В новом выпуске подкаста StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его соведущий Мэтт Киршен обсуждают будущее авиации с доктором Венди Около, аэрокосмическим инженером Исследовательского центра Эймса (NASA). В центре дискуссии — переход от традиционных самолетов к интеллектуальным системам, сложности полетов в разреженной атмосфере Марса и этические дилеммы полной автоматизации неба.
🚀 NASA и «система систем»: за пределами космоса 0:01
Хотя NASA чаще всего ассоциируется с освоением космоса, первая буква в аббревиатуре названия агентства означает «Аэронавтика» (Aeronautics). По словам Венди Около, значительная часть бюджета организации выделяется именно на авиационные исследования, хотя точные цифры в сравнении с космическими программами она не называет . Около работает в Отделе интеллектуальных систем в Центре Эймса (Калифорния), где исторически располагались крупнейшие в мире аэродинамические трубы .
Венди Около ввела в дискуссию понятие «система систем» (system of systems), которое описывает современный подход к инженерии:
- Иерархия сложности: компонент входит в систему, а системы объединяются в «систему систем» .
- Пример: управление воздушным пространством региона, где взаимодействуют десятки самолетов и дронов. Это требует холистического взгляда на трафик, а не просто проектирования одной машины .
- Оптимизация: инженерный подход учитывает не только движение транспорта, но и светофоры, пешеходов и даже окружающую среду .
🌬️ Физика атмосферы: от Земли до Марса 8:45
Движение через воздух — это постоянная борьба с давлением. Как объясняет Венди Около, любое тело, движущееся в атмосфере, возмущает распределение давления на своей поверхности, что порождает силы, препятствующие движению .
Ключевые факторы аэродинамики, упомянутые в интервью:
- Уравнение подъемной силы: она зависит от плотности воздуха, скорости полета, площади крыла и коэффициента подъемной силы .
- Гравитация и вес: на других планетах, таких как Марс, вес аппарата меняется из-за другой гравитационной постоянной, что требует иных параметров для взлета .
- Плотность среды: хотя на Марсе гравитация слабее и вес меньше, атмосфера там крайне разрежена. Это снижает способность аппарата генерировать подъемную силу .
Нил Деграсс Тайсон отметил, что именно из-за разреженного воздуха в высокогорных аэропортах (например, в Денвере) взлетно-посадочные полосы длиннее обычного . По мнению Венди Около, изменение климата также влияет на аэронавтику: повышение температуры и влажности усложняет навигацию, заставляя пилотов чаще облетать штормовые системы .
✈️ Дизайн крыльев: почему самолеты не летают на границе космоса 17:19
Слушатели StarTalk поинтересовались, почему коммерческие рейсы не летают выше, где сопротивление воздуха (drag) меньше. Около объясняет это необходимостью «золотой середины» в оптимизации .
- Проблема кислорода: чем выше летит самолет, тем более разреженным становится воздух. Реактивному двигателю приходится тратить больше энергии на сжатие воздуха, чтобы получить достаточно кислорода для сгорания топлива .
- U2 против SR-71: эти самолеты решают проблему высоты по-разному. Разведывательный самолет U2 имеет огромный размах крыльев и летит относительно медленно. SR-71 Blackbird, напротив, имеет небольшие крылья, но компенсирует разреженность воздуха колоссальной скоростью .
- Схема «Канард» (утки): наличие передних горизонтальных рулей может увеличить подъемную силу, но создает проблемы со статической и динамической стабильностью . В случае резкого порыва ветра такой самолет сложнее вернуть в нейтральное состояние без вмешательства компьютера.
По словам Около, современные цифровые расчеты и технология электродистанционного управления (fly-by-wire) позволяют проектировать самолеты, которые были бы неуправляемыми для человека в прошлом .
🚗 Летающие автомобили: где они и когда их ждать? 31:48
На вопрос Нила Деграсса Тайсона «Где, черт возьми, наши летающие машины?» Венди Около ответила, что проблема не только в технологиях, но и в инфраструктуре .
Препятствия на пути к массовому использованию летающих авто по версии Около:
- Управление трафиком: человечество еще не до конца освоило беспилотное вождение на земле, а управление трехмерным потоком в небе на порядок сложнее .
- Вес батарей: для перехода на электрическую тягу нужны легкие и емкие аккумуляторы, которые смогут удерживать заряд при перелетах на значительные расстояния .
- Шум и общественное согласие: хотя современные самолеты стали значительно тише, чем в 1960-х (Тайсон вспомнил, что раньше во время пролета самолета приходилось прерывать разговор на улице), шум винтов над жилыми кварталами остается проблемой .
Венди Около считает, что летающие машины станут реальностью, но реалистичные сроки — это вопрос десятилетий, а не ближайших лет .
🤖 Пилот против ИИ: кто спасет самолет в критической ситуации? 38:12
Современные пилоты не управляют самолетом вручную на протяжении всего полета — большая часть процесса автоматизирована . Однако Около подчеркивает важность человеческого фактора при встрече с «неизвестными неизвестными» (unknown unknowns) .
Позиции участников дискуссии:
- Нил Деграсс Тайсон склоняется к доверию компьютерам, утверждая, что они принимают решения быстрее людей и не подвержены депрессии или суицидальным наклонностям, в отличие от некоторых реальных случаев с пилотами .
- Венди Около возражает, указывая на ограниченность алгоритмов. Программы управления часто проектируются для конкретных рабочих режимов. Если система выходит за эти рамки (становится нелинейной), компьютер может повести себя непредсказуемо .
- Мэтт Киршен считает, что человек незаменим для исправления ошибок («багов») в программном обеспечении, которые могут привести к абсурдным действиям машины .
Венди Около утверждает, что главная задача NASA сейчас — научить ИИ имитировать человеческую интуицию и адаптивность через обучение с подкреплением (reinforcement learning), чтобы системы могли справляться с ситуациями, которые не были предусмотрены при программировании .
