Поиск

Европейское космическое агентство отчиталось о проведении первого испытания прямоточного ионного двигателя, использующего в качестве топлива воздух из окружающей атмосферы. В опубликованном на официальном сайте агентства пресс-релизе сообщается, что в перспективе подобные двигатели могут быть использованы в небольших спутниках, которые позволят им работать практически неограниченное количество времени на орбите высотой 200 и менее километров. В основе ионных двигателей лежит принцип ионизации частиц газа и их разгон с помощью электростатического поля. Благодаря конструктивным особенностям частицы газа в таких двигателях разгоняются до значительно больших скоростей, чем в химических двигателях. Ионные двигатели способны создавать гораздо больший удельный импульс и показывают меньший расход топлива, но обладают одним существенным недостатком – создают крайне малую тягу, по сравнению с обычными химическими двигателями. Именно поэтому сейчас ионные двигатели крайне редко используются на практике. Среди последних примеров их использования можно выделить разве что космический аппарат «Dawn», в настоящий момент находящийся на орбите карликовой планеты Цереры, а также аппарат миссии BepiColombo по исследованию Меркурия, которая начнется в конце 2018 года. Стандартная конфигурация используемых сегодня ионных двигателей подразумевает наличие запаса топлива, в качестве которого, как правило, выступает газ ксенон. Но есть и концепция прямоточных ионных двигателей, которая в реальных космических миссиях никогда не применялась. Она отличается от обычных ионных двигателей тем, что в качестве источника топлива выступает не конечный запас газа, который нужно загружать в бак перед запуском, а непосредственно воздух из атмосферы Земли или другого тела, обладающего атмосферой. В теории небольшой аппарат, оснащенный таким двигателем, сможет практически вечно находиться на низкой орбите с высотой от 150 километров. При этом компенсация атмосферного торможения будет осуществляться тягой двигателя, производящего забор воздуха из этой атмосферы. Европейское космическое агентство еще в 2009 году запустило спутник GOCE, который благодаря постоянно включенному ионному двигателю с запасом ксенона пробыл на 255-километровой орбите почти пять лет. По результатам эксперимента ЕКА приняло решение заняться разработкой концепта прямоточного ионного двигателя для аналогичных низкоорбитальных спутников. Испытания прототипа проходили внутри вакуумной камеры. Изначально в установку подавали ускоренный ксенон. В рамках второй части эксперимента в газозаборную систему начали подавать смесь кислорода с азотом, которая имитировала атмосферный состав на высоте 200 километров. В последней части испытаний для проверки работоспособности системы в основном режиме инженеры использовали чистую воздушную смесь.

Впервые в мире команда исследователей, возглавляемая сотрудниками Европейского космического агентства (ЕКА), построила и провела огневые испытания электрического двигателя, способного использовать молекулы разреженного воздуха из верхних слоев атмосферы в качестве рабочего тела. Эта разработка поможет увеличить срок службы спутников, находящихся на низкой околоземной орбите. Спутник ЕКА под названием GOCE находился на орбите высотой 250 километров в течение более чем пяти лет благодаря электрическому двигателю, который постоянно компенсировал силу сопротивления воздуха. Однако срок его службы был ограничен, поскольку на борту находилось всего лишь 40 килограммов ксенона, используемого в качестве рабочего тела – после того как весь ксенон был израсходован, миссия завершилась. Замена рабочего тела, запасы которого приходится хранить на борту, на молекулы атмосферного воздуха позволит создать новый класс спутников, способных находиться на очень низких орбитах в течение продолжительного времени. «В начале этого проекта была предложена концепция двигателя, способного захватывать молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы Земли и использовать их в качестве рабочего тела, чтобы обеспечить скорость на уровне 7,8 километра в секунду", - объяснил Луи Вальпот из ЕКА. Вся конструкция двигателя была разработана и испытана авиакосмической фирмой Sitael, Италия, которая протестировала двигатель в вакуумной камере, имитирующей условия на высоте 200 километров над поверхностью Земли. Основной проблемой при создании двигателя стала разработка надежной системы впуска молекул воздуха, позволяющей накапливать достаточное его количество для последующего сжатия. Затем сжатый воздух подвергается ионизации, и ионизированные частицы ускоряются в электрическом поле, обеспечивая необходимую тягу. Система ионизации и ускорения молекул воздуха имеет две ступени. Использующие атмосферный воздух электрические ракетные двигатели могут также быть использованы для движения космических аппаратов в атмосферах других планет, например, в атмосфере Марса, в которой преобладает диоксид углерода (CO2), считает Вальпот.

Apple зарегистрировала патент на стилус, которым можно рисовать на любой поверхности и даже в воздухе. В заявке описано перо, которое отслеживается с помощью датчика силы нажатия на кончике, а также датчиков движения и ориентации в пространстве, камеры или «электромагнитной или звуковой схемы триангуляции». Это, вероятно, означает, что компьютер сможет удалённо отслеживать стилус с различных позиций и определять его расположение в трёхмерном пространстве. Пером можно будет писать и рисовать 3D-картинки. Например, если пользователь нарисует в воздухе цилиндр, то фигура сразу появится на экране компьютера — то есть человек не будет ограничен двухмерной плоскостью. Концепция рисования в воздухе напоминает цифровую версию 3Doodler — 3D-ручки, которая, по сути, переплавляет пластик и создаёт из него объёмные предметы. Apple подала заявку ещё в июле 2016 года. Опубликован патент был в конце января. На изображении ниже приведены примеры того, что можно будет рисовать с помощью стилуса. Купертинский гигант уже продаёт один стилус, Pencil, но с ним можно работать только на iPad Pro. У других компаний тоже есть свои стилусы — например, S Pen от Samsung, который идёт в комплекте с Galaxy Note, и Pen+ от Moleskine, позволяющий мгновенно оцифровывать то, что человек пишет или рисует на бумаге. А вот пера, которым можно было бы рисовать в воздухе, пока нет. Впрочем, пока это всего лишь патент, поэтому стилус от Apple вполне может застрять на стадии задумки.

Одной из технологий, пришедших к нам с экранов научно-фантастических фильмов серии "Звездные войны", которую ученые всеми силами пытаются воплотить в реальности, является голографический дисплей, при помощи которого робот R2-D2 воспроизводил движущиеся изображения принцессы Леи и других персонажей. И недавно ученые из университета Рочестера создали новое голографическое устройство, по качеству работы максимально приближенное к тому, что мы видели в "Звездных войнах", его работа основана на использовании крошечных частиц пыли, "танцующих" в воздухе под управлением луча лазерного света. Разрабатывая новую технологию, ученые нашли способ управления частицами пыли, которые парят в воздухе и светятся под воздействием лазерного света. "Наше устройство, по сути, очень быстро "печатает" в воздухе трехмерный объект и стирает его для "печати" следующего кадра" - рассказывает Даниэль Смалли (Daniel Smalley), ведущий исследователь, - "Несмотря на обилие подобных систем, созданных в последние годы, наша система является самой близкой к системе робота R2-D2 из "Звездных войн"". В качестве примера работы нового голографического устройства ученые воспроизвели движущееся изображение бабочки, порхающей в воздухе, и изображение одного из аспирантов лаборатории, который изображал из себя принцессу Лею. Крошечные пылинки движутся в воздухе под воздействием луча лазерного света, который выступает в роли так называемого оптического пинцета. И, несмотря на сходство системы с дисплеем робота R2-D2, идея для ее создания была почерпнута из совершенно другого фантастического фильма. На идею создания "пылевого" голографического дисплея исследователей натолкнула голографическая перчатка Тони Старка, главного героя фильма "Железный человек". Интереснее тот факт, что само создаваемое изображение практически является двухмерным. "Это походит на работу трехмерного принтера, который печатает трехмерные объекты при помощи наносимых его головкой двухмерных слоев" - рассказывает Даниэль Смалли, - "Все "волшебство" нашей технологии заключено в двухмерной плоскости". Созданное учеными устройство имеет небольшие габариты и способно создавать столь же небольшие голографические изображения. Но, путем включения в состав системы дополнительных лазеров, т.е. дополнительных "оптических пинцетов", исследователи планирую увеличить рабочий объем и, соответственно, размеры создаваемых голографических изображений. К сожалению, ученым потребуется еще достаточно много времени для того, чтобы подобный голографический дисплей перешел в разряд технологий, пригодных для практического использования. А области применения такой технологии просматриваются весьма ясно уже достаточно давно благодаря тем же фильмам серий "Звездные войны", "Железный человек" и др.