Сверхбыстрый двуногий робот ATRIAS готовится стать новым мировым рекордсменом

Машины-монстры: HAPLS - самая большая в мире матрица полупроводниковых лазеров, способная выдать 3.2 МВт пиковой мощности

Специалисты Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) изготовили и ввели в эксплуатацию самую большую на сегодняшний день матрицу из полупроводниковых лазерных диодов, которая способна вырабатывать импульсы света с пиковой мощностью 3.2 МВт. Эта матрица является ключевым компонентом системы накачки High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System (HAPLS), разработка которой ведется в лаборатории LLNL и которая будет установлена на будущем самом мощном лазере в миреExtreme Light Infrastructure (ELI), сооружение которого ведется в настоящее время в Чешской Республике.

Система HAPLS способна вырабатывать импульсы света, длительностью 30 фемтосекунд, мощностью более одного петаватта и повторяющиеся с частотой в 10 Гц (10 раз в секунду). Такая высокая частота следования импульсов является ключевым моментом для любой современной высокоэнергетической лазерной системы, которые раньше накачивались при помощи множества мощных импульсных ламп, которые, в свою очередь, могут срабатывать не чаще одного раза в секунду. Диодные матрицы HAPLS могут срабатывать 10 раз в секунду, накачивая килоджоулями своих импульсов основной усилитель мощности лазера ELI, который начнет вырабатывать первые импульсы в 2017 году.

"Европейская система Extreme Light Infrastructure, в создании которой задействованы участники со всего мира, станет вместилищем всех самых ультрасовременных лазерных технологий, которое обеспечит международные группы ученых возможностью проведения фундаментальных физических и практических исследований" - рассказывает Константин Хафнер (Constantin Haefner), директор программы HAPLS, - "Лаборатория LLNL, признанный мировой лидер в области высокоэффективных лазерных систем средней и большой мощности, является одним из наших основных партнеров, создающих вместе с нами петаваттные лазерные системы нового поколения".

Как уже упоминалось выше, большинство современных мощных лазеров использует для накачки гигантские импульсные лампы. Вспышки яркого белого света этих ламп возбуждают и переводят в высокое энергетическое состояние атомы материала, специального лазерного стекла, из которого изготовлены большие стержни и плиты. Относительно низкая эффективность этих ламп является причиной, по которой достаточно большая часть энергии превращается в тепло и лампам требуется некоторое время на охлаждение. Технология лазерных диодов, эффективность которых почти вплотную приближается к 100 процентам, позволяет решить проблему лишнего тепла и увеличить на порядок частоту следования импульсов.

"Технология импульсных ламп использовалась для накачки лазеров более 50 лет и за это время мы полностью исчерпали все возможности этой технологии" - рассказывает Энди Бэрэмиэн (Andy Bayramian), один из "архитекторов" системы HAPLS, - "Сейчас нам пришлось полностью отказаться от импульсных ламп и обратить свое внимание в сторону матриц полупроводниковых лазерных диодов, которые позволят нам создавать совершенно новые классы высокоэнергетических лазерных систем".

Для того, чтобы сделать матрицу HAPLS реальностью руководство лаборатории LLNL привлекло специалистов компании Lasertel Inc., которые совместив передовые технологии полупроводниковых лазеров с новой микрооптикой, разработали конструкции надежных и достаточно простых мегаваттных модулей. Кроме этого, для снабжения всего лазерного "хозяйства" энергией, специалисты LLNL разработали и изготовили импульсные источники питания нового типа, которые без перепадов в потреблении постоянно тянут энергию из сети и, накопив достаточно энергии, выдают импульсы тока огромной силы, имеющие строго заданную форму, длительность и другие параметры. Каждый такой источник питания способен выдать импульс тока, силой до 40 тысяч ампер и эта технология была запатентована лабораторией LLNL.

"Объединение лазерной технологии компании Lasertel Inc. с нашими технологиями импульсного питания позволяют создать компактные и эффективные лазерные системы средней и высокой мощности, способные вырабатывать импульсы с недостижимой до этого частотой" - рассказывает Константин Хафнер, - "В результате нашей работы мы создали надежную, высокоэффективную и достаточно простую систему оптической накачки, которую можно масштабировать до любого уровня, подстраивая ее под нужды каждой конкретной лазерной системы".

Машины-монстры - все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Китайские ученые сделали двигатель для роботов из жидкого металла в стиле "Терминатора"

Двигатель, работающий на замороженном углекислом газе, может снабдить энергией миссии на Марсе

Будущие автоматические и пилотируемые миссии на Марсе могут получать энергию от генераторов, вращаемых двигателями, использующими в качестве топлива замороженный углекислый газ. Опытный образец такого двигателя был изготовлен исследователями из университетов Нортумбрии и Эдинбурга и в основе принципа его работы лежит достаточно известный эффект Лейденфроста. Предполагается, что на Марсе такие двигатели будут использовать имеющиеся там залежи замороженного углекислого газа, так называемого сухого льда, что позволит избавиться от потребности доставлять на Марс дополнительное топливо.


Эффект Лейденфроста, использующийся в работе двигателя, заключается в том, когда жидкость контактирует с поверхностью, нагретой гораздо выше точки кипения этой жидкости, между поверхностью и жидкостью возникает прослойка газа или пара, которая выполняет роль теплового изолятора, не давая всей жидкости моментально испариться. Эта прослойка также приподнимает и удерживает капли жидкости над поверхностью, позволяя им перемещаться в произвольном направлении.


Примером эффекта Лейденфроста являются капли воды, упавшие на дно разогретой сковородки, которые "шипя и плюясь" катаются по поверхности, пока не испаряются полностью. Но если горячая поверхность имеет выступы и впадины, движение капель упорядочивается и это можно использовать в своих целях.


В созданном двигателе в роли горячей сковородки использовалась подогреваемая алюминиевая поверхность, на которую помещался диск из сухого льда, плавающий на подушке испарившегося углекислого газа. На поверхности алюминия, которая имела немного коническую форму, выгравированы канавки особой формы, расходящиеся от центра к краям по спирали, создавая своего рода турбину. За счет этого сухой лед, попадая под влияние эффекта Лейденфроста, начинал вращаться по кругу.


Вокруг вращающегося куска сухого льда была расположена достаточно сложная система из постоянных магнитов и катушек, которая превратила все это в электрический генератор, вырабатывающий переменный электрический ток. И это является первым разом, когда эффект Лейденфроста использовался для получения энергии любого вида.


Исследователи полагают, что изобилие замороженного углекислого газа и его обилие в атмосфере Марса делают такой тип двигателя весьма многообещающим с точки зрения снабжения энергией различных установок и устройств, используемых в автоматических и пилотируемых исследовательских миссиях. И особенно привлекательной эта технология выглядит для длительных миссий и процесса колонизации, в которых необходимо максимально использовать все доступные для этого ресурсы местного происхождения.

Ученые предположили, что Млечный Путь на 50 процентов больше, чем это считалось ранее

Согласно результатам новых исследований, в ходе которых ученые обнаружили несколько огромных концентрических колец "ряби" на границах галактики, были сделаны выводы о том, что размер Млечного Пути может быть, по крайней мере, на 50 процентов больше, чем это считалось ранее. К таким выводам пришла международная группа ученых-астрономов, возглавляемая Хайди Джо Ньюбергом (Heidi Jo Newberg), профессором из Ренселлеровского политехнического института (Rensselaer Polytechnic Institute), который, используя данные обзора Sloan Digital Sky Survey (SDSS) в 2002 году установил наличие выпуклого кольца звезд, выступающего далеко за пределы плоскости нашей галактики.

"Самое главное, что нам удалось обнаружить, что диск Млечного Пути имеет совсем не плоскую форму. На границах галактического диска мы видим нечто вроде волн" - рассказывает Хайди Ньюберг, - "Эти волнообразные кольца увеличиваются по амплитуде по мере удаления от центра галактики, и нам удалось четко распознать четыре волны в той части галактики, которая идет от Солнца наружу. В будущем, зная что нам искать, мы собираемся осмотреть и оставшуюся, внутреннюю часть галактики, и я уверен, что мы найдем волны повсюду на диске галактики".

Если "расправить" эти волнообразные формирования, которые раньше по ошибке были приняты за кольца, то ширина Млечного Пути увеличится со 100 до 150 тысяч световых лет. "Проводя исследования нашей галактики, астрономы заметили, что плотность звезд начинает резко падать, начиная с расстояния в 50 тысяч световых лет от центра галактики. А на расстоянии 60 световых лет плотность звезд резко увеличивается, значительно превосходя по количеству средний показатель для Млечного Пути" - рассказывает Ян Ксу (Yan Xu), ученый из китайской Национальной астрономической обсерватории, - "Теперь мы увидели, что это не просто кольцо, как мы считали ранее, это "рябь", напоминающая волны гофрированного картона. И я уверен, что в дальнейших исследованиях мы обязательно найдем еще несколько волн такой галактической ряби".
Новые исследования, в ходе которых были обнаружены галактические волны, проводятся на базе данных исследований 2002 года, когда Хайди Ньюберг установил наличие так называемого "кольца Единорога" (Monoceros Ring), кольцеобразного сверхплотного скопления звезд, выступающего на значительное расстояние над плоскостью галактики Млечного Пути. В то время Ньюберг заметил некоторые доказательства существования еще одного кольца, расположенного между кольцом Единорога и Солнцем, но в силу некоторых причин исследования всего этого пришлось отложить на более позднее время. И лишь недавно, получив в свое распоряжение дополнительные данные, собранные в ходе обзора SDSS, ученые возвратились к изучению обнаруженных феноменов.

Проведя тщательный анализ данных, ученые обнаружили четыре подобных аномалии, одну на расстоянии 2 килопарсек от Солнца, вторую - на удалении 4-6 килопарсек, третью - на удалении 8-10 килопарсек и четвертую - на удалении 12-16 килопарсек. Небезызвестное кольцо Единорога является частью третьей аномалии, третьей волны плотности звезд. Позже было установлено, что эта "рябь" пошла по спиральным рукавам галактики в результате гравитационного воздействия карликовой галактики или скопления темной материи, которая в прошлом пересекла Млечный Путь.
"Это похоже на то, если бросить камешек в спокойную воду. Когда концентрические кольца, волны, начнут расходиться в разные стороны из точки падения" - рассказывает Хайди Ньюберг, - "Только в нашем случае в роли камешка, быстрее всего, выступала карликовая галактика, силы гравитации которой сначала слегка потянули диск нашей галактики словно резинку. Когда эта галактика покинула пределы Млечного Пути, она перестала влиять на него, "отпустив резинку", что привело к возникновению колебаний, которые зафиксировались в виде волн, как бы расходящихся наружу из центра"

В скором времени ученые собираются составить более точные трехмерные карты кольца Единорога и других концентрических колец, что позволит им получить полное представление о структуре окраин спиральных рукавов Млечного Пути. И для этого ученые используют снимки с высокой разрешающей способностью, которые делает европейский космический телескоп Gaia.