FastSanek25

Урок самолёта Comet

В начале 1950-х британский de Havilland Comet стал одним из первых реактивных пассажирских лайнеров. После нескольких катастроф в 1954 году расследователи исследовали обломки и провели испытания фюзеляжа под давлением.

Они обнаружили усталостные трещины, в том числе около вырезов на верхней части корпуса. Важную роль сыграли конструкция и концентрация нагрузки вокруг отверстий. Историю часто пересказывают упрощённо — будто самолёты падали просто из-за «квадратных окон». На деле причины были сложнее: сказались особенности всей конструкции и тогдашнее понимание усталости металла.

Сегодня округлые иллюминаторы напоминают об этом инженерном уроке: плавные формы помогают уменьшить концентрацию напряжений, а безопасность создаётся всей конструкцией самолёта.

Вопрос: замечали, что окна в самолётах округлые, или раньше не обращали на это внимания?

Он состоит из небольших элементов, которые называются модулями.

Одна часть структуры помогает сканеру определить положение изображения, другая содержит закодированные данные, а третья используется для исправления ошибок.

Три больших квадрата по углам помогают системе распознать ориентацию кода.

Благодаря этому смартфону необязательно смотреть на QR-код строго вертикально.

Главный секрет — избыточная информация

При создании QR-кода к полезным данным добавляются специальные проверочные данные.

Для этого используется математический метод на основе кодов Рида — Соломона.

Сходные принципы исправления ошибок применяются в различных системах передачи и хранения информации.

Дополнительные данные позволяют восстановить часть повреждённого содержимого.

Поэтому сканер способен прочитать код, даже если некоторые модули закрыты грязью, затёрты или отсутствуют.

Сколько повреждений допустимо?

У стандартного QR-кода предусмотрены четыре уровня коррекции ошибок:

L — приблизительно 7%.

M — приблизительно 15%.

Q — приблизительно 25%.

H — приблизительно 30%.

Но здесь есть важное уточнение.

Эти проценты относятся к восстанавливаемым кодовым словам — единицам закодированных данных, а не гарантируют возможность отрезать ровно 30% площади картинки.

Реальный результат зависит от того, какая часть изображения повреждена и сохранились ли элементы, необходимые для распознавания.

Если уничтожить ключевые элементы структуры или слишком сильно повредить данные, сканирование не сработает.

Зачем тогда вообще нужен высокий уровень защиты?

Представьте QR-код на коробке, которую перевозят через несколько складов.

Этикетка может поцарапаться, намокнуть или испачкаться.

Если код содержит достаточно избыточной информации, его можно будет прочитать даже после некоторых повреждений.

Правда, за повышенную надёжность приходится платить: при одинаковом объёме полезных данных QR-код с более сильной коррекцией может занимать больше места.

Получается, обычная чёрно-белая картинка на упаковке — небольшая система хранения данных с собственным механизмом восстановления ошибок.

Вопрос: пробовали когда-нибудь сканировать QR-код с повреждённой этикетки?

Эти эффекты действуют одновременно, но не одинаково. Для спутников GPS гравитационный эффект оказывается сильнее эффекта скорости: их часы в сумме опережают земные примерно на 38 микросекунд в сутки.

Много ли это?

Микросекунда кажется ничтожной. Но за это время радиосигнал успевает пройти около 300 метров. Если не учитывать расхождение часов, ошибка определения положения быстро росла бы примерно на 10 километров в сутки.

Поэтому часы спутников заранее настраивают с учётом релятивистских эффектов, а система постоянно корректирует время и орбиты. Получается, что телефон использует идеи теории относительности всякий раз, когда прокладывает маршрут или показывает точку на карте.

GPS не «доказывает» теорию Эйнштейна сам по себе, но его точная работа зависит от поправок, рассчитанных с её помощью.

Вопрос: знали, что навигатору для точной работы приходится учитывать теорию относительности?

В одной маске они ловили птиц, надевали на них кольца для наблюдений и затем отпускали.

Такая маска стала для птиц сигналом потенциальной опасности.

Другую маску использовали в нейтральных ситуациях, не связанных с отловом.

Затем исследователи появлялись в тех же местах и наблюдали, как реагируют вороны.

Результат удивил исследователей

Птицы узнавали «опасную» маску и поднимали тревогу.

При этом нейтральная маска не вызывала такой же реакции.

Учёные наблюдали, как вороны громко каркали и собирались группами, предупреждая друг друга об угрозе.

Но самое интересное началось позже.

Информация распространялась между птицами

Оказалось, что реагировать на опасную маску начинали не только вороны, которые непосредственно участвовали в первоначальном эксперименте.

Другие птицы тоже перенимали эту реакцию.

Исследователи обнаружили признаки социального обучения: вороны могли узнавать об опасности, наблюдая за поведением сородичей.

Молодые птицы также могли перенимать соответствующую реакцию от родителей.

То есть вороне необязательно самой попасть в неприятную ситуацию, чтобы научиться избегать конкретной угрозы.

Сколько длится такая память?

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society B в 2011 году, учёные наблюдали за распространением реакции на протяжении пяти лет.

На одном участке частота тревожной реакции удвоилась, а область её распространения достигла не менее 1,2 километра от первоначального места эксперимента.

Это серьёзный результат для птиц, которых многие привыкли считать просто шумными городскими обитателями.

Почему это важно?

Подобная способность помогает животным быстрее распознавать опасность.

Если одна птица научилась отличать потенциально опасного человека от безопасного, другие могут использовать эту информацию без собственного негативного опыта.

Важно уточнить: эксперименты показывают обучение распознаванию определённых лиц и масок, а не доказывают, что каждая ворона способна запомнить любого встреченного человека на всю жизнь.

Тем не менее это впечатляющий пример того, насколько сложной может быть память и социальное поведение птиц.

В следующий раз, когда увидите ворону, вспомните: она может замечать гораздо больше, чем кажется.

Вопрос: замечали, что городские вороны по-разному реагируют на разных людей?

Откуда берётся необычная капля?

Её получают, когда капля расплавленного стекла попадает в холодную воду.

Наружная поверхность быстро остывает и затвердевает. Внутренняя часть остывает медленнее.

Из-за разницы температур в стекле формируется особое распределение остаточных напряжений.

Поверхностные слои оказываются сильно сжатыми, а внутри сохраняются растягивающие напряжения.

Внешне результат напоминает маленького стеклянного головастика: массивная головка и длинный тонкий хвост.

Почему головка такая прочная?

Чтобы разбить обычное стекло, нужно создать условия для распространения трещины.

Но сжатые наружные слои капли мешают трещинам возникать и расти.

Исследование, опубликованное в журнале Applied Physics Letters в 2016 году, показало, что сжимающие напряжения на поверхности таких капель могут составлять примерно 400–700 мегапаскалей.

Именно поэтому головка выдерживает удивительно высокие нагрузки.

Но не стоит понимать это как абсолютную неразрушимость: при достаточно сильном воздействии разбить её всё-таки можно.

Почему хвостик настолько опасен для самой капли?

Тонкий хвост — её уязвимое место.

Если его повредить так, что возникшая трещина проникнет в область внутренних растягивающих напряжений, она начинает стремительно распространяться по стеклу.

Запасённая упругая энергия высвобождается почти мгновенно.

В результате капля разрушается целиком.

Причём разрушение может происходить настолько быстро, что обычная видеокамера не успевает зафиксировать отдельные стадии процесса.

При чём здесь современные технологии?

Капля принца Руперта — наглядный пример того, как внутренние напряжения влияют на прочность материала.

Похожий принцип создания сжатого поверхностного слоя используется при упрочнении некоторых видов стекла.

Но капля — особый случай: её прочная головка соседствует с чрезвычайно уязвимым хвостом.

Получается парадокс: один и тот же кусочек стекла одновременно удивительно прочный и невероятно хрупкий.

Если захотите посмотреть эксперимент на видео, лучше выбрать профессиональную высокоскоростную съёмку. Разрушать такую каплю без защитного оборудования опасно из-за разлетающихся осколков.

Вопрос: знали об этом эффекте раньше или впервые слышите о таком стекле?

Его поверхность скрывает густая оранжевая дымка. Из-за неё обычные фотографии долго не позволяли учёным разглядеть, что находится внизу.

Ситуацию изменил космический аппарат Cassini. С помощью радара исследователи смогли изучить поверхность сквозь атмосферную завесу.

И обнаружили нечто удивительное.

На Титане действительно существуют озёра, реки и моря.

Только наполнены они не водой.

Как там получается дождь?

На Земле вода испаряется из океанов, образует облака, выпадает дождём и снова возвращается в моря.

На Титане происходит похожий круговорот, но главную роль играет метан.

Он испаряется с поверхности, участвует в образовании облаков, выпадает осадками и может стекать по руслам обратно в водоёмы.

Из-за экстремального холода вещества, которые на Земле обычно являются газами, способны существовать там в жидком виде.

Настоящие моря

Одно из крупнейших морей называется Kraken Mare. Его протяжённость достигает более тысячи километров.

Другой огромный водоём — Ligeia Mare.

Аппарат Cassini исследовал их с помощью радара. На снимках видны береговые линии, заливы и структуры, похожие на речные долины.

А есть ли там жизнь?

Пока никаких доказательств существования жизни на Титане нет.

Но его сложная органическая химия делает спутник особенно интересным для астробиологов.

Есть даже данные, указывающие на возможный подповерхностный океан жидкой воды под ледяной оболочкой.

Получается удивительная картина: на поверхности — углеводородные моря, а глубоко внутри может существовать водный океан.

И всё это — на спутнике, который вращается вокруг Сатурна.

Вопрос: на каком небесном теле вы бы предпочли увидеть посадку исследовательского аппарата — на Титане или на Европе, спутнике Юпитера?

Он произнёс это с таким видом, будто только что объяснил, почему в чайнике не кипит вода. Марина решила, что в музее просто любят шутки. Она вообще-то устроилась сюда на временную работу: переждать ремонт в своей квартире, не разругаться с братом и не смотреть каждый вечер на телефон, где так и висело непрочитанное сообщение от него.

Музей назывался «Ночная опись» — не официально, конечно. В документах он был Музеем измерительных приборов. Но после закрытия здесь оставались только дежурные и предметы, которые когда-то отвечали на вопросы: сколько времени, куда дует ветер, насколько холодно, далеко ли до станции. Днём приборы выглядели скучно. Ночью они начинали казаться людьми, которые просто замолчали, когда вошёл директор.

Витрина с часами стояла в дальнем конце зала. На ней лежала табличка: «Карманные, настенные, сигнальные. XIX–XX века». Среди них был маленький будильник в зелёном корпусе. На циферблате время отставало на минуту, секундная стрелка делала рывок, потом замирала. Утром Марина заметила, что стрелки стоят на 03:17. Она решила, что механизм сломан.

В 00:40 она обошла залы, проверила пожарные двери и поставила чай в дежурной комнате. В 01:15 камеры показывали пустые коридоры. В 02:30 из запасного выхода снова потянуло холодом. Марина прикрыла дверь и подумала, что если написать брату сейчас, он ответит завтра. Или не ответит вообще. Она открыла переписку, набрала «Ты уже дома?» и стёрла.

В 03:17 в здании раздался один короткий звонок.

Не громкий. Не похожий на сигнализацию. Скорее на тот звук, который издаёт старый телефон, когда кто-то нажимает кнопку и тут же передумывает.

Марина посмотрела на монитор. В закрытом зале никого. В коридоре — никого. Картинка не зависла: на экране двигались часы, будто проверяли её терпение.

Она взяла фонарь, но к дверям не пошла. Правило номер три. Вместо этого открыла список камер. На секунду экран погас, и когда вернулся, на всех четырёх изображениях часы в коридорах показывали 03:17.

Марина снова посмотрела на настенные часы дежурки. Было 03:18.

Она поднялась, подошла к окну и посмотрела на улицу. Светофор переключился с красного на зелёный, потом обратно. Значит, электричество в городе не исчезло. Телефон показывал 03:18 и уверял, что сеть есть. Только музей на мониторе будто застрял в одной минуте.

Марина набрала номер заведующего. Сбросила после первого гудка. Потом набрала снова. На этот раз он ответил сонным голосом:

— Не ходила?

— Нет. Но все камеры показывают одно время.

— На каких часах?

— На всех.

На той стороне повисла пауза.

— Проверь зелёный будильник, — сказал заведующий. — Только не открывай витрину.

Марина посмотрела на камеру у часов. Зелёный будильник стоял неподвижно. Стрелки — 03:17. Она ещё не успела спросить, откуда заведующий знает про будильник, как он сам добавил:

— Если он начнёт идти, позвони мне. Не подходи к окну и никому не звони.

Связь оборвалась.

Это уже не походило на шутку. Марина открыла журнал дежурств, который лежал у пульта. В нём были обычные записи: «лампа в третьем зале мигает», «проверить замок», «чайник шумит». Последняя строка была написана её почерком — хотя Марина ещё ничего туда не записывала:

«03:17. Не отвечать на звонок из зала».

Она проверила страницу выше. Пусто. Ни чернил, ни отпечатка. Марина провела пальцем по бумаге. Строка была вдавлена так, будто её только что вывели шариковой ручкой.

И тут зазвонил телефон.

На дисплее не было номера. Только слово «ЗАЛ».

Марина не взяла трубку. Звонок повторился. Три раза. Потом смолк.

На экране камер время сменилось на 03:18. Витрина оставалась в темноте, зелёный будильник — неподвижным. А телефон дежурки тихо щёлкнул, словно внутри кто-то поднял трубку.

Из динамика прозвучал голос самой Марины. Не запись, не похожий голос — её собственный, только уставший и чуть хриплый:

— Если ты слышишь это, значит, я всё-таки позвонила.

Потом динамик зашуршал.

А следом голос добавил:

— Не пиши брату. Он уже в музее.

Марина посмотрела на экран. В дальнем конце коридора, у двери закрытого зала, стоял человек в её куртке.

Он поднял голову и посмотрел прямо в камеру.

На часах в углу изображения снова было 03:17.

Она не заметила, как отодвинула стул. Под локтем дрогнула кружка, на стол пролилась тонкая лужа чая. В ней отражался монитор, и на мгновение Марине показалось, что человек в коридоре смотрит не в камеру, а на это отражение — прямо ей в глаза. Она отступила к двери дежурки и нащупала ручку. Дверь была заперта изнутри, хотя она точно помнила, что не поворачивала ключ.

Телефон снова щёлкнул. В трубке прошептали: «Не открывай. Это не я». И в ту же секунду человек на экране поднял руку, показал на витрину с часами, а потом приложил палец к губам. Марина впервые поняла, что в музее есть не только правила заведующего. Есть ещё кто-то, кто знает её имя.