrovanou energií (například lasery), samozřejmě pokud již budou z výroby prakticky dostupné.

Náhrada dříve zavedených letounů v ozbrojených silách

Boeing připravuje svou koncepci letounů F/A-XX tak, aby mohly k třicátým létům nahradit stíhací bitevní stroje čtvrté generace F/A-18E/F “Super Hornet” a letouny pro vedení elektronického boje E/A-18G “Growler”, které jsou ve výzbroji vojenského námořnictva USA.
Vzdušné síly USA se zase zabývají projektem stíhačů 6. generace F-X, které by mohly nahradit mimořádně nákladné letouny 5. generace F-22 “Raptor”.
V USA se stále zkoušejí mnohoúčelové stíhače s jednotnou platformou F-35 “Lightning II”. Letouny mají tři verze, tj. F-35A pro vzdušné síly, F-35B pro námořní pěchotu (se zkráceným startem a vertikálním přistáváním) a F-35C pro vojenské námořnictvo (se startem pomocí katapultáže).

Projektování letounů pro zajištění nadvlády ve vzduchu

Zatímco letoun F-X pro vzdušné síly je orientován na zajištění vzdušné nadvlády, je vývoj letounu F/A-XX pro vojenské námořnictvo zaměřen na vytvoření platformy zajišťující mnoho bojových rolí. Představitelé průmyslu však poukázali na to, že je mnohem snadnější přizpůsobit platformu pro zajištění vzdušné nadvlády úkolům útočné platformy než naopak.
Oba letouny musejí být nejprve projektovány pro zajištění vzdušné nadvlády a potom přizpůsobeny útočným úkolům. U letounu F/A-XX musí být nakonec možné jejich použití nejen jako náhrada strojů F-22 “Raptor” a F-15C “Eagle”, ale musí také umožnit nahrazení letounu F-15E “Strike Eagle”. Tak bude možné “zabít dvě mouchy jednou ranou”.
Námořnictvo by mělo zvážit svůj přístup k vývoji s předjímáním útočné role letounu F/A-XX. Musí si být jisté, že letoun bude moci zajistit podporu budoucích operací v prostředí se silnými hrozbami v západním Tichomoří, kde bude muset například čelit stíhačům páté generace - čínským letounům J-20.
Zatím je to jen přehled z výšky přes 15 tisíc metrů, který může Pentagon mít pro stíhač příští generace. Dokud nebude mít americké vojenské námořnictvo a vzdušné síly závěry jejich analýzy, nikdo nemůže s jistotou vědět jaké specifické schopnosti chybějí, nebo jak bude optimální řešení pro letouny 6. generace vypadat.

Program Ruské federace

Na obrázku níže je názorný přehled ruských stíhacích letounů první až páté generace.
Ruské stíhací letouny 1. až 5. generace-č-y.jpg
Ruské stíhací letouny 1. až 5. generace
Na rozdíl od stavu v USA, jsou orgány RF na dostupné informace o letounech, které mají následovat po letounu páté generace PAK-FA (Suchoj T-50) značně skoupé.
Ruský stíhací letoun 6. generace.jpg
Vize ruského stíhače 6. generace
Hlavní úsilí konstruktérů a výrobců v ruském leteckém průmyslu (ve vojenské oblasti) je v současné době zaměřeno na ověřování a zkoušky nového stíhače páté generace PAK-FA. Prioritu má jejich palubní avionika a výzbroj.
Ruský stíhací letoun 7. generace.jpg
Vize ruského stíhače 7. generace [1]
Přesto však ještě před završením konstrukčních prací na projektu tohoto “neviditelného” letounu 5. generace přistoupilo Rusko k  přípravě vývoje dalších letounů 6. a dokonce 7. generace. Konstrukční kancelář “Suchoj” již představila ruské vládě první verzi koncepce ruského stíhače 6. generace. Jde o předstihové práce vycházející z toho, že stejně jako v USA se i v Rusku sestavují vojenské plány na několik desetiletí dopředu. A je přirozené, že se ruské koncepční zámysly týkající se stíhacího letounu 6. generace v řadě ohledů podobají výše popsaným programům ozbrojených sil USA na letoun vojenského námořnictva F/A-XX a vzdušných sil F-X. Jako v USA, se i v Rusku u letounu 6. generace posuzují možnosti vytvoření pilotované a bezpilotní verze.
Ruský stíhací letoun 7. generace-x.jpg
Vize ruského stíhače 7. generace [2] (zdá se poněkud futuristická)
Ruské ministerstvo obrany realizuje ambiciózní plán přezbrojení armády zahrnující značný rozsah vývoje nových zbraní a vojenské techniky. Jeho součástí jsou tanky, lodě, ponorky a několik letounů, včetně “neviditelného” bombardéru. Není však jasné jak bude Rusko financovat tento vývoj, vezmeme-li v úvahu problémy ruské ekonomiky a stabilně nízké ceny nafty na světovém trhu.
Ať tak, či onak, Rusko se nemíní zastavovat ani zdržovat ve vývoji typu letounu, který bude následovat po stíhači 5. generace PAK-FA, u kterého mají zkoušky skončit v tomto roce a v roce 2017 by již měly následovat první dodávky ze sériové výroby. Má být používán v boji proti pozemním, vzdušným i námořním cílům. Jeho rychlost převyšuje dva machy (asi 2450 km/h), velká důležitost se však přisuzuje jeho “neviditelnosti”, manévrovosti a výzbroji. Ruské vzdušné síly mají do roku 2020 dostat 55 těchto stíhačů páté generace.
Ruští vojenští činitelé ale hledí daleko za horizont. Vrchní velitel ruských vzdušných a kosmických sil generál Viktor Bondarev k tomu prohlásil, že kdyby se Rusko nyní zastavilo, zastaví se navždy. Proto práce na šesté, a zřejmě i sedmé generaci stíhačů pokračují. Neuvádějí se žádné lhůty. Podle ruské společné korporace výrobců letounů snad má být první letoun 6. generace postaven “ve druhé polovině dvacátých let”. A podle ruských oficiálních informací mají být konkrétní konstrukční práce podle daného programu zahájeny “během několika let”.
o o o o o o o
Tento příspěvek je zpracován s využitím informací z veřejně dostupných pramenů.


pátek 4. března 2016

MALÁ KOSMOLOGICKÁ HLÍDKA -- HROZBA PRO EINSTEINOVU OBECNOU TEORII RELATIVITY?




Malá kosmologická hlídka.jpg
Že by hrozil zvrat Einsteinovy obecné teorie relativity?
Skupina výzkumných pracovníků z Cambridgeské univerzity a z univerzity Queen Mary v Londýně přišla s tím, že skutečnost existence černých děr velmi exotických tvarů může rozbořit Einsteinovu obecnou teorii relativity, která je základem celé současné fyziky. Takové černé díry mohou na štěstí existovat pouze v prostředí neméně exotického vesmíru, jehož kontinuum má pět nebo více rozměrů.

Úvodem

Uvedená skupina vědců vypracovala a provedla výpočty matematického modelu černé díry s tvarem tenkého prstence, na kterém je řada “výdutí” souvisejících se singularitami. Kromě toho, se prstenec černé díry během času stává tenčím a tenčím rozpadaje se a řadu malých černých děr, podobně jako se proud vody během času rozpadá na jednotlivé kapky.
Možnost existence prstencových černých děr byla teoreticky opodstatněna již v roce 2002, avšak daný případ je prvním v historii, kdy všechny hybné síly takového exotického kosmického objektu byly vypočteny s vysokou přesností pomocí superpočítače. Pokud by takové černé díry existovaly ve skutečnosti, přivedlo by to k tomu, že by se objevila by se “holá singularita” a to by učinilo nevěrohodnými všechny rovnice, na kterých stojí obecná teorie relativity.

Hrozba pro Einsteinovu obecnou teorii relativity a současnou fyziku?

Teorie Alberta Einsteina a zvláštnosti našeho vesmíru

Obecná teorie relativity je základem našeho pojetí gravitace ve vesmíru. Na základě jejích Einsteinových rovnic se určuje stáří hvězd, je na nich založena činnost systému GPS a mnoho dalšího, o čemž mnohdy nemáme ani ponětí. Součástí této teorie je tvrzení toho, že existence hmoty způsobuje deformaci prostoro-časového kontinua a že síly gravitace jsou pouze výsledkem působení této deformace. Po stu letech od publikování obecné teorie relativity prošla tato teorie úspěšně množstvím všestranných ověřování, avšak stále ještě zůstává několik neověřených okolností, z nichž jedna souvisí s existencí singularit.
Singularita je bodem v prostoru, ve kterém jsou gravitační síly natolik mohutné, že “lámou” prostor, čas a ”porušují” fyzické zákony v blízké oblasti prostoru. Podle obecné teorie relativity jsou singularity ve středu černých děr a jsou obklopeny tzv. horizontem událostí, což je myšlená hranice na níž jsou body vymezující oblast nenávratu pro hmotu a záření jakéhokoli druhu.
Co však nastane, když připustíme, že singularita může existovat za mezí horizontu událostí? Pokud takový fenomén existuje, pak by bylo možné singularitu uvidět ze strany a ona sama by byla objektem s nekonečně velkou hustotou hmoty a ta by byla ve stavu, jaký v současnosti neznáme. V něm by se “porušily” všechny známé zákony fyziky. Vědci, jejichž specializací je oblast teoretické fyziky, přišli s hypotézou, že taková “holá singularita” může existovat v podmínkách kontinua s velkým počtem rozměrů.

Existence vyšších rozměrů a jejich působení na představy o vesmíru

V současné době chápeme náš vesmír jako prostor, který existuje ve třech prostorových rozměrech plus čtvrtém rozměru, kterým je čas. Ty tvoří jeho prostoro-časové kontinuum. Avšak v některých teoriích, jako je teorie superstrun, má náš vesmír celých 11 rozměrů. Tyto jeho další rozměry mohou být něčím velkým a neomezeným, nebo naopak něčím svinutým, tak malinkým, že to není možné zjistit žádnou ze současných existujících metod. Je zcela pravděpodobné to, že kvůli tomu my - lidé můžeme vnímat jenom tři prostorové rozměry a skutečnost existence dalších rozměrů se může objevovat pouze jako výsledek experimentů s mimořádně velkými energiemi, například těch, které se provádějí na velkém hadronovém urychlovači částic v CERN u Ženevy.
Samotná Einsteinova teorie nestanoví kolik přesně musí být ve vesmíru rozměrů. Ponechává prostor teoretickým fyzikům pro manévrování. Ti zkoumají obecnou teorii relativity z hlediska vyšších rozměrů pro ověřování její věrohodnosti. A právě pohled ze strany vyšších rozměrů umožnil výzkumným pracovníkům předložit hypotézu o možné existenci pětirozměrných černých děr, které mohou porodit holou singularitu.
Pro výpočty matematického modelu výzkumní pracovníci použili superpočítač COSMOS, který je v Cambridgské univerzitě. Jeho výkon a zdroje plně postačují pro modelování některých zvláštností obecné teorie relativity z hlediska vyšších rozměrů. Výsledky výpočtů provedených s využitím nových metod modelování ukázaly, že prstencové černé díry jsou značně nestabilními útvary. Prakticky během celé doby existence se prstencové černé díry snaží vrátit se ke klasickému kulovitému tvaru, v němž singularita zůstává obklopena horizontem událostí. Procesy takové transformace probíhající v pěti rozměrech vedou k vzniku výdutí, jejichž vzájemné vazby jsou stále slabšími a nakonec se odtrhují vytvářeje tím holou singularitu.
Podle vědců, čím lepší a přesnější výsledky se získávají, tím více záhad při zkoumání obecné teorie relativity z hlediska vyšších rozměrů vzniká. Některé skutečnosti vyplynuvší z modelování poukazují na to, že náš vesmír je složitější než se v současnosti jeví. Je zcela pravděpodobné, že v něm jsou nikoli čtyři, ale mnohem větší počet rozměrů, které zatím nejsme s to vnímat.
Stejně tak je tomu i s počtem rozměrů u černých děr. Uvažuje se o existenci mnohorozměrných černých děr, konkrétně pětirozměrných a zkoumá se jaké by to mělo důsledky, kdyby se to potvrdilo.
Mnohorozměrná černá díra.jpg
Mnohorozměrná černá díra (v uměleckém podání)
Současný kosmologický model funguje celkem dobře popisuje-li čtyřrozměrný vesmír, dostupný našemu vnímání. Dostane-li se však teorie o existenci velkého počtu rozměrů nezpochybnitelné důkazy, pak budou vědci potřebovat něco nového, alternativu, která umožní dát dohromady to, co je nám známé, s novými skutečnosti, které budou důsledkem získaných poznatků. Jednou z takových alternativ je teorie kvantové gravitace, která činí Einsteinovy rovnice nezávislými na pojetí singularity a zajistí popis fyzikálních zákonů, které působí v bezprostřední blízkosti singularity.