Что такое искусственный заземлитель: Естественные и искусственные заземлители. Устройство и расчёт

Естественные и искусственные заземлители. Устройство и расчёт

Если в городской квартире с занулением все более или менее ясно, то обладателям собственного дома есть над чем голову поломать.

Как правило, подвод в такие дома осуществляется посредством ВЛ электропередачи, и щиток (который, как правило, выполнен со всеми возможными нарушениями ПУЭ) в доме не заземлен (да и не может быть заземлен гетинакс или дерево). В таких случаях использовать приходящий N-проводник еще и в качестве PE, мягко говоря, опрометчиво.

При обрыве нулевого провода на линии (на опорах электропередачи он, кстати, в самом низу, за исключением опор, по которым проброшена еще и сеть уличного освещения) при однофазном питании мы имеем обратку на корпусе приборов, а при трехфазном — то же плюс разноименную фазу на нулевом проводнике. При обрыве на линии (дерево, например, упало) мы имеем все шансы получить чистую фазу на нуле (в этом случае выручает защитное отключение при превышении напряжения в сети. См. п. 7.1.21 ПУЭ). В общем, необходимо что-то изобретать с заземлением. Ведро закапывать не советую — если вдруг поможет, то ненадолго. Посмотрим, что по этому поводу говорят ПУЭ:

1.7.39. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается.

В обоснованных случаях рекомендуется выполнять защитное отключение (для переносного электроинструмента, некоторых жилых и общественных помещений, насыщенных металлическими конструкциями, имеющими связь с землей).

1.7.70. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

1. проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывчатых газов и смесей, канализации и центрального отопления;
2. обсадные трубы скважин;
3. металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;
4. металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т. п.;
5. свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться при количестве кабелей не менее двух;
6. заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;
7. нулевые провода ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух;
8. рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

1.7.71. Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не распространяется на опоры ВЛ, повторное заземление нулевого провода и металлические оболочки кабелей.

1.7.72. Для искусственных заземлителей следует применять сталь. Искусственные заземлители не должны иметь окраски. Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей приведены ниже:

• Диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм:
  • Неоцинкованных — 10
  • Оцинкованных — 6
• Сечение прямоугольных заземлителей, мм² — 48
• Толщина прямоугольных заземлителей, мм — 4
• Толщина полок угловой стали, мм — 4

Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ выбирается по термической стойкости (исходя из допустимой температуры нагрева 400°С).

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т. п.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

В случае опасности коррозии заземлителей должно выполняться одно из следующих мероприятий:

• увеличение сечения заземлителей с учетом расчетного срока их службы;
• применение оцинкованных заземлителей;
• применение электрической защиты.

В качестве искусственных заземлителей допускается применение заземлителей из электропроводящего бетона.

Итак, смотрим на возможность использования естественных заземлителей. Если такая возможность есть, то делаем отвод от них. Отвод делаем только посредством сварки. В качестве заземляющего проводника используем полосовую сталь сечением не менее 48 мм² при толщине не менее 4 мм, или угловую сталь с толщиной полки не менее 2,5 мм. Полосу или уголок заводим в помещение, где можно развести или контур заземления (стальная полоса сечением не менее 24 мм², толщиной не менее 3мм), или, приварив к полосе (уголку) болт, заводим на него медный проводник (от 2.5 мм²), который и будет PE-проводником.

Изготовление искусственного заземлителя — достаточно непростая задача, хотя бы исходя из объема грунта, который требуется перекидать.

Но прежде чем взять в руки лопату, нам понадобятся некоторые расчеты и некоторые данные.

Для начала нам необходимо знать удельное сопротивление грунта.

Следует учитывать, что заземлители монтируются на глубине, превышающей глубину промерзания. Скажем, для средней полосы вертикальный стержень забивается из траншеи глубиной более 0.6 м.

Ниже приводятся формулы для расчета сопротивления заземлителей.

Для вертикально заглубляемого стержня, у которого верхний конец находится на глубине до 0,8 м:

где — длина стержня, м; d — диаметр стержня, м; t — расстояние от поверхности земли до вершины стержня, м; — расчетное удельное сопротивление, Ом·м.

где — коэффициент сезона для вертикальных стержней. Для Московского региона =1.6…1.8. Собственно, коэффициент этот зависит от средней температуры летом, зимой и количества осадков в регионе. Чем ниже средняя температура, тем больше коэффициент (для Архангельска 1.8…2.0; для Краснодара — 1.2…1.4).

Сопротивление заземления горизонтальной полосы длиной l (м) и шириной b (м), расположенной на глубине t (м) от поверхности земли, можно подсчитать по формуле:

где .

— коэффициент сезона для горизонтальных заземлителей (для Москвы 3. 5…4.5).

Пример 1:

Рассчитаем сопротивление заземлителя из стального прутка диаметром 10 мм, длиной 5 м, забиваемого из приямка глубиной 1 м.

Напоминаю, что сопротивление заземляющего устройства в сети 380/220 должно быть не больше 4 Ом.

Пример 2:

Попробуем произвести расчет реального заземляющего устройства для некоего дома с длиной стены 20 м (пусть он квадратный будет). Для того, чтобы обеспечить наилучшее растекание тока и выровнять потенциал, изготовим наше устройство из шести стержней, рассчитанных выше и забитых равномерно по периметру дома. Стержни будут соединены между собой стальной полосой с шириной стороны 30 мм.

Сначала рассчитаем сопротивление горизонтального заземлителя:

Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей равно 40/6=6.7 Ом

Общее сопротивление заземляющего устройства будет равно:

Можно сказать, что уложились. Далее дело за замерами.

Ввод в помещение осуществляется с не менее чем двух разных точек (диаметрально противоположных) заземлителя. Все соединения выполняются только посредством сварки.

Еще один маленький момент. Для того чтобы копать вглубь и вширь, надо иметь четкое и однозначное представление о том, что находится в земле. Даже имея на руках кальку с нанесенными на ней коммуникациями, осторожный человек обязательно пригласит представителей организаций, чьи интересы могут быть, так сказать, задеты. Лицензия на раскопки — само собой. К вопросу о перестраховке… Очень неприятно войти ломом в кабель 10 кВ. Или порвать, к примеру, оптоволоконный кабель. Впрочем, в загородном доме и даче риск наткнуться на «сюрприз» меньше.

Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители: отличия искусственных и естественных

Заземление является главным защитным инструментом, предотвращающим риск поражения человека электрическим током. Без него использование электротехники небезопасно, поэтому оно должно присутствовать и в городской квартире, и в частном доме. Заземлительная система может быть естественной или искусственной. Создавая защитную конструкцию самостоятельно, важно знать, из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители.

Разновидности конструкций

Применение неправильно подключённых электроприборов может быть небезопасным. Опасность состоит в том, что в процессе использования может случиться пробой, в результате которого напряжение перейдёт на корпус устройства. Это напряжение может как вывести из строя сам прибор, так и нанести человеку электротравму разной степени тяжести (вплоть до летального исхода). Для предотвращения подобных проблем могут быть использованы два вида заземления:

• Естественное. К нему относятся массивные конструкции, постоянно находящиеся в земле. Роль естественных заземлителей отводится фундаментам зданий, водопроводным трубам, металлоконструкциям и шпунтам, хорошо закреплённым в грунте. Достоинство таких конструкций в том, что на обеспечение заземления с их помощью не требуется дополнительных затрат. Однако сопротивление естественного контура невозможно рассчитать.
• Искусственное. Заземление такого рода создаётся специально из горизонтальных и вертикальных элементов (электродов), изготовленных из определённого материала и имеющих конкретный размер. В качестве основных элементов искусственного контура чаще всего выступают стальные детали, имеющие круглую или угловую форму. Качество такого заземления зависит от сопротивления, которым обладают искусственные заземлители. Определение сопротивления каждого электрода осуществляется по специальной формуле.

Во всех современных устройствах, работающих за счёт электроэнергии, предусмотрено заземление. Всё, что требуется сделать — просто обеспечить соединение с основной заземлительной системой.

Элементы искусственного контура

Несмотря на то что естественные и искусственные заземлители выполняют одинаковую функцию, заключающуюся в защите от поражения электрическим током, использование первых не всегда оказывается целесообразным. Установка искусственной конструкции необходима, когда:

1. Она является единственно возможной.
2. Естественный контур не выдерживает токовых нагрузок.

И в том, и в другом случае оптимальным решением является создание искусственной заземлительной системы с проведением предварительных расчётов. В процессе таких расчётов определяется форма, размер контура и материал, из которого будут выполнены электроды. В качестве основы для них обычно используют сталь, которая имеет покрытие:

• Из цинка. Обеспечивает устойчивость к действию коррозии и кислотной среды. Детали из такого материала отличаются низким сопротивлением.
• Из меди. Для стали и меди характерно хорошее сцепление, поэтому такие электроды обладают высокой прочностью и хорошо контактируют с другими материалами. Имеют отличную электропроводимость и долгий срок службы, обеспечивающийся за счёт низкой электрохимической активности металлов.

Ещё один вариант изготовления электродов (из чёрных металлов) обладает существенным недостатком, выражающимся в низкой устойчивости к коррозии и ржавчине. Из-за высокой прочности сопротивление растеканию тока возрастает, в результате этого создаётся очень опасная для человека ситуация.

Расположение электродов

Входящие в общую заземлительную конструкцию детали могут располагаться вертикально или горизонтально. При первом способе монтажа электроды закапываются в грунт на 70 см. При этом их длина не должна превышать 5 м, а диаметр должен находиться в диапазоне 10−16 мм.

Горизонтальный метод укладки предполагает углубление заземлителей на 50 см (в случае с пахотной землёй на — 1 м). Горизонтально расположенные стальные пруты диаметром более 1 см (либо стальные полосы толщиной более 4 мм) используются для связывания вертикально установленных элементов, стыки между ними фиксируются при помощи сварки. Такой метод показывает свою эффективность лишь при достаточной электропроводимости верхнего слоя грунта.

Правила устройства электроустановок обязывают обеспечить заземление для электрооборудования бытового и промышленного назначения. Чётких требований относительно того, как электроды должны располагаться в грунте, не существует. В каждом конкретном случае это определяется индивидуально.​

Электрическая безопасность, созданная с помощью искусственных заземлителей, реализуется с помощью уменьшения разности потенциалов и отвода блуждающего тока. Ток утечки возникает вследствие взаимодействия заземляющего элемента и фазного кабеля. Одновременно обеспечивается бесперебойное и эффективное функционирование электротехники.

Особенности установки

Для того чтобы искусственная заземлительная конструкция эффективно выполняла защитную функцию, она должна быть правильно установлена с применением техники и специального оборудования. При укладке двух горизонтальных электродов от заземляемой части установки их необходимо располагать в противоположном направлении. Если количество заземлителей больше двух, их монтаж требуется проводить под наклоном в 90−120 градусов. Таким образом удастся достичь улучшенного показателя сопротивляемости деталей.

В процессе установки происходит распределение электрических потенциалов. Наличие существенной разницы показателей на поверхности земли и внутри неё повлечёт за собой возникновение опасных напряжений. С целью предотвращения такой ситуации и выравнивания параметров применяется искусственный заземлительный элемент в виде сетки, когда горизонтальные электроды располагаются вдоль и поперёк, а места их пересечений фиксируются сваркой.

При таком способе укладки необходимо избегать слишком близкого расположения электродов друг к другу. Иначе возникнет экранирование, которое существенно уменьшит эффективность заземлителей.

Заземлители искусственного типа должны иметь естественный цвет, их нельзя окрашивать, поскольку это приведёт к образованию изоляционного слоя. Он ограничит протекание электричества в грунт. Покрывать битумной краской разрешается только места соединения проводников, обработанные сваркой. Такое покрытие защитит элементы от раннего разрушения.

Самой простой и эффективной (с точки зрения монтажа и эксплуатации) считается установка круглой заземлительной конструкции. Она имеет низкую себестоимость, поскольку для её изготовления требуется минимальное количество материалов. Коррозийная устойчивость круглого контура значительно выше, чем контуров другой формы.

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

виды, от чего защищает, применение, схема подключения

Такие заземлители являются одним целым проводником. Они должны удовлетворять требованиям правил устройств электроустановок касательно электрического сопротивления. Базовым материалом, применимым для элементов заземления – сталь. В случае невозможности использования стали, как альтернатива применимы алюминий и медь. В статье расскажем про естественный заземлитель, рассмотрим основные виды.

От чего защищает заземлитель

Главное предназначение заземлителя – создание защиты от воздействия электрического тока. Заземление обеспечивает защиту самого человека и электроприборов. Существуют два основных вида заземления:

• защитное;
• рабочее.

Рабочее – в первую очередь служит для обеспечения безопасной работы большинства электрических приборов. Базовой задачей такой разновидности защиты есть реализация бесперебойного использования электрических установок, а также приборов такого рода в их нормальном режиме.

Защитное – основная цель заключается в обеспечении безопасности. Такой вид заземления позволяет снизить вероятность выхода из строя аппаратуры при воздействии на нее скачков тока либо напряжения. Данный тип обеспечивает защиту человека при работе с электрическим оборудованием. Причинами возникновения опасных значений тока и напряжения – удар молнии или неправильная эксплуатация рабочего оборудования.

Сравнение естественного и искусственного контура

Естественный контур – совокупность металлических конструкций, контактирующих с грунтом для обеспечения заземления. Заземлителем естественного типа может быть:

• разновидность металлических сооружений, таких как арматуры строительных конструкций, которые контактируют с грунтом;
• трубопроводы различного назначения, располагающиеся в земле.

Такой тип защитного контура должен быть связан с объектом минимум двумя заземляющими элементами. Они как правило монтируются в разных участках конструкции.

Нельзя применять в качестве естественного заземления:

• трубные металлоконструкции токсичных веществ и горючих газов;
• трубы, используемые коррозионностойкую изоляцию;
• канализационные магистрали и отопительные системы.

Искусственный контур – металлические специальные приспособления, устанавливаемые в грунт для реализации заземления. Примеры таких контуров:

• стальные балки, трубы, уголки, стержни, установленные в грунт;
• заложенные в землю металлические полотна, различной формы.

Пример заземлителя в виде стального стержня с подключенным проводником заземления.

Все элементы искусственного контура должны иметь коррозионностойкие электрические проводники (из цинка, меди). Читайте также статью: → «Защитное заземление».

Преимущества и недостатки устройств заземления

• Естественные устройства заземления лучше использовать в тех случаях, когда они позволяют обеспечить все требования техники безопасности, предъявляемые к ним.
• Контуры заземления искусственные рекомендуется использовать для уменьшения величин токов, которые будут уходит в земли через естественные заземлители.
• В большей степени можно обойтись использованием только естественных заземлительных приспособлений. Это прежде всего сохранит затраты на покупку дополнительных материалов, а также гораздо уменьшит трудовые и физические затраты. Кроме того, использование естественных приспособлений гораздо проще в применении нежели искусственных.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ)

В связи с ПУЭ происходит сооружение новых и реконструкция старых электрических установок. Речь идет о сооружениях питаемые переменным и постоянным токами с напряжением менее 750 кВ. Содержание вышеуказанных правил, необходимо применять для существующих конструкций, если это помогает повысить производительность и надежность электрического сооружения, а также способствует усовершенствованию требований техники безопасности. ПУЭ дает указание к проведению и ремонту всех электрических установок, а также производить их наладку и ремонт.

Использование фундамента как естественного заземлителя

Подготовка к сварке стальных арматурных прутков перед заливкой бетонного фундамента.

Заземлители в виде железобетонных фундаментов применяют только в случаях, когда бетонные конструкции спроектированы в виде отдельных блоков, соединенных между собой. Для более надежного построения, арматурные сваи сваривают между собой электродуговой сваркой.

Сегодня применение заземлителей на железобетонных фундаментах зданий возможно лишь при влажности грунта не более 3%. На сооружения могут воздействовать исключительно слабоагрессивные либо неагрессивные вещества.

Использование труб как естественного заземлителя

Если же за основу взят заземлитель трубопровода, то подключение производится на задвижке трубы через перемычку. Использование канализационной трубы как заземлителя крайне нежелательно, поскольку будет иметь место слабый электрический контакт в стыках металлоконструкции.

В качестве заземлительного проводника нельзя использовать водопроводные трубы или трубы, предназначенные для отопления. В трубопроводе могут присутствовать нетокопроводящие вставки, следовательно, это нарушит электроконтакт. Также на плохую электропроводность влияет коррозия. Читайте также статью: → «Разновидности систем заземления».

Монтаж и соединение заземлителей

Разновидности грунта, подходящие под строительство заземления:

• суглинок;
• глина;
• торф.

Приведенные различные виды почв, в которых рекомендуется проводить установку заземлителей.

Разновидности грунта, не подходящие под строительство заземления:

• каменный грунт;
• скальный грунт.

Приведенные различные виды почв, в которых не рекомендуется проводить установку заземлителей.

Таблица 1. Показания удельных сопротивлений различных типов грунта, необходимые при монтаже заземления.

Каждый тип грунта, обладает при определенных условиях различными свойствами. Заземлительные электроды, зачастую выполняются из меди либо черного металла, покрытого цинком.

Таблица 2. Рекомендуемые сечения стальных (без покрытия) электродов для выполнения монтажа заземления.

Таблица 3. Рекомендуемые сечения медных электродов для выполнения монтажа заземления.

Таблица 4. Рекомендуемые сечения стальных оцинкованных электродов для выполнения монтажа заземления.

В виде электродов, для прокладки заземления можно применить:

• уголок из стали с номинальными размерами 50 х 50 х 5, имеющие сечение 480 – 500 мм²;
• полосу из стали с номинальными размерами 40 х 4, имеющие сечение 160 – 200 мм².

Изображения нескольких разновидностей электродов, которые рекомендуется применять при различных видах заземления.

Отобранные вертикальные заземлительные материалы вкапываются в землю не полностью. Над поверхность должно остаться 20-25 см электрода. На следующем этапе электроды привариваются к стальным уголкам, установленным по периметру в виде треугольника.

Схема подключения стальных уголков, сваренных между собой по периметру в виде треугольника.

Совет #1. По окончанию монтажа, обязательно необходимо выполнить измерение сопротивления заземления.

Какие естественные заземлители использовать для частного дома

В качестве естественных заземлителей используются:

1. Стальные и железобетонные сооружения, которые имеют непосредственный контакт с землей. К ним относятся фундаменты железобетонных зданий и сооружений, имеющие гидроизоляцию в условиях слабо- и среднеагрессивных условиях.
2. Водопроводные трубопроводы, проложенные в грунте.
3. Стальные фрагменты сооружений гидротехнического назначения.
4. Иные элементы металлических конструкций и построений.

Защитный контур должен обеспечивать надежную защиту человека от воздействия на него электрического тока в случае соприкосновения с металлическими нетоковедущими фрагментами. Эти элементы могут находится под напряжением в случае выхода из строя изоляции. Читайте также статью: → «Монтаж контура заземления в доме».

Совет #2. Устанавливать защитное оборудование рекомендуется при непосредственном соприкосновении стальных частей электрических установок с «землей» либо с ее аналогом.

Практические вопросы по установке заземлителей

Вопрос №1. Какие разновидности природного заземления применяется на электролиниях?

В данном случае рекомендуется использовать свай, различные подножки железобетонные. Они будут играть роль заземлителей. Если же сопротивление грунтового покрова около 300 Ом/м, такое строение будет наиболее рациональное. Исходя из практики, грунтовая почва через определенной период после установки контура, будет со временем увлажняться. Тем самым смонтированная конструкция будет постепенно превращаться в естественный заземлитель. Сопротивление такой монтажной установки будет не сильно изменятся в течении времени работы, это позволяет просто не учитывать такие изменения.

Вопрос №2. В каких случаях применяется фундамент из железобетона в качестве заземлительного контура?

Такое строительное решение возможно, если используемая площадь грунта имеет влажность не менее 3%. При таком показателе влажности, бетон может оказывать гораздо большее сопротивление и как следствие не быть надежным заземлительным строением. Железобетон является защитным контуром, если на него не будут действовать токсичные и агрессивные среды.

Вопрос №3. Случаи, запрещающие использование фундамента на основе железобетона?

Железобетонная основа не является природным защитным контуром, если такое сооружение имеет нагруженные арматурные балки. При таких условиях бетонная конструкция не нуждается в монтаже искусственного заземлителя, что позволяет снизить размеры прокладывающих проводников. Такое решение позволит снизить затраты на дополнительном оборудовании, строительных материалах и приспособлениях.

Вопрос №4. Как необходимо соединить между собой фрагменты заземлительного контура?

Все элементы контура, как металлические, так и не металлические, должны соединяться между собой, тем самым обеспечив беспрепятственное прохождение по ним электрического тока. Во всех бетонных балках, если таковые используются, необходимо смонтировать в них закладные детали. Такие вспомогательные элементы устанавливаются на каждом этаже сооружения и к ним присоединяются оборудования для заземления.

Вопрос №5. Какие железобетонные сооружения не рекомендуется использовать, как заземлительный компонент?

Не желательно подводить заземляющий кабель к сборочной конструкции, которая полностью выполнена из железобетона. Нужно обеспечить надежное соединение между стальными арматурами и только сооружается естественное заземление. Если сложно реализовать такой процесс, рекомендуется использовать искусственный заземлительный контур.

4 ошибки при выборе естественных заземлителей

1. Использование дешевых и плохопроводимых материалов, таких как:

• ржавая арматура;
• стержни с малой проводимостью.

2. Монтаж заземлителя далеко от постройки. Заземлительное сооружение должно располагаться как можно ближе к строению в самом влажном месте, поскольку такая среда увеличивает проводимость и происходит мгновенное замыкание цепи и активация защитного устройства.
3. Объединение заземленного контура с контуром молниезащиты. При отсутствии устройства защиты от импульсных перенапряжений, которое воспроизводит размыкание цепи при поступлении заряда высокого значения. Большая величина тока выведет из строя электроаппаратуру.
4. Объединение проводника электробезопасности и рабочего нуля. Такое нарушение приводит к появлению больших токов и ошибочному срабатыванию устройства защитного отключения.

Оцените качество статьи:

ОБЗОР РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

ОБЗОР РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

Безопасная эксплуатация электроустановок различного назначения, выполненных
в соответствии с требованиями ПУЭ и других нормативных документов,
обеспечивается рядом технических и организационных мер электробезопасности,
одной из которых является обустройство заземления, то есть преднамеренного
соединения металлических частей электроустановки, которые могут оказаться
под напряжением при повреждении изоляции, с заземляющим устройством.

Под заземляющим устройством понимается совокупность заземлителя и
заземляющих проводников. Основным элементом этой системы является заземлитель, электрод которого или совокупность
соединенных между собой электродов, находятся в электрическом контакте с
землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Кроме мер электробезопасности, заземление электроустановки также
обеспечивает её функционирование в расчетных режимах. Такое заземление
называется рабочим или функциональным (например, заземление нейтрали
трансформаторов и генераторов).

Молниеприемники внешних молниезащитных систем зданий, сооружений или
промышленных коммуникаций соединяются с заземлителем для отвода тока молнии
в землю.

Таким образом, заземляющее устройство является многофункциональным,
выполняющим, в общем случае, все вышеуказанные функции одновременно.

Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного
или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям,
предъявляемым к заземлению этих электроустановок:

· защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции,
условиям режимов работы сетей;

· защиты электрооборудования от перенапряжения и т. д. в течение всего
периода эксплуатации. И в первую очередь должны быть соблюдены требования,
предъявляемые к защитному заземлению.

В нормативной документации требованию к значению сопротивления заземлителя
определяются относительно номинального напряжения электроустановки и
величины токов короткого замыкания. Требуемые значения электрических
характеристик заземляющих устройств должны быть обеспечены при наиболее
неблагоприятных условиях, связанных с сезонными изменениями параметров
электрической структуры грунта. Под грунтом понимаются любые горные породы,
почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как
многокомпонентные системы и часть геологической среды.

Характер поверхности и растительности может дать некоторую начальную
информацию относительно более или менее благоприятной характеристики грунта
для установки заземлителя. Более точная информация о структуре грунта
обеспечивается применением геофизических методов, в частности
электроразведкой — методом вертикального электрического зондирования.
Отмечается, что геологическая структура грунта в пределах глубин порядка
сотен метров в достаточной степени разнообразна и в общем случае имеет
горизонтально-слоистый вид с небольшими углами наклона границ и различным
удельным электрическим сопротивлением слоев (рис. 1).

Рис. 1. Условный вид геологического строения грунта

Параметры верхнего или активного слоя (грунт глубиной до 3 м) подвержены
сезонным изменениям, вызываемым динамикой температуры и влажности. В
северных и центральных районах страны наибольшее значение удельного
электрического сопротивления слоя сезонных изменений соответствует концу
зимнего периода, а для южных – расчетным сезоном являются летние месяцы
(рис. 2). Глубинные слои обладают более стабильным удельным электрическим
сопротивлением.

Рис. 2. Изменение глубины промерзания грунта по территории РФ

В инженерных методиках расчета сопротивлений заземлителей вся совокупность
значений проводимостей слоев грунта приводиться к эквивалентному значению с
учетом геометрических размеров заземлителей и циклических сезонных
изменений электрических параметров верхних слоев грунта.

Для заземления применяются искусственные и естественные заземлители.
Естественными заземлителями являются металлические элементы, проложенные в
земле для других целей, но используемые при этом для целей заземления.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

1) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений,
находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные
фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные
покрытия;

2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле;

3) металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле;

4) другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения.

Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих
устройств не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов
короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они
связаны.

При использовании железобетонных фундаментов в качестве естественных
заземлителей и обеспечении допустимых напряжений прикосновения не требуется
сооружение искусственных заземлителей, прокладка выравнивающих полос
снаружи зданий и выполнение магистральных проводников заземления внутри
здания. Металлические и железобетонные конструкции при использовании их в
качестве заземляющих устройств должны образовывать непрерывную
электрическую цепь по металлу, а в железобетонных конструкциях должны
предусматриваться закладные детали для присоединения электрического и
технологического оборудования.

Однако, при использовании железобетонных фундаментов необходимо учитывать
следующее. Если фундамент полностью защищен с помощью специальной
теплоизоляции из непроводящих материалов, или если фундамент имеет
гидроизоляцию, например, пластмассовые листы толщиной больше 1 мм,
использование бетонного фундамента в качестве заземлителя малоэффективно. В
этих случаях, металлическую арматуру фундамента можно применять для
защитного уравнивания потенциалов, а в целях заземления следует применять
искусственный заземлитель. Наличием битумного покрытия на железобетонной
конструкции при расчете сопротивления естественного заземлителя можно
пренебречь.

Конструкцию искусственных заземлителей можно подразделить на два вида.
Заземлители, выполненные из элементарных проводников различного профиля
сечения (круглый, прямоугольный, угловой и трубный) и формы (кольцевая,
лучевая) и сложные заземлители, которые представляют комбинацию
горизонтальных и вертикальных электродов, в том числе и в виде замкнутого
контура с внутренними горизонтальными перемычками (сетки).

Рис. 3. Стержневой заземлитель

Рис. 4. Комбинированный заземлитель

Эффективность вертикальными стержневых заземлителей зависит от степени
однородности грунта. Увеличение длины электродов в разумных пределах
обосновано, если имеется возможность достичь слоев с большей проводимостью.
Если структура грунта более или менее однородная, то увеличение длины
вертикальных электродов малоэффективно, так как изменяет сопротивление
заземлителя незначительно.

Заземлитель укладывается в грунте на определённой глубине, называемой
глубиной заложения или обслуживания. Её среднее значение составляет 0,5-0,7
м. Такое заглубление необходимо для уменьшения влияния сезонного изменения
проводимости верхних слоев грунта. Если в месте установки заземлителя
наблюдается однородная электрическая структура грунта, то величина глубины
заложения в пределах от 0,5 до 1 м слабо влияет на снижение сопротивления
заземлителя.

Увеличение глубины заложения связано с дополнительными затратами и не
позволяет оперативно производить обслуживание заземлителей. В тоже время,
сложные заземлители (например, мощных электрических подстанций) могут
закладываться на различной глубине от поверхности земли, тем самым уменьшая
«шаговое» напряжение и обеспечивая более равномерное распределение
напряжения.

Заземляющие устройства должны быть механически прочными, термически и
динамически стойкими к токам замыкания на землю. Наименьшие поперечные
размеры электродов определяются с учетом коррозии материала, из которого
они изготовлены. Для повышения эксплуатационных характеристик заземлителей
в этом случае увеличивают сечение электродов или применяют медные
проводники или проводники с гальваническим покрытием.

Применение омедненных или оцинкованных стальных электродов широко
используется в модульных конструкциях заземлителей, позволяющих выполнять
вертикальные электроды произвольной длины из сборного комплекта стержней
длиной 1,2-15 м. Эффективность таких систем очевидна (получение стабильного
сопротивления в течение всего срока службы системы заземления благодаря
отсутствию коррозии), в том числе и с точки зрения производства монтажных
работ.

Однако эксплуатационных характеристики таких заземлителей зависят от
толщины медного или цинкового покрытия, его пластичности, технологии
нанесения на стальной сердечник, а также от способа соединения стрежней
между собой.

На российском рынке основным производителем омедненных стержней заземления
является компания EZETEK, которая специализируется на разработке,
производстве и поставке систем модульно-стержневого, электролитического
заземления, а также молниезащиты для объектов любой сложности.

Рис.5. Элементы модульно-стрежневой системы EZETEK

Необходимо отметить и еще один вид заземлителей – электролитический.
Конструктивно заземлитель выполнен в виде полого перфорированного
электрода, устанавливаемого вертикально, или электрода «г»-образной формы,
укладываемого горизонтально на малой глубине (порядка 1 метра).

Рис. 6. Комплект электролитического заземления EZЕТЕК

Полость внутри электрода заполняется специальной солевой смесью. За счет
взаимодействия с влагой образуется электролит, который повышает
электропроводность грунта. Применение таких заземлителей наиболее
эффективно в высокоомных грунтах или в случаях, когда накладываются
ограничения на монтаж электродов на большую глубину или ограничена площадь,
отводимая для контура заземления.

ПУЭ: Заземлители

Данный документ находится в библиотеке сайта ElectroShock

Перейдите по ссылке, чтобы посмотреть список доступных документов

Там же находится ПУЭ в формате справки windows

1. 7.109. В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

1) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;

2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле;

3) обсадные трубы буровых скважин;

4) металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные части затворов и т. п.;

5) рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами;

6) другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения;

7) металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.

1.7.110. Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления. Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.82.

Не следует использовать в качестве заземлителей железобетонные конструкции зданий и сооружений с предварительно напряженной арматурой, однако это ограничение не распространяется на опоры ВЛ и опорные конструкции ОРУ.

Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходимость сварки арматурных стержней железобетонных фундаментов и конструкций, приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундаментов, а также возможность использования фундаментов в сильноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать приведенным в табл. 1.7.4.

1.7.112. Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ следует выбирать по условию термической стойкости при допустимой температуре нагрева 400 ºС (кратковременный нагрев, соответствующий времени действия защиты и отключения выключателя).

В случае опасности коррозии заземляющих устройств следует выполнить одно из следующих мероприятий:

увеличить сечения заземлителей и заземляющих проводников с учетом расчетного срока их службы;

применить заземлители и заземляющие проводники с гальваническим покрытием или медные.

При этом следует учитывать возможное увеличение сопротивления заземляющих устройств, обусловленное коррозией.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т. п.

Заземлитель

Общие понятия естественного и искусственного контура заземления

Сравнение естественного и искусственного контура заземления

Заземление необходимо для предотвращения поражения человека электрическим током, который может появиться на металлической поверхности бытовых и промышленных приборов. Электрический ток на поверхности приборов в обычных условиях появляться не должен, но бывают такие ситуации, при которых пробивается изоляция внутри электроприборов или с повышением влажности на поверхности электроприборов может появиться напряжение. Это напряжение может иметь разный потенциал, в том числе и опасный для жизни или здоровья человека. Обустройство заземления можно сделать с использованием естественного контура заземления, а можно построить искусственный контур заземления.  

Естественный контур заземления

Естественный контур – обустраивается с использованием металлических конструкций, которые контактируют с грунтом с целью обеспечения заземления.

Заземлителем естественного типа могут быть:

— разновидность металлических сооружений, таких как арматуры строительных конструкций, которые контактируют с грунтом, арматура железо-бетонного фундамента;

— различные трубопроводы, располагающиеся в земле.

Такой тип защитного контура должен быть связан с защищаемым объектом не менее чем двумя заземляющими элементами, которые монтируются в разных участках конструкции.

Нельзя применять в качестве естественного заземления:

— трубные металлоконструкции токсичных веществ и газо-подводящих труб;

— трубы с используемыми коррозионностойкую изоляцию;

— канализационные магистрали и отопительные системы.

Искусственный контур заземления

Искусственный контур – металлические специальные приспособления, устанавливаемые в грунт для реализации заземления.

Среди примеров реализации искуственного контура заземления можно отметить:

— стальные балки, трубы, уголки, стержни, установленные в грунт;

— заложенные в землю металлические полотна, различной формы.

Все элементы искусственного контура должны иметь коррозионностойкие электрические проводники, которые производятся из цинка или меди.

Преимущества и недостатки устройств заземления

— Естественные устройства заземления лучше использовать в тех случаях, когда они позволяют обеспечить все требования техники безопасности, предъявляемые к ним.

— Искусственный контур заземления рекомендуется использовать для уменьшения величин токов, которые будут уходить в землю через естественные заземлители (см.выше).

— Главным преимуществом естественных контуров заземления является его бюджетность (нет необходимости использовать дополнительное оборудование и материалы, в т.ч. и нанимать фирмы  для его сооружения) и использование «подручных» средств. Как показывает опыт, часто можно обойтись только построением заземления с использованием естественных контуров заземления.   

Некоторые рекомендации по обустройству естественного контура заземления с использованием фундамента.

Наиболее пригодными видами грунта, для построения естественного контура заземления являются:

— суглинок;

— глина;

— торф.

Не подходящими для обустройства естественного контура являются:

— каменный грунт;

— скальный грунт.

При обустройстве естественного контура заземления необходимо избегать наиболее типичные ошибки, среди которых:

— применение  ржавой старой арматуры и стержни с низкой проводимостью

— монтаж заземлителя вдалеке от постройки. Контур заземления необходимо обустраивать как можно ближе к дому.

— объединение контура с контуром молниезащиты. Это можно делать, только если у вас установлен прибор защиты от импульсных напряжений.

— объединение проводника электробезопасности и рабочего нуля. Такое нарушение приводит к появлению больших токов и ошибочному срабатыванию устройства защитного отключения.

космических мегаструктур — сможем ли мы когда-нибудь построить искусственный мир?

Название: Искусственный мир

Избранные научно-фантастические образы: Две Звезды Смерти из фильмов «Звездные войны» и связанных с ними материалов; Shellworlds в романе Иэна М. Бэнкса 2008 г. Matter ; изготовленные на заказ роскошные миры в серии Дугласа Адамса «Автостопом по Галактике ».

Если люди собираются жить в инопланетной среде обитания, то они должны обладать теми вещами, от которых мы эволюционировали, чтобы зависеть здесь, на Земле: правильный температурный диапазон, пригодный для дыхания воздух, удельный вес, циклы дня и ночи и многое другое. .Но вместо того, чтобы украшать вращающуюся космическую станцию ​​из консервной банки, не лучше ли воссоздать нашу планету, построив искусственный мир?

Термин «искусственный мир» можно трактовать двояко. Буквальная интерпретация — это планетарная копия — массивный кусок скалы, изготовленный таким образом, чтобы его было практически невозможно отличить от настоящих планет и лун, созданных природой. Другой способ — представить себе что-то, что просто выглядит как мир — скажем, сферическую космическую станцию, подобную Звезде Смерти в «Звездных войнах» .Этот объект второго типа не будет по своей сути плането- или луноподобным, за исключением своей формы. Но благодаря умной инженерии функция может следовать форме быстрее, чем вы думаете.

При любом подходе у инженеров будет адская работа. «Я не хочу быть мокрым одеялом, но, по крайней мере, в том, что мы знаем сегодня, [когда дело доходит до строительства искусственной планеты] вы сталкиваетесь с проблемами», — говорит Адам Штельтцнер, научный сотрудник отдела реактивного движения НАСА. Лаборатория в Пасадене, Калифорния.

СВЯЗАННО: Двигатель Шкадова, или Как сдвинуть всю Солнечную систему

«Это не луна»

Начнем со второго варианта — Звезды Смерти. Это кажется более многообещающим, чем создание настоящей копии планеты, хотя бы из-за размера. Согласно преданиям «Звездных войн», первая Звезда Смерти в эпизоде ​​ «Звездных войн. Эпизод IV: Новая надежда » имела диаметр 74 мили. Это много, но не по сравнению с диаметром Земли почти в 8000 миль.Предполагая приблизительную плотность авианосца, как это сделал экономический блог Centives, масса Звезды Смерти, сделанной в основном из стали, составляет около квадриллиона тонн — всего около одной миллионной массы Земли. Легкий!

Но получение даже такого количества материалов с помощью современных горнодобывающих технологий было бы абсурдным заданием. Учитывая, что в 2012 году мировое производство стали составляло 1,43 миллиарда тонн в год, Centives подсчитала, что для приобретения всей необходимой стали потребуется более 800 000 лет. Ценник? Ошеломляющие 852 квадриллиона долларов, или примерно в 13 000 раз больше совокупного мирового валового внутреннего продукта. Что еще хуже: затраты на запуск. Запуск материалов с поверхности Земли в космос в настоящее время стоит порядка тысячи долларов за фунт.

Единственный возможный способ дешево добывать материалы — это добывать их из сред с низкой гравитацией, таких как Луна и астероиды. «Было бы разумно… заминировать пространство, а не пытаться запустить стальную двутавровую балку», — говорит Штельцнер.

Орбитальная строительная площадка

Далее следует изготовление из квадриллиона тонн стали сферы со сложной внутренней структурой.Это было бы крайне сложно, но не невозможно. Роботам пришлось бы (быстро) выполнять большую часть работы, если бы ее нужно было выполнить в разумные сроки; в противном случае вы говорите о найме армий строителей в скафандрах на протяжении тысячелетий.

по теме: 10 самых безумных ученых, которые когда-либо жили.

Для справки: Самое высокое здание в мире, Бурдж-Халифа, имеет массу почти миллион тонн, и на его возведение ушло три года, а на строительной площадке задействовано более 10 000 рабочих.Однако эта аналогия не совсем уместна (хотя ничто из того, что человечество когда-либо делало, не сравнится с постройкой Звезды Смерти). В то время как искусственный мир требует невероятного количества металла, перемещать эти гигантские куски в космосе может быть намного проще (во всяком случае, с правильными машинами), чем работать в раскаленной пустыне, окруженной гравитацией

Также обратите внимание на внутреннюю структуру. Звезда Смерти включает в себя более 21 000 этажей, расположенных как этажи в офисном здании. Такая конфигурация никогда не была бы реализована — если бы мы не изобрели какие-то генераторы искусственной гравитации, чтобы люди, мебель и дроиды приросли к полу.

Гравитация, хорошая и плохая

Земная гравитация абсолютно необходима для долговременной жизни. «Наши человеческие тела портятся, когда у нас нет одной земной буквы «g», — говорит Стелцнер. Астронавтам на борту Международной космической станции приходится иметь дело с потерей костной массы и низким кровяным давлением, среди прочего, из-за длительного пребывания в условиях микрогравитации.

Увы, генераторы искусственной гравитации бросают вызов известной физике. Вместо этого искусственная лунная мегаструктура должна будет вращаться, чтобы создать гравитацию за счет центробежной силы, направленную наружу вдоль экватора.Вместо сложенных этажей уровни среды обитания на искусственной луне могут напоминать слои луковицы. В обратном земному исчислению головы обитателей, а не ноги, были бы обращены «вниз» к центру мегаструктуры. Гравитация тоже была бы обратной. «В центре конструкции нет силы тяжести, и вы получаете больше по мере того, как этажи выходят наружу», — отметил Штельцнер.

СВЯЗАННЫЕ: Ответы на ваши вопросы о споре о гравитационных волнах.

Получить вращение было бы просто. Ракеты, расположенные под углом, могли бы заставить все это вращаться и поддерживать его со скоростью, необходимой для земной гравитации. Ракетам также не нужно было бы непрерывно стрелять. «Поскольку структура вращается в космосе, нет ничего, что могло бы ее замедлить», — говорит Стелцнер.

Однако вращение искусственной луны создает новые проблемы. Секции конструкции, подвергающиеся силе тяжести в одну или более земных единиц, должны обладать достаточно высоким отношением прочности к весу, чтобы не разорваться на части.По словам Стелцнера, сталь может не подойти для конструкции диаметром 74 мили. Лучшая ставка: зайлон, синтетическое волокно с лучшим известным отношением прочности к весу, которое в семь раз прочнее стали и примерно в два раза прочнее кевлара. Зайлон органический, то есть содержит углерод. Таким образом, богатые углеродом углеродсодержащие астероиды были бы хорошими объектами добычи для этого подхода.

Земля, Редукс?

Несмотря на все инженерные сложности, построить нашу космическую среду обитания, вдохновленную Звездой Смерти, было бы намного проще, чем построить копию Земли. Но он никогда не мог сравниться со второй Землей в одном: в стабильности.

«Все эти структуры или идеи для колоний страдают одним существенным недостатком, который можно выразить одним термином: нестабильность», — говорит Штельцнер. «Для поддержания окружающей среды необходимо активное обслуживание, например, точные параметры орбиты. Они намного, намного менее стабильны, чем наша планета».

Итак, почему бы просто не сделать еще один?

Марк Хемпселл, аэрокосмический инженер, работавший в компании Reaction Engines Limited и недавно начавший частную консультацию, рассказал об искусственных планетах в исследовании 2005 года, опубликованном в Журнале Британского межпланетного общества, бывшим редактором которого он является.Он хотел сравнить осуществимость терраформирования планеты, то есть геоинженерии, чтобы она была похожа на Землю, кропотливого проекта, который, вероятно, занял бы столетия в мире, подобном Марсу, с построением планеты с нуля.

Создание пользовательской планеты

Хемпселл отмечает, что для воспроизведения земных условий вам не нужно имитировать Землю до буквы «t». Например, масса и расстояние определяют гравитационное притяжение. Таким образом, чтобы получить гравитацию на поверхности Земли, инженеры могли схитрить, упаковав всего лишь десятую часть земной массы — скажем, 700 квинтиллионов тонн — в сферу размером с Луну (диаметр: 2159 миль).Это по-прежнему очень много камня, но Хемпселл исследовал, как инженеры могут получить этот материал и имитировать природный процесс роста планет снизу вверх.

Обычно внутри диска остаточного материала вокруг вновь образованной звезды молекулы постепенно собираются во все большие и большие куски и в течение миллионов лет развиваются в мир. Чтобы ускорить процесс, Хемпселл предложил развернуть рядом с Солнцем футуристический гигантский комплекс суперядерного синтеза — мегаструктуру, чтобы создать мегаструктуру.Используя магнитные поля, установка будет собирать большое количество водорода с поверхности Солнца. Бортовые термоядерные реакторы будут производить желаемые тяжелые элементы, которые составят планируемую искусственную Землю.

Чтобы сжать массу размером с Марс в объем размером с Луну, инженерам понадобятся самые плотные элементы Периодической таблицы, включая осмий, иридий и платину. По общему признанию, эти элементы могут быть получены только при термоядерных взрывах сверхновых, а не с помощью мыслимых, заурядных термоядерных установок.«Мы говорим о впечатляющей технологии термоядерного синтеза, — говорит Хемпселл. Но, по крайней мере, законы известной физики можно было соблюдать.

Объект будет запускать слитки этих материалов туда, где будет построена искусственная планета, по частям, по мере того как слитки сталкиваются и связываются. Все эти разбивания слитков будут генерировать значительное количество тепла во всем зарождающемся мире, наравне с температурой поверхности Солнца в 10 000 градусов по Фаренгейту. После столетия охлаждения примерно до 3000 градусов по Фаренгейту сверху можно было наслоить слитки элементов земной коры, таких как кремний.Затем должен был произойти еще один период охлаждения, который продлится около 10 000 лет, пока поверхность не станет достаточно прохладной, чтобы сбрасывать воду в океаны и устанавливать жизнь растений.

Подводя итоги… Статья Хемпселла продемонстрировала, что создание мира лучше оставить природе.

«Если не произойдет что-то радикально иное, — сказал Хемпселл, — глядя на терраформирование, газета пришла к выводу, что построить собственную планету не получится быстрее».

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

спутник Земли | Определения и факты

Понимание функционирования искусственных спутников, проблемы переполненности и того, как космический мусор представляет угрозу космическим путешествиям

Обзор искусственных спутников, включая проблему переполненности.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Посмотреть все видео к этой статье

Спутник Земли , также называемый искусственный спутник , искусственный объект, выведенный на временную или постоянную орбиту вокруг Земли. Космический корабль этого типа может быть как с экипажем, так и без экипажа, причем последний вариант является наиболее распространенным.

Идея искусственного спутника в орбитальном полете была впервые предложена сэром Исааком Ньютоном в его книге Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687). Он указал, что пушечное ядро, выпущенное с достаточной скоростью с вершины горы в направлении, параллельном горизонту, прежде чем упасть, пройдет вокруг Земли. Хотя объект будет стремиться упасть к поверхности Земли из-за силы гравитации, его импульс заставит его опускаться по изогнутой траектории.Большая скорость вывела бы его на стабильную орбиту, как у Луны, или вообще отвела бы его от Земли.

Британская викторина

объекта в космосе: правда или вымысел?

Из чего в основном состоят астероиды? Где образуются кометы? От небесных тел до спутников, исследуйте «внешние пределы» в этой увлекательной викторине по космонавтике.

4 октября 1957 года, почти через три столетия после того, как Ньютон выдвинул свою теорию, Советский Союз запустил первый спутник Земли, «Спутник-1». Мир. Три месяца спустя (31 января 1958 г.) Соединенные Штаты вывели на орбиту свой первый спутник «Эксплорер-1». Исследователь, хотя и намного меньше, чем спутник, был оснащен инструментами для обнаружения радиации и обнаружил самый внутренний из двух радиационных поясов Ван Аллена, зону электрически заряженных солнечных частиц, окружающую Землю.

С момента этих первоначальных усилий более 70 различных стран вывели на орбиту более 5000 спутников Земли. По состоянию на 2017 год на орбите находится более 2000 спутников, большинство из которых принадлежат России или США. Спутники сильно различаются по размеру и конструкции: от небольших «пикоспутников» весом менее килограмма до Международной космической станции, космической лаборатории, которая является домом для шести астронавтов и имеет массу более 400 тонн. Они одинаково разнообразны по функциям.Научные спутники в основном используются для сбора данных о поверхности и атмосфере Земли, а также для астрономических наблюдений. Метеорологические спутники передают фотографии облачности и измерения других метеорологических условий, которые помогают в прогнозировании погоды, в то время как спутники связи передают телефонные звонки, радио- и телевизионные программы, а также передачу данных между отдаленными частями мира. Навигационные спутники позволяют экипажам океанских судов и самолетов определять местоположение своих судов в любую погоду.Некоторые спутники имеют явно военное применение, такое как разведка и наблюдение.

Международная космическая станция; Дискавери

Международная космическая станция, сфотографированная членом экипажа STS-114 на борту космического корабля «Шаттл» любое количество различных орбит. Конкретный выбранный путь во многом определяется функцией космического корабля.Например, большинство метеорологических и разведывательных спутников запускаются на полярную орбиту, на которой полярная ось Земли представляет собой линию на плоскости орбиты. Поскольку Земля вращается под полярно-орбитальными спутниками, они проходят над всей ее поверхностью в течение заданного периода времени, обеспечивая полное глобальное покрытие. Спутники связи, с другой стороны, обычно размещаются на экваториальной орбите, что позволяет им облетать наиболее густонаселенные регионы Земли с запада на восток. Более того, спутники связи, составляющие сеть или систему, почти всегда запускаются на расстояние 22 300 миль (35 890 км) над Землей.На этой высоте движение спутника синхронизируется с вращением Земли, в результате чего корабль остается неподвижным в одном месте. При правильном расположении три спутника связи, движущиеся по такой геосинхронной орбите, могут передавать сигналы между станциями по всему миру. ( См. также космический корабль; исследование космоса.)

Что, если бы мы построили искусственную планету?

Что, если однажды мы решим, что полезность нашей планеты исчерпала себя, и людям нужно рыскать в космосе, чтобы найти новое место для жизни? Но вместо того, чтобы найти потенциально обитаемую экзопланету, похожую на Землю, на расстоянии световых лет, мы бы построили собственный искусственный мир прямо в Солнечной системе.

Какие технологии нам понадобятся для создания новой планеты? Где бы нам найти достаточно сырья для нашего будущего мира?

Сколько времени нам понадобится, чтобы завершить этот проект планетарного строительства? Скалистые планеты, такие как Земля, рождаются из остатков материала недавно сформировавшейся звезды. Они начинаются как пылинки размером меньше человеческого волоса.

Затем эти зерна сливаются в более крупные куски, которые продолжают сталкиваться друг с другом, пока через несколько миллионов лет не превратятся в новый земной мир.Теоретически мы понимаем, как образуются планеты во Вселенной. Но как мы будем производить искусственный?

Если бы мы, люди, построили планетарную копию и заселили ее, нам пришлось бы создать скалу с атмосферой пригодного для дыхания воздуха, правильной температурой, земной гравитацией и стабильной орбитой вокруг Солнца. И это только для начала.

Начнем строительство в обитаемой зоне Солнца. Это помогло бы нам поддерживать земную температуру на нашей искусственной планете. Но где взять все материалы для его постройки?

Астероиды могут показаться хорошим источником. Проблема в том, что Земля имеет массу более 2000 поясов астероидов. В Солнечной системе просто недостаточно астероидов, чтобы построить новый мир размером с Землю.

Но материалов в облаке Оорта — рое ледяных обломков, которые гипотетически существуют в самых отдаленных уголках Солнечной системы, может быть достаточно. Но это облако так далеко, что даже «Вояджер-1», летевший со скоростью 17 км/с (11 м/с) в течение последних 41 года, не достигнет его еще 300 лет.И он не доберется до другой стороны облака Оорта примерно 30 000 лет.

Нам нужно построить более быстрый космический корабль, чтобы собрать всю эту пыль и подтолкнуть ее в правильном направлении. Мы также могли бы начать красть луны с других планет. Например, все спутники Юпитера дали бы нам достаточно материала для создания планеты размером около 7% от Земли. Это было бы хорошим началом, если бы нам удалось вывести их с орбиты Юпитера.

Нет необходимости строить наш новый мир размером с Землю, чтобы воспроизвести ту же силу гравитации, которую мы ощущаем сейчас.Если бы мы могли упаковать одну десятую массы Земли в сферу размером с Луну, это бы проделало тот же трюк. Тем не менее, нам потребуется не менее нескольких сотен лет, чтобы закончить строительство.

После того, как все инженерные проблемы были решены, и наша новообразованная искусственная планета вышла на орбиту вокруг Солнца, мы сбросили немного воды. Мы позволили ему испариться, чтобы создать атмосферу. Мы могли бы даже ввести часть углекислого газа, выбрасываемого загрязняющими промышленными предприятиями на Земле. Может быть, мы бы полностью автоматизировали и перенесли все эти производства на нашу новую планету, чтобы они могли наполнить ее атмосферу СО2.

Тогда мы привезем растения. Растения будут медленно накапливать кислород в атмосфере посредством фотосинтеза. Наконец, после тысячелетий строительства планет первые человеческие колонии ступили на новую земную планету, созданную человеком.

Несмотря на то, что копия Земли будет меньше по размеру, она не будет сильно отличаться от оригинала. Благодаря температуре и гравитации, подобным земным, она станет похожей на нашу родную планету.

Но она не будет такой стабильной, как Земля.Наш искусственный мир потребует активного обслуживания — от планетарной среды до параметров нашей орбиты.

В настоящее время мы так многого не знаем о Вселенной. И мы можем только догадываться, как внутри него образовалась бы новая планета. На данный момент может быть проще терраформировать существующий мир, чем строить совершенно новый.

Подпишитесь на What-If на Youtube или следите за шоу на Facebook Watch.

Источники

искусственных спутников — Universe Today

[/caption]
Искусственные спутники — это созданные человеком объекты, вращающиеся вокруг Земли и других планет Солнечной системы.Это отличается от естественных спутников или лун, которые вращаются вокруг планет, карликовых планет и даже астероидов. Искусственные спутники используются для изучения Земли, других планет, для помощи нам в общении и даже для наблюдения за далекой Вселенной. Спутники могут даже иметь людей внутри, как Международная космическая станция и космический шаттл.

Первым искусственным спутником Земли стал советский спутник «Спутник-1», запущенный в 1957 году. С тех пор десятки стран запустили спутники, и в настоящее время вокруг Земли вращается более 3000 космических аппаратов.По оценкам, существует более 8000 единиц космического мусора; мертвые спутники или обломки, движущиеся вокруг Земли.

Спутники запускаются на разные орбиты в зависимости от их миссии. Одной из самых распространенных является геостационарная орбита. Именно здесь спутнику требуется 24 часа, чтобы совершить оборот вокруг Земли; столько же времени требуется Земле, чтобы один раз повернуться вокруг своей оси. Это удерживает спутник в одном и том же месте над Землей, обеспечивая связь и телевизионные передачи.

Другая орбита — это низкая околоземная орбита, где спутник может находиться всего в нескольких сотнях километров над планетой. Это помещает спутник за пределы атмосферы Земли, но все же достаточно близко, чтобы он мог отображать поверхность планеты из космоса или обеспечивать связь. Это высота, на которой летает космический челнок, а также космический телескоп Хаббл.

Искусственные спутники могут выполнять ряд задач, включая научные исследования, наблюдение за погодой, военную поддержку, навигацию, получение изображений Земли и связь.Одни спутники выполняют одну задачу, другие предназначены для выполнения нескольких функций одновременно. Оборудование на спутнике закалено, чтобы выжить в радиации и космическом вакууме.

Спутники

строятся различными аэрокосмическими компаниями, такими как Boeing или Lockheed, а затем доставляются на стартовую площадку, например на мыс Канаверал. Стартовые комплексы располагаются как можно ближе к экватору Земли, чтобы придать дополнительный импульс скорости в космос. Это позволяет ракетам использовать меньше топлива или запускать более тяжелые грузы.

Высота орбиты спутника определяет, как долго он будет оставаться на орбите. Низкоорбитальные спутники в основном находятся над земной атмосферой, но они все еще сталкиваются с атмосферой, и их орбита в конечном итоге уменьшается, и они снова врезаются в атмосферу. Другие спутники, вращающиеся на высоких орбитах, скорее всего, будут находиться там миллионы лет.

Мы написали много статей об искусственных спутниках для Universe Today. Вот статья о геосинхронной орбите, а вот статья об орбитальной скорости.

Дополнительную информацию о спутниках можно получить в НАСА. Вот крутая система слежения за спутниками в реальном времени, а вот Hubblesite.

Мы также записали несколько выпусков Astronomy Cast о спутниках. Вот хороший эпизод, Эпизод 82: Космический мусор.

Источник: НАСА

Нравится:

Нравится Загрузка…

Люди непреднамеренно создали искусственный барьер вокруг Земли

Обновлено | Космические зонды НАСА обнаружили искусственный барьер вокруг Земли, созданный в результате деятельности человека, что показывает, что мы не только ответственны за формирование окружающей среды на суше, но и то, что теперь мы также влияем на космос.

Барьер, который появляется и исчезает, является результатом взаимодействия очень низкочастотной радиосвязи с космическими частицами, в результате чего получается своего рода щит, защищающий Землю от высокоэнергетического излучения в космосе.

Ученые говорят, что это потенциально очень хорошая новость, поскольку мы могли бы использовать барьер для защиты Земли от экстремальной космической погоды, возникающей в результате таких событий, как выбросы корональной массы — огромные взрывы на Солнце, когда плазма и магнитное поле выбрасываются из его короны. , самая внешняя часть его атмосферы.Эти выбросы могут привести к геомагнитным бурям, которые могут вывести из строя спутники связи и электрические сети.

Ученые НАСА обнаружили барьер с помощью зондов Ван Аллена, которые предназначены для изучения электронов и ионов в нашей новой космической среде. Обычно очень низкочастотные (ОНЧ) сигналы радиотелескопов передаются с земли и используются для связи с подводными лодками, находящимися глубоко под поверхностью океана. Однако они также попадают в атмосферу.

Результатом является массивный «пузырь ОНЧ», окутывающий Землю, сообщило НАСА. Пузырь можно увидеть высоко над поверхностью Земли в окружающей его космической среде.

Дальнейший анализ показал, что пузырь простирается почти точно до внутреннего края радиационных поясов Ван Аллена. Эти три пояса представляют собой зоны энергичных заряженных частиц, которые исходят от солнечного ветра — частицы затем захватываются и удерживаются магнитным полем Земли. Когда пузырь ОНЧ взаимодействует с радиационными поясами, он создает наблюдаемый барьер.

«Ряд экспериментов и наблюдений показал, что при определенных условиях сигналы радиосвязи в диапазоне частот ОНЧ могут фактически влиять на свойства высокоэнергетической радиационной среды вокруг Земли», — Фил Эриксон, один из Привлеченные ученые, говорится в заявлении.

Исследователи говорят, что если бы не было пузыря ОНЧ, граница радиационного пояса была бы намного ближе к Земле, чем она есть. Данные 1960-х годов показывают, что внутренняя граница радиационного пояса Ван Аллена раньше была намного ближе к Земле, когда использование ОНЧ было более ограниченным.

Поскольку СНЧ-барьер защищает Землю, ученые говорят, что его можно использовать для удаления избыточного излучения из окружающего Землю пространства, и теперь НАСА планирует провести испытания, чтобы проверить, сработает ли это.

Из-за опечатки в этой статье VLF дважды упоминается как VFL. Теперь часть обновлена.

Искусственный спутник — обзор

Ранние достижения в популяризации космоса

С того момента, как в 1610 году Галилео Галилей впервые направил телескоп в сторону ночного неба, люди знали, что Земля не уникальна во Вселенной и не единственная.Учитывая, что открытия Галилея происходили в то время, когда на Земле открывались и исследовались новые «миры», не казалось большим скачком воображения предположить, что новые миры, открытые на небесах, также когда-нибудь увидят своих исследователей. и колонисты. В течение относительно короткого времени мир увидел публикации Джона Уилкинса «Рассуждения о новом мире и другой планете » (1638), « Человек на Луне» Фрэнсиса Годвина (1638), Сирано де Бержерака « Комическая история». Государств и Империй Миров Луны и Солнца (1687) и многих других в следующем столетии.Точно так же изобретение воздушного шара в 1783 году позволило людям освободиться от своих привязанностей к поверхности Земли. Если устройство может доставить пассажиров по воздуху на несколько миль через сельскую местность Франции, то почему бы и на Луну? Действительно, некоторые из самых ранних рассказов о космических путешествиях первой половины 19-го века зависели от воздушных шаров для достижения своих небесных целей. Книга Рудольфа Эриха Распе Gulliver Revived (1786) была опубликована всего через 3 года после первого полета братьев Монгольфье и включала полет на Луну на воздушном шаре.Эдгар Аллан По описал путешествие на Луну на воздушном шаре в своем рассказе «Беспрецедентные приключения Ганса Пфаалла» (1835 г. ), который во многих деталях предвосхитил стратостаты 1930-х и 1950-х годов.

Вскоре после этого классический роман Жюля Верна « С Земли на Луну » (1865 г.) и его продолжение « Вокруг Луны » (1870 г.) впервые показали, что космические путешествия — это не только инженерное дело. и технологии, но и известных техники и технологий.В романах не предполагалось никаких воображаемых двигателей, материалов или устройств, таких как антигравитация. Верн был также первым автором, который изложил проблему межпланетных путешествий на математической основе.

Влияние романов Верна трудно переоценить. Они не только напрямую вдохновили виртуальную кустарную индустрию межпланетных рассказчиков, но и повлияли на некоторых выдающихся личностей, которые помогли создать современную космонавтику. Герман Оберт, Вернер фон Браун и Роберт Годдард, все из которых утверждали, что были вдохновлены чтением книг Верна, впоследствии стали пионерами космических полетов и объединились с другими, чтобы популяризировать свои устремления в космос.

Один заядлый ракетный энтузиаст, Вилли Лей, понял, что общественная поддержка была абсолютной необходимостью. Вдохновленный чтением книги Германа Оберта Die Rakete zu den Planetenräumen ( The Rocket into Interplanetary Space , 1923), Лей написал ее популяризацию, Die Fahrt ins Weltall ( The Journey to Space , 1923). В следующем году он стал соучредителем Verein für Raumschiffahrt (Общество космических путешествий, или VfR). Среди первых и самых восторженных членов VfR был подросток Вернер фон Браун.В течение следующих нескольких лет Лей продолжал писать книги о космических полетах, одновременно редактируя журнал VfR Die Rakete . Он также был активным участником разработки экспериментальных жидкотопливных ракет VfR. Но после того, как немецкая армия взяла на себя VfR и его работу до начала войны, Лей бежал в Соединенные Штаты. Там он продолжал проповедовать ракетную технику и космические путешествия в серии журнальных статей и популярных книг, в том числе о его сотрудничестве с художником Чесли Боунстеллом в 1949 году, The Conquest of Space .

В книгу вошли текст Лея и 48 картин Боунстелла, который стал визуальным представителем космических путешествий после публикации художественного тура среди спутников Сатурна в журнале Life в 1944 году. Реализм художественных работ Боунстелла в сочетании с уверенностью Лея Опыт (и астрономические факты, дважды проверенные астрономом доктором Робертом Ричардсоном) привели к тому, что книга стала бестселлером, выдержав девять изданий в течение следующего десятилетия и убедив целое поколение читателей после Второй мировой войны в том, что космический полет возможен в их продолжительность жизни.Сегодня работает бесчисленное множество профессиональных аэрокосмических инженеров и ученых, которые определили свою карьеру, когда в детстве читали : Завоевание космоса . Среди ее поклонников был 32-летний Артур Кларк, который тогда работал над своей первой книгой. «Для многих, — писал он, — [ Завоевание космоса ] впервые сделают другие планеты реальными местами, а не просто абстракциями. В грядущие годы ему, вероятно, суждено разжечь воображение и тем самым изменить многие жизни» (Ньюэлл, 2019).

Три года спустя журнал Collier спонсировал встречу величайших космических экспертов мира, которые в серии иллюстрированных статей изложили один из первых всеобъемлющих сценариев исследования космоса. Среди этих экспертов были фон Браун, Лей, физик доктор Джозеф Каплан, специалист по космической медицине доктор Хайнц Хабер, эксперт по международному праву Оскар Шахтер, астроном доктор Фред Уиппл и, в качестве иллюстраторов, Боунстелл, Фред Фриман и Рольф Клеп.

Первый выпуск из серии космических полетов Кольера вышел 22 марта 1952 года.В течение следующих 2 лет появилось еще пять выпусков в так называемой «космической программе Collier’s ». Были освещены практически все аспекты космических полетов: подготовка космонавтов, беспилотные спутники, космические станции, высадка на Луну и миссия на Марс. Рассматривались даже международно-правовые вопросы, связанные с космическим полетом. По словам фон Брауна и его коллег-экспертов, к 1963 году Соединенные Штаты могут запустить на орбиту искусственный спутник, к 1964 году — экспедицию на Луну с участием 50 человек, а вскоре после этого — пилотируемый полет на Марс.Предполагалось, что первые две части программы будут стоить «всего» 4 миллиарда долларов. Фон Браун был совершенно серьезен. Он настаивал, что технология существует для осуществления его планов, какими бы грандиозными они ни казались. Как объяснил фон Браун,

Хотя конструкции [ Collier’s ] могут сильно отличаться от того, как на самом деле будут выглядеть марсианские корабли через тридцать или сорок лет, такой подход послужит стоящей цели. Если мы сможем показать, как предположительно можно построить марсианский корабль на основе того, что мы знаем сейчас, мы можем с уверенностью сделать вывод, что реальные конструкции будущего могут быть только лучше.Только упорно придерживаясь инженерных решений, основанных исключительно на научных знаниях, доступных сегодня, и строго избегая любых спекуляций относительно будущих открытий, мы можем доказать, что это сказочное предприятие в принципе осуществимо.

(фон Браун, 1956)

Эти журналы поразили американскую публику 60 с лишним лет назад, как разорвавшаяся бомба. До их появления вся концепция космических полетов была чем-то отнесенным к далекому будущему, если не строго научной фантастикой.Предполагая, что космический полет на самом деле вполне возможен, серия Collier ознаменовала начало золотого века космических полетов — периода, в течение которого американская общественность демонстрировала восхищение, энтузиазм и поддержку космических полетов, которых она никогда раньше не демонстрировала. — космонавтический эквивалент повального увлечения авиацией 1920-х и 1930-х годов. Космический корабль фон Брауна-Бонестелла появлялся в тысячах воплощений в игрушках, рекламе, фильмах, на телевидении — казалось, все имело ракетную или космическую тематику, какой бы маловероятной ни была связь.То, что сами налогоплательщики стали такими счастливыми в космосе благодаря статьям Кольера , во многом помогло фон Брауну убедить правительственных чиновников США инвестировать в американскую космическую программу.

В период расцвета космической гонки существовало множество авторов, специализировавшихся на популяризации ракетостроения и космических полетов. В аннотированной библиографии космической науки и техники Фредерика И. Ордуэя перечислены 18 названий, связанных с космонавтикой, опубликованных в 1940-х годах (Ordway, 1962).К 1961 году список Ордуэя увеличился до 58 новых книг, не считая множества книг, предназначенных для массового потребления, особенно для юных читателей. Работающие ученые, такие как Исаак Азимов, Хэл Клемент, Артур Кларк и Роберт Ричардсон, не только создавали художественную литературу, проповедовавшую космические полеты, но также писали научно-популярные статьи и книги, разъясняющие космическую науку читателям разных возрастов. Лей и фон Браун также использовали научную фантастику как средство передачи идей и волнений по поводу космических путешествий.Но ученые, пишущие для читателей научной фантастики, по большей части проповедуют хору. На самом деле никому не нужно продавать фанатам научной фантастики космические путешествия. Такие авторы, как Мартин Кейдин и Ллойд Маллан, заполнили целые полки книгами по этим предметам, все они предназначались для непрофессионалов, а многие предназначались непосредственно для более молодых читателей.

Рассвет космической эры проявился и в других формах массовой культуры. Хотя вряд ли это был первый фильм, основанный на теме космического полета, « Пункт назначения: Луна, » (1950) стал вехой в фильмах о космических путешествиях благодаря вниманию к деталям и точности, получив почти повсеместно положительные отзывы и премию Оскар за свои спецэффекты. . ² Научно-фантастический фильм с большим бюджетом, снятый Джорджем Палом, Луна назначения , был первым подобным фильмом в Соединенных Штатах, в котором полет человека на Луну рассматривается в критическом свете, раскрывая потенциальные опасности и проблемы, связанные с отправкой астронавтов на Луну. Луну и благополучно вернуть их.

Не только большой экран, но и маленький мерцающий экран дома был занят космической тематикой. Среди некоторых из первых телевизионных программ, разработанных для младших зрителей, были научно-фантастические шоу, действие которых происходило на фоне космических путешествий, такие как Space Patrol (1950–55), Tom Corbett — Space Cadet (1950–55). и Рокки Джонс — космический рейнджер (1954–55).Однако, как и в случае с журнальными статьями и фильмами, вскоре реальность догнала эти ранние космические приключения, основанные на телевидении. Когда Men Into Space (1959–60) появились на телевидении в прайм-тайм, разница между ним и Space Patrol и Tom Corbett не могла быть более разительной. Выполненная в ярко документальном стиле, программа получила сотрудничество с ВВС США, а также с талантами Бонстелла, спроектировавшего космический корабль для сериала, на который, в свою очередь, сильно повлияла работа фон Брауна.Даже в телесериале «Звездный путь », премьера которого состоялась в 1966 году, космический полет изображался реалистично, а его предпосылки и сюжеты основывались на принципах космической науки.

Действительно, к тому времени, когда астронавты отправились в космос в 1960-х годах, американская общественность регулярно знакомилась с космическими исследованиями, как на самом деле, как сообщалось в средствах массовой информации, так и в массовой культуре, хотя и в той, которая больше не изображала вымышленного луча. — вооруженные оружием космические исследователи видели, как сражаются с монстрами с планеты Меркурий, но вместо этого отражали ученых и инженеров, борющихся с более реальными проблемами, такими как попытки дозаправить орбитальный космический корабль или строительство космического телескопа.Реальность и популярная культура способствовали продолжению друг друга на протяжении десятилетия советско-американской космической гонки и вместе вызвали воодушевление, которое испытали многие американцы и люди во всем мире, когда астронавты достигли Луны в 1969 году.

Предсказание будущего Земля с искусственным интеллектом

Компьютерное моделирование, которое ученые используют для понимания эволюции климата Земли, дает государственным чиновникам и корпорациям, планирующим будущее, богатый объем информации. Однако климатические модели, какими бы сложными или ресурсоемкими они ни были, содержат некоторую степень неопределенности. Устранение этой неопределенности становится все более важным, поскольку лица, принимающие решения, задают более сложные вопросы и обращают внимание на меньшие масштабы.

Чтобы улучшить моделирование климата, ученые обращают внимание на потенциал искусственного интеллекта (ИИ). ИИ дал глубокое понимание областей от материаловедения до производства, и исследователи климата рады изучить, как можно использовать ИИ, чтобы революционизировать то, как можно моделировать систему Земли, и особенно ее водный цикл, чтобы значительно улучшить наше понимание и представление. реального мира.В частности, искусственный интеллект предлагает потенциал для значительного повышения точности прогнозов вплоть до масштабов, представляющих интерес для ученых и даже заинтересованных сторон, занимающихся разработкой, финансированием и внедрением справедливых климатических решений для самых обездоленных сообществ Америки.

Вдохновленное этой возможностью, Министерство энергетики США (DOE) запускает всеобъемлющий семинар: «Искусственный интеллект для предсказуемости системы Земля» (AI4ESP). После сбора более 150 официальных документов от научного сообщества AI4ESP набирает обороты, проводя семинар, который начнется 25 октября.Семинар будет включать 17 сессий в течение шестинедельного периода, призванных создать новое научное сообщество, объединяющее исследования климата с искусственным интеллектом, прикладной математикой и суперкомпьютерами.

«Предсказуемость земной системы связана с пересечением климата с гидрологией, экологией, инфраструктурой и деятельностью человека», — сказал Ники Хикмон, ученый из Аргонны, директор по эксплуатации пользовательского объекта для измерения атмосферного излучения (ARM) и руководитель семинара AI4ESP. .

Объединяя исследователей в области предсказуемости системы Земля и компьютерных наук, AI4ESP стремится создать сдвиг парадигмы в моделировании системы Земля. AI4ESP стремится вдохновить алгоритмы искусственного интеллекта нового поколения, специально предназначенные для предсказуемости системы Земля.

По словам Хикмона, непрерывные улучшения повысят способность текущего моделирования обеспечивать более глубокое понимание проблем в масштабах сообщества и проблем, связанных с экстремальными погодными условиями, потенциально позволяя заинтересованным сторонам лучше понять неопределенность, окружающую такие события.

«ИИ для климата все еще находится в зачаточном состоянии», — сказал Хикмон. «Однако нам по-прежнему важно изучить потенциал ИИ, чтобы увидеть, как он может лучше информировать наши модели и подготовить нас к будущему».

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с повесткой дня и зарегистрироваться на семинар, который откроется выступлением заместителя министра энергетики Дэвида Терка. Публика может посетить любое из открытых заседаний. Некоторые компоненты семинара доступны только по приглашению, чтобы собрать необходимые материалы для отчета о семинаре.