Рубрика: Космос

Вперше в історії дві планети стали домом для тестування майбутніх конструкцій літаків. У цьому світі в Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії нещодавно випробували новий ротор, який можна використовувати з марсіанськими гелікоптерами нового покоління, обертаючись зі швидкістю, близькою до надзвукової (0,95 Маха). Тим часом вертоліт агентства Ingenuity Mars Helicopter досяг нових рекордів висоти та швидкості на Червоній планеті в рамках експериментальних льотних випробувань.

«Наші випробування гелікоптера наступного покоління на Марсі буквально показали найкраще з обох світів», — сказав Тедді Цанетос, менеджер проекту Ingenuity та менеджер Mars Sample Recovery Helicopters. «Тут, на Землі, у вас є всі інструменти та практична безпосередність, на яку можна сподіватися під час тестування нових компонентів літака. На Марсі у вас є реальні позаземні умови, які ви ніколи не зможете відтворити тут, на Землі». Це включає тонку як шепіт атмосферу та значно меншу гравітацію, ніж на Землі.

Роторні лопаті наступного покоління з вуглецевого волокна, які випробовуються на Землі, майже на 4 дюйми (понад 10 сантиметрів) довші за Ingenuity, мають більшу міцність і інший дизайн. У NASA вважають, що ці лопаті можуть використовувати більші та ефективніші вертольоти для Марса. Проблема полягає в тому, що коли кінчики лез наближаються до надзвукових швидкостей, турбулентність, що спричиняє вібрацію, може швидко вийти з-під контролю.

Щоб знайти простір, достатньо великий для створення марсіанської атмосфери на Землі, інженери звернули увагу на космічний симулятор JPL шириною 25 футів і висотою 85 футів (8 метрів на 26 метрів) — місце, де Surveyor, Voyager і Кассіні вперше відчули космічні середовища. Протягом трьох тижнів у вересні команда спостерігала за датчиками, вимірювальними приладами та камерами, коли лопаті витримували хід за пробігом на все вищих швидкостях і більших кутах нахилу.

15 вересня на 25-футовому космічному симуляторі в Лабораторії реактивного руху NASA тестують подвійну роторну систему для наступного покоління вертольотів Mars. Лопаті з вуглецевого волокна, довші та міцніші за ті, що використовувалися на марсіанському гелікоптері Ingenuity, під час випробувань досягли майже надзвукової швидкості. Авторство: NASA/JPL-Caltech

«Ми обертали наші лопаті до 3500 обертів за хвилину, що на 750 обертів на хвилину швидше, ніж лопаті Ingenuity», — сказав Тайлер Дель Сесто, заступник керівника випробувань вертольотів для відновлення зразків у JPL. «Ці більш ефективні лопаті тепер більше, ніж гіпотетична вправа. Вони готові до польоту».

Приблизно в той самий час і на відстані приблизно 100 мільйонів миль (161 мільйон кілометрів) Ingenuity отримав наказ спробувати те, що команда Mars Helicopter навіть не могла собі уявити.

Четверте випробування польоту

Спочатку планувалося, що Ingenuity літатиме не більше п’яти разів. З його першим польотом, занесеним у бортовий журнал місії понад два з половиною роки тому, вертоліт перевищив заплановану 30-денну місію в 32 рази та здійснив 66 польотів. Кожного разу, коли Ingenuity піднімається в повітря, він охоплює нову землю, пропонуючи перспективу, яку не вдалося досягти жодній попередній планетарній місії. Але останнім часом Team Ingenuity запускає свій гвинтокрил на сонячних батареях, як ніколи раніше.

«За останні дев’ять місяців ми подвоїли нашу максимальну швидкість польоту та висоту, збільшили швидкість вертикального та горизонтального прискорення та навіть навчилися повільніше приземлятися», — сказав Тревіс Браун, головний інженер Ingenuity в JPL. «Розширення оболонки надає безцінні дані, які можуть бути використані розробниками місій для майбутніх марсіанських гелікоптерів».

Обмежені доступною енергією та температурою двигуна, польоти Ingenuity зазвичай тривають близько двох-трьох хвилин. Хоча вертоліт може подолати більше землі за один політ, літаючи швидше, надто швидкий політ може заплутати бортову навігаційну систему. Система використовує камеру, яка розпізнає каміння та інші елементи поверхні, коли вони рухаються в полі зору. Якщо ці функції свистять надто швидко, система може заблукати.

Отже, щоб досягти більшої максимальної швидкості, команда надсилає команди Ingenuity для польоту на більших висотах (інструкції надсилаються на вертоліт перед кожним польотом), що довше зберігає функції у полі зору. Рейс 61 встановив новий рекорд висоти в 78,7 фута (24 метри), перевіряючи характер марсіанського вітру. З польотом 62 Ingenuity встановив рекорд швидкості 22,3 милі/год (10 метрів на секунду) і розвідав місце для наукової групи марсохода Perseverance.

Команда також експериментувала зі швидкістю приземлення Ingenuity. Гелікоптер був розроблений для контакту з поверхнею на відносно швидкій швидкості 2,2 милі/год (1 миль/с), щоб його бортові датчики могли легко підтвердити приземлення та вимкнути ротори, перш ніж він зможе відскочити назад у повітря.

Гелікоптер, який приземляється повільніше, можна сконструювати з більш легким шасі. Тож на рейсах 57, 58 і 59 вони закрутили його, продемонструвавши, що Ingenuity може приземлятися на 25% повільніше, ніж ті, на яких він був спочатку розроблений.

Усе це марсіанське чаклування Чака Єгера не закінчилося. Очікується, що в грудні, після сонячного з’єднання, Ingenuity виконає два високошвидкісні польоти, під час яких він виконає спеціальний набір кутів нахилу, призначений для вимірювання його продуктивності.

Щодня все більше пластикового сміття потрапляє в океани. Супутникові зображення можуть допомогти виявити накопичення сміття вздовж берегів і в морі, щоб його можна було вивезти. Дослідницька група розробила нову модель штучного інтелекту, яка розпізнає плаваючий пластик набагато точніше на супутникових знімках, ніж раніше, навіть якщо зображення частково закриті хмарами або погодні умови туманні.

Наше суспільство значною мірою залежить від пластикових виробів, і очікується, що кількість пластикових відходів у майбутньому зросте. Якщо його неправильно викинути або переробити, значна його частина накопичується в річках і озерах. Згодом він потече в океани, де може утворювати скупчення морського сміття разом із природними матеріалами, такими як коряги та водорості.

Нове дослідження Університету Вагенінгена та дослідників EPFL, нещодавно опубліковане в iScience, розробило детектор на основі штучного інтелекту, який оцінює ймовірність морського сміття, показаного на супутникових зображеннях. Це може допомогти систематично вивозити пластикове сміття з океанів за допомогою кораблів.

Пошук супутникових зображень за допомогою ШІ

Скупчення морського сміття видно на доступних у вільному доступі супутникових знімках Sentinel-2, які знімають прибережні райони кожні 2–5 днів у всьому світі на суші та прибережних районах. Оскільки вони становлять терабайти даних, дані потрібно аналізувати автоматично за допомогою моделей штучного інтелекту, таких як глибокі нейронні мережі.

Марк Русвурм, доцент Університету Вагенінгена, каже: «Ці моделі навчаються на прикладах, наданих океанографами та фахівцями з дистанційного зондування, які візуально ідентифікували кілька тисяч морських уламків на супутникових зображеннях у різних точках земної кулі. Таким чином, вони «навчалися». «модель для розпізнавання пластикового сміття».

Покращене виявлення в складних умовах

Дослідники розробили детектор морського сміття на основі ШІ, який оцінює ймовірність наявності морського сміття для кожного пікселя на супутникових зображеннях Sentinel-2. Детектор навчається відповідно до принципів штучного інтелекту, орієнтованих на дані, які спрямовані на найкраще використання обмежених навчальних даних, доступних для цієї проблеми.

Одним із прикладів є розробка алгоритму комп’ютерного зору, який прив’язує ручні анотації від експертів точно до уламків, видимих ​​на зображеннях. За допомогою цього інструменту океанографи та експерти з дистанційного зондування можуть надати більше прикладів навчальних даних, будучи менш точним у ручному клацанні контурів.

Загалом цей метод навчання в поєднанні з алгоритмом уточнення навчає модель глибокого виявлення штучного інтелекту краще передбачати об’єкти морського сміття, ніж попередні підходи.

Русвурм каже: «Детектор залишається точним навіть у більш складних умовах; наприклад, коли хмарний покрив і атмосферний серпанок ускладнюють існуючим моделям точну ідентифікацію морського сміття».

Після пластикового сміття після Великодньої повені в Дурбані 2019 року

Виявлення пластику в морському смітті за складних атмосферних умов із хмарами та серпанком є ​​особливо важливим, оскільки пластик часто змивається у відкриті води після дощу та повеней. Про це свідчать великодні повені в Дурбані в Південній Африці: у 2019 році тривалий період дощів призвів до розливу річок, у результаті чого було змито набагато більше сміття, ніж зазвичай.

Його доставили через гавань Дурбана у відкритий Індійський океан. На супутникових зображеннях такі об’єкти, що ширяють між хмарами, важко розрізнити за допомогою звичайних червоно-зелено-синіх кольорових «каналів». Їх можна візуалізувати, переключившись на інші спектральні канали, включаючи ближнє інфрачервоне світло.

Подвійний огляд показує напрямки дрейфу

Окрім більш точного прогнозування скупчень морського сміття, модель виявлення також помічатиме сміття на зображеннях PlanetScope, доступних щодня.

«Поєднання щотижневого Sentinel-2 із щоденними зборами PlanetScope може закрити розрив у безперервному щоденному моніторингу», — пояснив Русвурм.

«Крім того, PlanetScope та Sentinel-2 іноді фіксують ту саму ділянку морського сміття в той самий день лише з інтервалом у кілька хвилин. Подвійне зображення одного об’єкта у двох місцях показує напрямок дрейфу через вітер і океанські течії на воді. Ця інформація може бути використана для покращення моделей оцінки дрейфу морського сміття».

Блазар — це високоактивні ядра галактик, що містять надмасивні чорні дірки, що викидають потоки матерії та випромінювання, які спрямовані прямо на Землю. Ці блазари можуть виробляти та обстрілювати планету нейтрино, які важко виявити, оскільки вони не мають заряду та майже не мають маси. Однак вони відіграють важливу роль у вивченні Всесвіту, оскільки здатні проникати через перепони, які зупиняють інші види частинок і навіть фотони. Тому дослідники прагнуть визначити джерела нейтрино, і останні дослідження наближають нас до розуміння того, що блазари можуть бути одними з таких джерел.

Блазар є особливим типом активних ядер галактик, відомих також як квазари. Вони настільки яскраві, що перебивають світло всіх зірок у своїх галактиках. Проте блазари від звичайних квазарів тим, що й викиди зі швидкостями, близькими до швидкості світла, спрямовані безпосередньо на Землю.

У 2017 році спостережний детектор нейтрино IceCube зафіксував високоенергетичну подію, що збігається зі спалахом спокуси TXS 0506+056. Ця пов’язана в часі та місцезнаходження подія підтвердила зв’язок між блазарами та нейтрино. TXS 0506+056 знаходиться на відстані близько 5,7 мільярда світлових років від Землі і є активним ядром галактики.

Однак все ще залишається загадкою реальний зв’язок між спалахами блазарів та нейтринним потоком, що проходить крізь Землю. Для вирішення цієї загадки міжнародна група дослідників провела ретельне вивчення TXS 0506+056 та інших 144 блазарів, відібраних зі спостережних даних Fermi Large Area Telescope.

Вченим вдалося розрахувати тижневий потік гамма-променів, пов’язаних з шутами, і скласти криві світла для цих високоенергетичних подій. Вони також розробили «цикл спалахів», що показує тривалість спалаху блазара та її внесок в енергію блазара.

«Ми виявили, що серед нашої вибірки блазарів розподіл тих, у яких менший цикл спалахів та частка енергії є більш численним. Їх цикли є пов’язані закономірності. Також ми виявили значну різницю між підкласами блазарів у циклах спалахів», — розповів член команди Шибаурського Інституту Технологій (Токіо) Кендзі Йосіда.

Команда дослідників оцінила нейтринний потік від кожного гамма-променевого спалаху і, порівнюючи прогнозні значення кожного блазару протягом тижня і протягом 10 років, встановила верхні межі вкладу спалахів у нейтринний потік. Використання такого методу спостережень може значно сприяти розвитку наукових знань про походження нейтрино.