В грузовом отсеке китайской ракеты-носителя нового поколения Long March-7, которая была успешно запущена в космос на прошлой неделе, на околоземную орбиту был доставлен космический аппарат с установленной на нем системой Tianyuan-1. Эта система, являющаяся разработкой ученых и специалистов из нескольких китайских университетов, предназначена для проведения дозаправки горючим искусственных спутников в космосе, в условиях микрогравитации.

Согласно информации, предоставленной китайским Национальным университетом оборонных технологий (National University of Defense Technology), впервые в истории система дозаправки успешно прошла первые "боевые" испытания в космическом пространстве. В ходе выполнения этой процедуры была выполнена подробная запись всех параметров процесса, который, к тому же, был задокументирован путем видеосъемки. Все данные передавались на Землю в режиме реального времени и туже подвергались мгновенному анализу.

"Процесс впрыска топлива был стабилен, все измерения параметров производились с высокой точностью, а компьютеризированная система обеспечивала точное и своевременное управление всем процессом дозаправки" - сообщили представители Национального университета оборонных технологий, - "Все это говорит о том, что система Tianyuan-1 полностью соответствует техническим требованиям и она исполнена на самом высоком техническом уровне".

Следует отметить, что процедура дозапаравки спутников топливом в космическом пространстве в условиях отсутствия гравитации или микрогравитации является чрезвычайно сложной с технической точки зрения процедурой. Над реализацией подобных технологий сейчас работают специалисты только нескольких стран на земном шаре, но в случае успеха этой затеи, она будет способна обеспечить значительное увеличения срока службы искусственных спутников и их способности к маневрированию с целью поддержания стабильной траектории движения.

Многие из наших читателей наверняка помнят одну из первых компьютерных игр 1980-х годов под названием "Pac-Man", которая по популярности не очень значительно уступала в свое время знаменитому "Тетрису". А ученые из Университетского колледжа юго-восточной Норвегии (University College of Southeast Norway) впервые перенесли сюжет игры "Pac-Man" в реальную жизнь. В заполненный жидкостью лабиринт, характерной для этой игры формы и размером не более одного миллиметра, они запустили группу микроорганизмов и наблюдали, как эти микроорганизмы упорно ищут друг друга.

Микроорганизмы, ставшие реальными участниками игры "Pac-Man" относятся к классу инфузорий (ciliates) и одноклеточных вида евглена (euglena), которые, изображая из себя Пак-Мана, стараются избежать многоклеточных организмов вида коловратки (rotifers), которые, в свою очередь, стараются их сожрать как в компьютерной игре. Исследователи добавили игре микроорганизмов большего сходства с компьютерной игрой, применив характерное синее освещение и световую индикацию происходящих событий.

Согласно Эрику Эндрю Джохэннессену (Erik Andrew Johannessen), профессору Отдела технологий микро- и наносистем (Department of micro- and nanosystem technology), такие сложности, связанные с изготовлением и использованием сложных микрожидкостных устройств, позволяют избавиться от некоторых проблем, с которыми ученые-микробиологи сталкиваются во время проведения экспериментов в обычной чашке Петри. В среде этой чашки микроорганизмы разных видов смешиваются друг с другом, а сама чашка Петри не позволяет использовать все возможности технологий микроскопии.

Более тонкие и плоские "микролабиринты" позволяют исследователям изучать поведение микроорганизмов в среде, более близкой к их естественной среде обитания, которая моделируется в виде микроскопических каналов и других элементов лабиринта.

Проект, в ходе которого ученые и устроили игру микроорганизмов в "Pac-Man", продолжается уже в течение одного года. А в ближайшем будущем группа профессора Джохэннессена планирует создать некто вроде цифровой системы, которая позволит с высокой точностью отслеживать передвижение каждого из микроорганизмов в лабиринте, что может быть использования для поиска объяснений некоторым особенностям их поведения.

28 июня 2016 года, в ходе проведения очередных исследований на Большом Адронном Коллайдере, датчики эксперимента LHCb зарегистрировали факт появления трех новых экзотических частиц и четвертой подобной частицы, о существовании которой было известно ранее. Экзотическая природа этих частиц заключается в том, что они состоят из четырех кварков, двух кварков и двух антикварков, фундаментальных "кирпичиков", из которых состоит вся окружающая нас материя. Эти частицы, называемые тетракварками, были включены в широкую категорию экзотических частиц, а теоретическая интерпретация их природы является объектом дополнительных исследований.

Кварковая модель, разработанная в 1964 году физиками Марри Гелл-Ман (Murray Gell-Mann) и Джорджем Цвейгом (George Zweig), является на сегодняшний день самой точной и полной системой классификации адронов (сложных частиц), она является одной из составных частей Стандартной Модели физики элементарных частиц. В кварковой модели все частицы классифицируются по их кварковому "содержимому", к примеру, все адроны состоят из различных комбинаций пары кварк-антикварк (мезоны) или комбинаций трех кварков (барионы). Но в течение последнего десятилетия были получены доказательства существования частиц, состоящих более чем из трех кварков, к примеру, в 2009 году была найдена частица X (4140).

Однако, параметры частицы X (4140) не были точно определены даже после ее обнаружения, это удалось сделать несколько позже только ученым эксперимента LHCb, оборудование которого обеспечивает достаточно высокую точность измерений. Новые данные окажут большое влияние на область теоретической физики и позволяют исключить некоторые из предложенных теорий, касающихся природы этих экзотических частиц.

В то время, как ученым уже удавалось наблюдать появление тетракварка X (4140), то новым частицам X(4274), X(4500) и X(4700), имеющим большую массу, до последнего времени удавалось ускользать от внимания ученых. Но самым интересным является тот факт, что все эти четыре частицы имеют абсолютно одинаковое кварковое "наполнение", они отличаются друг от друга только внутренним строением, которое определяет их разницу в массе, энергии и в значениях квантовых параметров.

Новые частицы были "пойманы за руку" во время наблюдений за процессом распада B+ мезона на мезоны других типов. В ходе этого процесса появляется множество промежуточных частиц, а новые частицы были обнаружены благодаря совмещению набора данных, полученного в ходе первого периода работы коллайдера (2010-1012 г.) и данных, полученных в последнее время при работе коллайдера на новом уровне мощности.

Буквально на днях Юпитер стал менее "одинок", благодаря тому, что космический исследовательский аппарат Juno прибыл в район этой планеты, совершив путешествие через космической пространство, длившееся пять лет. Сигналы, принятые сетью дальней космической связи Deep Space Network, принесли информацию о том, что аппарат успешно произвел 35-минутную серию включений своих двигателей, которая привела к изменению траектории полета, что обеспечило выход аппарата на стабильную круговую орбиту. И этот момент можно считать моментом начала основной 20-месячной миссии космического аппарата Juno.

Согласно информации от НАСА процедура сближения аппарата Juno с Юпитером началась несколько дней назад. Система космического аппарата получила все необходимые обновления и данные, после чего аппарат начал подготовку к совершению финальных маневров. Все бортовые научные инструменты были обесточены, были отключены некоторые из подсистем обнаружения ошибок, которые могли послужить помехой во время маневрирования. Бортовой компьютер был запрограммирован на выполнение процесса быстрой перезагрузки в случае каких-либо неприятностей, и было предпринят еще ряд дополнительных мер, нацеленных на предотвращение возможности прерывания процедуры маневрирования.

За два часа до начала маневров аппарат "отвернулся" от Солнца для того, чтобы его главный двигатель был сориентирован в необходимом направлении. С этого момента и до конца маневрирования все оборудование аппарата Juno получало питание от аккумуляторных батарей. За несколько десятков минут до маневрирования аппарат стабилизировал свое положение в пространстве и увеличил скорость вращения вокруг своей оси с двух до пяти оборотов в минуту.

Поскольку Юпитер находится на расстоянии 869 миллионов километров от Земли, радиосигналам требуется 48 минут и 19 секунд для того, чтобы достичь Земли. Из-за такой задержки, которая исключает все возможности оперативного вмешательства, все процедуры маневрирования были выполнены аппаратом Juno в автоматическом режиме. Маневры были завершены 5 июля 2016 года в 03:53 по времени Гринвичского меридиана, аппарат Juno "погасил" свой двигатель, уменьшил скорость вращения опять до двух оборотов в минуту и сориентировал себя, подставив плоскости солнечных батарей лучам Солнца.

Спустя 58 минут после начала выполнения маневров аппарат возобновил передачу на Землю телеметрической информации. А еще через два дня система аппарата снова включит все бортовые исследовательские приборы и инструменты.

Аппарат Juno (Юнона) получил свое название в честь римской богини и жены бога Юпитера. Он является первым аппаратом на солнечной энергии, совершившим полет до планет внешнего пояса Солнечной системы, он является вторым космическим аппаратом на орбите Юпитера и первым, орбита которого будет проходить над полюсами планеты. Аппарат Juno вместе с развернутыми солнечными батареями занимает площадь, эквивалентную площади баскетбольной площадки, а его научные инструменты и космическая электроника надежно защищены от излучения радиационных поясов Юпитера прочным и толстым титановым корпусом.

Космический аппарат Juno был выведен в космос ракетой-носителем Atlas/Centaur, запущенной со стартовой площадки 41 (Space Launch Complex 41) космодрома на мысе Канаверал 5 августа 2011 года. Спустя пять лет путешествия в космическом пространстве аппарат добрался до Юпитера, путь к которому начался в 2013 году, а до этого, используя Землю в качестве гравитационной "рогатки", аппарат набирал нужную ему скорость. В общей сложности все расстояние, пройденное аппаратом Juno в космосе, составляет 2.8 миллиарда километров.

Находясь над Юпитером, космический аппарат Juno будет производить съемку планеты с высокой разрешающей способностью, акцентируя свое внимание на полярных областях планеты. Аппарат будет искать подсказки относительно истории формирования Юпитера, пытаться проникнуть в глубину планеты с целью изучения ее строения, изучать магнитные поля и гигантские сияния, возникающие в атмосфере в районе полярных областей.

В настоящее время для экономии топлива аппарат Juno пребывает на временной орбите с периодом обращения в 53.5 суток. Следующее включение двигателей, которое будет произведено в октябре этого года, переместит аппарат на плановую, сильно эксцентричную 14-суточную орбиту, нижняя точка которой будет проходить на высоте 4200 километров от границы атмосферы Юпитера. Основная миссия аппарата будет проводиться в течение 20 месяцев, после чего сильная радиация, которая начала воздействие на электронику аппарата уже сейчас, приведет к утрате работоспособности большинства систем аппарата. И 20 февраля 2018 года аппарат совершит самоубийственное погружение на большой скорости в атмосферу планеты, где он полностью сгорит для того, чтобы избежать биологического загрязнения газового гиганта.

В течение предыдущих десяти лет вычислительная мощность процессоров компьютеров повышалась в основном за счет увеличения количества вычислительных ядер, а не за счет изменений архитектуры и увеличения их тактовой частоты. Такой подход позволяет компьютерам и смартфонам быть более эффективными с точки зрения потребляемой энергии, однако, дело написания программ, которые используют все преимущества многоядерной архитектуры, требует использования некоторых тонкостей и хитростей. Swarm, новая многоядерная архитектура, разработанная специалистами Массачусетского технологического института, позволит решить проблему, связанную с программным обеспечением. Требуя, чтобы программисты внесли лишь незначительные поправки в исходный код программ, эта архитектура позволит получить в некоторых случаях 75-кратное ускорение работы программ.

Опытный образец 64-ядерного процессор Swarm, разработанный и созданный группой профессора Даниэля Санчеса (Prof. Daniel Sanchez), включает в себя специализированную схему, выполняющую автоматическую расстановку приоритетов выполняющихся задач, перекладывая это бремя с плеч программистов на плечи аппаратной части. А делается все это весьма эффективно и достаточно простым способом.

Написание программы, предназначенной для исполнения на многоядерных процессорах, походит на координирование работы многочисленной команды в рамках достаточно сложного проекта. Некоторые задачи могут быть выполнены только определенными членами команды, а те, которые могут выполняться всеми членами команды, должны быть равномерно распределены между всеми. В деле разработки программного обеспечения такое планирование является чрезвычайно сложной задачей, отнимающей много времени и существенно повышающей накладные расходы, которые приводят к снижению скорости работы программ. Поэтому распараллеливание программного обеспечения пока рентабельно только в рамках разработки больших программных комплексов, когда отдельные нити программы насчитывают более тысяч строк исходного кода.

Кроме этого, при создании параллельных программ разработчики все время сталкиваются с проблемой конфликтов доступа к одним и тем же данным со стороны различных параллельно работающих частей программы. Для решения этой проблемы используются специальные механизмы блокировки и синхронизации, позволяющие организовать очередь доступа к общедоступным данным.

Архитектура Swarm сама занимается всеми вышеописанными проблемами при помощи специальной схемы, своего рода диспетчера. Этот диспетчер позволяет быстро выстроить самую эффективную схему распределения приоритетов, которая позволяет выполнить с максимально возможной скоростью даже самую незначительную задачу. В результате этого программистам не требуется делать никаких дополнительных усилий, им необходимо лишь включить в состав своей программы несколько строчек кода и программа начнет выполняться в десятки раз быстрей.

"У архитектуры Swarm имеется несколько очевидных преимуществ перед обычными многоядерными архитектурами" - рассказывает профессор Санчес, - "Swarm поддерживает эффективное распараллеливание даже крошечных задач, состоящих всего из нескольких десятков инструкций. Это, в свою очередь, позволяет максимально эффективно использовать все аппаратные ресурсы многоядерных систем, ведь даже большие программы легко разделяются на множество независимых маленьких блоков".

"Кроме этого, Swarm поддерживает глобальное распределение приоритетов с учетом даже самых маленьких процессов и в этом заключается его главное отличие от обычных многоядерных систем".

Для проверки эффективности работы архитектуры Swarm профессор Санчес и его команда использовали шесть стандартных алгоритмов, исполненных в двух видах, в оптимизированном и неоптимизированном для параллельных вычислений. Неоптимизированный вариант, в который были включены участки кода для архитектуры Swarm, показал среднее 18-кратное превосходство перед просто оптимизированным вариантом. А превосходство неоптимизированного варианта с включением кода Swarm перед просто неоптимизированным вариантом составило 75 раз.

Исследователи уверены, что сложности разработки программного обеспечения для многоядерных процессоров служат тем тормозом, из-за которого производители процессоров сдерживают дальнейшее увеличение количества вычислительных ядер в процессорах. Архитектура Swarm позволит решить эту проблему и открыть путь новому поколению процессоров общего назначения, которые могут содержать десятки, сотни и даже тысячи ядер, ресурсы которых будут использоваться программным обеспечением с максимальной эффективностью.

А в настоящее время группа профессора Санчеса работает над методами, позволяющими уменьшить количество обмена данными, что позволит сделать архитектуру Swarm еще более эффективной. Кроме этого, ученые ведут создание новых моделей программного обеспечения, которые подходят для выполнения на процессорах Swarm наилучшим образом.