Если вы хотите, чтобы ваш беспилотник летал дольше и дальше, ему потребуется установить новую более емкую аккумуляторную батарею.
Однако, дополнительный вес, который при этом придется понимать в воздух, требует дополнительного расхода энергии, что уменьшает время полета.
Это — дилемма, с которой сталкиваются все разработчики летательных аппаратов на электрической тяге. И одним из возможных решений возникающей проблемы является использование систем беспроводной передачи энергии.
Доктор Сэмер Олдхээр (Dr. Samer Aldhaher) из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College London) и его группа создали новую простую и эффективную систему беспроводной передачи энергии.
Количество передаваемой ею энергии вполне достаточно для того, чтобы держать в воздухе небольшой квадрокоптер в течение сколь угодно длительного промежутка времени.
Передатчик этой системы изготовлен на двухсторонней печатной плате и в его основе лежит инвертор Е-класса, работающий на резонансной частоте 13.56 МГц. Столь высокая частота работы инвертора была получена за счет использования силового транзистора на основе нитрида галлия, который был произведен компанией GaN Systems.
Помимо высокой эффективности передачи энергии, большая частота, на которой работает система, позволила использовать катушку приемника, состоящую всего из одного витка медной ленты, который еще выступает в роли защиты роторов беспилотника.
Основой приемной системы является высокочастотный выпрямитель класса D, имеющий очень низкий показатель потерь, и высокоэффективный DC/DC преобразователь.
Не следует пока ожидать, что данная система беспроводной передачи энергии позволит беспилотнику свободно летать, не используя для этого энергию из аккумуляторных батарей.
Беспилотник, который вы можете увидеть на приведенном ниже видеоролике, способен подниматься на высоту 10-15 сантиметров от поверхности передатчика.
Но в ближайшее время исследователи уже планируют разработку и создание новой системы беспроводной передачи энергии, которая позволит беспилотнику свободно летать в пределах одной комнаты. Взято с http://dailytechinfo.org
Одной из определяющих характеристик современной эпохи освоения космоса является ее открытая природа. В прошлом космос был фронтиром, доступным лишь двум национальным космическим агентствам — программам США и СССР.
Но благодаря развитию новых технологий и сокращению расходов на те или иные аспекты, коммерческий сегмент уже активно предлагает собственные услуги по запуску чего-либо в космос. Кроме того, научные учреждения и малые страны строят собственные спутники для проведения атмосферных исследований, наблюдений Земли и испытания новых космических технологий. Так вот, именно CubeSat («кубсат»), миниатюрный спутник, позволяет им проводить вполне недорогие космические исследования.
Структура и дизайн «кубсата» «Кубсаты», известные также как наноспутники, строятся в стандартном размере 10 х 10 х 11 сантиметров (1U) и выполнены в форме кубика, как легко догадаться по названию. Они масштабируются и бывают разных версий — 1U, 2U, 3U или 6U. Весит такой спутник 1,33 кг на U.
Кубсаты выше 3U по размерам — это большие прототипы, составленные из трех кубиков, которые находятся в цилиндре. В последние годы предлагались и более крупные платформы CubeSat, включающие модель в 12U (20 x 20 x 30 сантиметров).
Она позволила бы расширить возможности кубсатов, выйдя за пределы академических исследований, и проводить испытания новых технологий, включая более сложную науку и оборонку. Основная причина миниатюризации спутников заключается в снижении стоимости развертывания и поскольку их можно развернуть на остатках мощности ракеты. Это позволяет снизить различные риски, а также существенно ускорить процесс запуска. Также их можно делать на основе готовых коммерческих электронных компонентов, что относительно легко. Обычно миссии с участием кубсатов запускаются на самую низкую околоземную орбиту, а через несколько дней или недель они уже повторно входят в атмосферу, что позволяет проигнорировать излучение и использовать обычную технику, как из магазина электроники. Кубсаты делают из четырех определенных типов алюминиевого сплава, чтобы гарантировать, что у них с ракетой-носителем будет один и тот же коэффициент теплового расширения. Спутники также покрываются защитным слоем оксида на всех поверхностях, что предотвращает холодную сварку с местом под большим давлением.
Компоненты «кубсатов» Кубсаты зачастую оснащены множеством бортовых компьютеров для проведения исследований, а также для управления ориентацией, подруливающими устройствами и коммуникациями. Как правило, обилие бортовых компьютеров позволяет перераспределить нагрузку в случае избытка данных. Основной компьютер отвечает за делегирование задач другим компьютерам — например, управление ориентацией, расчет орбитальных маневров и планирование задач.
Также основной компьютер можно использовать для выполнения задач, связанных с грузом, вроде обработки изображений, анализа данных и сжатия данных. Миниатюрные компоненты, обеспечивающие управление ориентацией, состоят из маховиков, движителей, звездных трекеров, датчиков Земли и Солнца, датчиков угловых скоростей, GPS-приемников и антенн. Многие из этих систем часто используются в сочетании, чтобы компенсировать недостатки и обеспечить уровень избыточности. Датчики Солнца и звезд используются для направления спутника, а датчик Земли и ее горизонта необходим для проведения земных и атмосферных исследований. Солнечные датчики также нужны, чтобы кубсат получал максимум солнечной энергии. В то же время движение происходит в разных формах, все из которых включают миниатюрные двигатели, обеспечивающие различный импульс. Спутники также подвержены радиационному нагреву Солнца, Земли и отраженного солнечного света, не говоря уж о тепле, вырабатываемом их компонентами. Поэтому кубсат имеет изоляционные слои и теплозащиту, которая гарантирует, что компоненты не будут нагреваться выше положенного и что избыточное тепло будет рассеиваться.
Зачастую для наблюдения за температурой включат датчики температуры. Для связи кубсат полагается на антенну, которая работает в VHF, UHF, L-, S-, C- или X-диапазонах. Они ограничены двумя ваттами энергии из-за небольших размеров и ограниченных возможностей спутников. Эти антенны могут быть спиральными, дипольными или монопольными, хотя бывают и более сложные модели. Движение кубсата Кубсаты полагаются на множество различных методов движения, что в свою очередь привело к прогрессу в разных сферах технологий.
Самые распространенные методы включают холодный газ, химическое, электрическое движение и солнечные паруса. Тяга на холодном газе подразумевает хранение инертного газа (например, азота) в баке и выпуск через сопло для движения. Это самая простая, полезная и безопасная система, которую может использовать кубсат, поскольку большинство газов холодные и не являются ни летучими, ни едкими. Тем не менее они также предполагают ограниченную эффективность и не позволяют особо разогнаться или поманеврировать. Поэтому они используются в системах управления высотой, а не в качестве основных двигателей. Системы химической тяги опираются на химические реакции для получения газа под высоким давлением и при высокой температуре, которые затем направляется в сопло для создания тяги. Они могут быть жидкими, твердыми или гибридными и, как правило, сводятся к комбинации химических веществ и катализаторов или окислителей. Эти двигатели просты (а значит и миниатюрны), имеют низкие требования к мощности и очень надежны. Электрическая тяга полагается на электрическую энергию для ускорения заряженных частиц до высоких скоростей. Двигатели Холла, ионные двигатели, импульсные плазменные двигатели — это все сюда. Этот вид тяги сочетает высокий удельный импульс с высокой эффективностью, а его компоненты можно легко уменьшить. Недостатком является то, что они требуют дополнительной мощности, а значит нужны будут и более крупные солнечные батареи, и более сложные системы питания. Для движения также используются солнечные паруса, которые полезны, поскольку не нуждаются в топливе. Солнечные паруса также можно масштабировать в зависимости от размеров кубсата, а малая масса спутников приводит к значительному ускорению при помощи паруса. Тем не менее солнечные паруса должны быть достаточно велики по сравнению со спутником, что добавляет механической сложности и возможностей для потенциального отказа. В настоящее время не так много кубсатов оснащали солнечным парусом, но поскольку это единственный метод на текущий момент, который не требует ракетного топлива и не включает опасные материалы, интерес к нему не исчезает. Поскольку двигатели миниатюрны, с этим сопряжено несколько технических проблем. Например, операции с вектором тяги невозможны при небольших двигателях. Управление вектором тяги осуществляется за счет использования асимметричной тяги из множества сопел или за счет изменения центра массы относительно геометрии кубсата. История «кубсата» Начиная с 1999 года Политехнический университет штата Калифорния и Стэнфордский университет разрабатывали спецификации CubeSat, чтобы помочь университетам всего мира «выйти в космос». Термин CubeSat был придуман для обозначения наноспутников, которые соответствуют стандартам, указанным в проектных спецификациях. Основы этих спецификаций были заложены профессором авиационно-космической техники Джорди Пьюиг-Суари и Бобом Твиггсом из Стэнфордского университета. С тех пор на основе этой работы выросло международное партнерством более 40 институтов, которые разрабатывают ценный груз для наноспутников при проведении собственных исследований. Первоначально, несмотря на их малые размеры, научные учреждения были существенно ограничены, вынужденные ждать возможности запуска годами. В некоторой степени это было исправлено появлением Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD), созданного Политехническим калифорнийским университетом. P-POD монтируются к пусковой ракете и выводят кубсаты на орбиту, выпуская их после получения правильного сигнала от носителя. Если коротко, P-POD позволили запускать множество кубсатов в строго указанное время. Производством кубсатов занимается множество компаний, включая Boeing. Но большая часть интереса проистекает со стороны научного сообщества, с гремучей смесью успешно запущенных на орбиту кубсатов и проваленных миссий. С момента создания кубсаты использовались множество раз. Например, для развертывания системы автоматической идентификации для мониторинга морских судов; удаленных датчиков Земли; для проверки долгосрочной жизнеспособности космических тросов, а также для проведения биологических и радиологических экспериментов. Внутри академического и научного сообщества эти результаты являются общими и достигаются за счет широкого вовлечения институтов и сотрудничества разработчиков. Взято с hi-news.ru
Солнечные панели помогают человечеству сокращать зависимость от ископаемого топлива. Но современные панели также трудно назвать дружественными к окружающей среде.
Учеными были разработаны более практичные и экологичные солнечные ячейки, которые производятся из недорогих материалов — галоидных перовскитов. Ими были разработаны солнечные ячейки из перовскита со сниженным содержанием свинца и КПД преобразования энергии в 15%. О своих достижениях исследователи сообщили в журнале Journal of the American Chemical Society.
Новая разработка дает возможность надеяться на появление достойной замены современным фотоэлементам на основе кремния, которые достаточно дороги и требуют немало энергии для своего производства.
Вместо этого ученые предложили гибридное сочетание материалов, включающее в себя органические и неорганические составляющие — сочетание свинца с галоидными перовскитами.
Производство таких солнечных панелей позволит снизить затраты, используя меньше энергии, чем необходимо для производства кремниевых панелей. За несколько последних лет эффективность этих материалов существенно возросла.
Дальнейшее повышение эффективности данной технологии требует для формирования сдвоенной ячейки соединения двух субъячеек — широкозонной (wide bandgap) сверху и узкозонной (low bandgap) снизу.
Бандгапом определяется наименьшая энергия, которая может быть воспринята полупроводником. Долгие годы возможности узкозонных ячеек из перовскита были пробелом в научных исследованиях. Но ученые решили этот пробел устранить.
Для создаваемых солнечных ячеек учеными был разработан новый исходный раствор из формамидинового иодида олова и метиламмониевого иодида свинца.
В результате получились узкозонные ячейки из перовскита, изготовленные с использованием сочетания олова и свинца, характеризующиеся, как отмечалось выше, 15-процентным КПД преобразования энергии.
Следует отметить, что другими исследователями ранее сообщалось о достижении узкозонными ячейками КПД преобразования энергии примерно в 13,6%. Дополнительным преимуществом новых солнечных ячеек является то, что в них содержится на 60% меньше свинца, чем в одиночных — а не сдвоенных, как в рамках разрабатываемой учеными технологии — солнечных ячейках из перовскита на основе свинца.
Впрочем, максимальное КПД преобразования энергии у таких ячеек выше и может достигать 22,1%. Исследователи отмечают, что снижение содержания свинца и повышение эффективности узкозонных ячеек является значительным практическим шагом вперед к созданию более дружественных окружающей среде сдвоенных солнечных ячеек из перовскита. Взято с hi-news.ru
Новый микроскоп, разработанный и изготовленный специалистами Морской биологической лаборатории Океанографического института Вудс Хол, Массачусетс, позволил ученым запечатлеть процесс движения отдельных молекул внутри живых клеток. Качество изображения, получаемого при помощи этого микроскопа, позволяет увидеть даже ориентацию и положение молекул, что дает ученым возможность выяснить некоторые неизвестные ранее аспекты поведения молекул, включая те, которые являются причиной всевозможных заболеваний.
Новый микроскоп получил название мгновенный флуоресцентный поляризационный микроскоп (instantaneous fluorescence polarization microscope), он создавался исключительно для изучения движения крошечных молекул, размеры которых составляют миллиардные доли метра, внутри клеток, для изучения химических реакций, в которых они принимают участие, и для изучения процессов формирования больших внутриклеточных структур.
Ключевым моментом нового микроскопа является использование света с определенной поляризацией, который в обычных условиях невидим для человеческого глаза. Исследуемые молекулы ДНК и различных белков маркируются флуоресцентными метками, которые светятся уже в диапазоне видимого света, позволяя отслеживать все перемещения молекул в живых клетках кожи человека, которые были использованы в экспериментах.
А большая частота съемки камеры нового микроскопа позволяет отслеживать изменения ориентации отдельных молекул и наблюдать за их превращениями во время формирования молекулярных структур более высокого порядка.
«Все живые клетки функционируют за счет перемещений и превращений молекул внутри них. К примеру, клетки мускульных тканей сокращаются за счет изменения ориентации содержащихся в них молекул» — рассказывает Шэлин Мехта (Shalin Mehta), ведущий ученый, — «Этот новый микроскоп и алгоритмы обработки поступающей информации позволяют нам видеть, как отдельные молекулы выравниваются и взаимодействуют друг с другом. И самым главным является то, что новый метод позволяет обойти ограничения разрешающей способности оптических микроскопов, которые связаны с дифракционным пределом».
Помимо углубленного изучения клеточных функций новый микроскоп позволит ученым выяснить причины того, почему некоторые клетки иногда «выходят из строя» и превращаются в клетки злокачественного характера. Взято с http://dailytechinfo.org
В мире гаджетов одна из самых горячих тем – отказ Apple от 3,5-мм разъема в iPhone 7. За этот смелый ход компанию критикуют не только рядовые пользователи, но и многие технические специалисты. В 2010 году Стив Джобс в интервью известному ИТ-журналисту Уолту Моссбергу заявил: «Иногда, когда мы избавляемся от привычных вещей в своих продуктах, люди называют нас сумасшедшими…» «Может, нетерпеливыми?.. – уточнил Моссберг. «Нет-нет, сумасшедшими, – улыбнулся Джобс. – Но нам нужно правильно выбирать технологии, которые будут двигать рынок вперед». Слово «смелость», которым Фил Шиллер на презентации 7 сентября объяснил избавление новых iPhone от миниджека, тоже прозвучало в этом интервью Джобса. «Нам хватает смелости определиться с тем, что та или иная деталь не делает наш продукт отличным. И мы убираем ее, – сказал Джобс. – Люди платят нам за то, что мы за них делаем выбор, какие технологии станут прорывными, а какие – нет». В действительности, Apple регулярно устраивает подобные переполохи. В истории компании было много ситуаций, когда она разрушала привычные стандарты. Вот некоторые шаги компании, вызвавшие в свое время немало пересудов. Флоппи-диск (iMac G3) Устройство Apple, с которым связаны наиболее радикальные перемены – это то же устройство, что помогло компании вернуться в строй после нескольких неудачных лет. Речь идет о компьютере iMac G3. Компьютер был выпущен на рынок в 1998 году. 3,5-дюймовые дискеты тогда еще не вышли из обихода и были довольно популярны среди пользователей. Тем не менее, в iMac G3 не было 3,5-дюймового дисковода. Вопреки желаниям рынка, Apple отказалась от формата, который посчитала неперспективным. Также компьютер не имел популярных на то время портов SCSI и ADB. Их место заняли столь привычные сегодня USB. CD-привод (MacBook Air) Еще один год больших и шокирующих перемен – 2008. Тогда Apple выпустила на рынок сразу три новых компьютера серии MacBook. Конечно же, самым примечательным из них был MacBook Air первого поколения. Машина была невероятно тонкой для своего времени, но пользователей она шокировала отказом от CD/DVD-привода и столь привычного сетевого порта Ethernet. CD и DVD диски, хотя уже не так популярны, как десять лет назад, всё еще активно используются. Сетевой порт Ethernet также далек от «смерти». Тем не менее, Apple еще в 2008 посчитала эти вещи неперспективными, а потому решила ориентироваться на будущее без дисков и кабелей. Тем же, кто хотел использовать компакт-диски, был предоставлен отдельный внешний дисковод за $99. Flash (iPhone и iPad) В 2010 году на сайте Apple появилось открытое письмо Стива Джобса, озаглавленное просто и доходчиво — «Размышления о Flash». Основатель компании решил ответить на вопрос, почему Apple поставила для Flash непреодолимые препятствия, вынудив Adobe отказаться от разработок для iPhone и iPad. «Во-первых, открытость Flash есть миф, поскольку технология является проприетарной, — заявил Джобс. — Утверждая, что 75% всего видео в Сети доступно во Flash, Adobe не учитывает, что большая часть контента дублируется в формате H.264, а 40% Интернет-видео приходится на долю гаджетов Apple». Кроме этого безопасность, стабильность и быстродействие Flash далеки от идеала: технология значится как одна из самых уязвимых. Flash требует дополнительных затрат ресурсов мобильных устройств, что критическим образом сказывается на времени их автономной работы. Технология создавалась для настольных компьютеров и мышек в далекую эпоху десктопов. «С повсеместным распространением мобильных устройств использование технологии, «пожирающей ресурсы», не оправдано, – отметил Джобс. – Эпоха мобильных гаджетов — это эпоха минимального энергопотребления, сенсорных экранов и открытых веб-стандартов». В 2015 году Adobe признала правоту Стива Джобса, объявив о поддержке открытого стандарта HTML5 и отказе от дальнейшей разработки Flash для мобильных платформ. 30-пиновый порт (iPhone 5) В 2012 году компания шокировала миллионы пользователей iOS-устройств, выпустив iPhone 5 без стандартного 30-пинового коннектора Apple. От этого разъема разработчики отказались в пользу текущего стандартного коннектора Lightning. Такое решение было встречено очень неоднозначно, ведь оно делало бесполезным огромное количество уже имевшихся аксессуаров для iPhone. Из непростой ситуации компания вышла так же, как и сейчас с 3,5-миллиметровым аудиовыходом. Она попросту предложила пользователям переходник стоимостью $29. USB 3.0 (MacBook) Еще один сюрприз компания преподнесла пользователям относительно недавно, в прошлом году. Новенький MacBook (Retina) стал одним из самых стильных и тонких гаджетов 2015 года. Но вот ситуация с разъемами оказалась несколько пугающей. Гаджет не получил ни USB 3.1, ни Thunderbolt, ни HDMI, ни даже Lightning. Единственный порт, который есть у нового MacBook – USB-C. Напомним, этот формат еще толком не прижился ни на ПК, ни в мобильной технике. Тем не менее, Apple пошла ва-банк, поставив на этот разъем него всё. И, конечно же, не заставили себя ждать переходники. Простой переходник с USB-C на USB Apple предлагает за $19, а многофункциональный мультипортовый адаптер – за $79. Аудиоразъем (iPhone 7) Учитывая долгую историю насильственного пересаживания пользователей на новые форматы, не стоит удивляться отказу Apple от верного 3,5-мм аудиоджека. Удивительно в этой ситуации другое. По традиции, компания предложила пользователям переходник. Но на этот раз проводок с двумя разъемами предоставляется покупателям iPhone 7 бесплатно, а не как всегда, за пару десятков долларов сверху. Взято с macdigger.ru
Сверхпроводники — это Святой Грааль физиков и материаловедов. Эти материалы позволяют электрическому току течь совершенно свободно, безо всякого сопротивления. Правда, такое возможно лишь при температурах в несколько градусов выше абсолютного нуля, что затрудняет их повсеместное использование. Тем не менее, если бы мы могли использовать силу сверхпроводимости при комнатной температуре, мы могли бы изменить процессы производства, хранения, распределения энергии, и фантастика стала бы реальностью. Не так давно исследователи из отдела энергий Брукхейвенской национальной лаборатории стали на один шаг ближе к пониманию того, как осуществить подобный прорыв. Исследование, проведенное под руководством физика Ивана Божовича, было посвящено классу соединений под названием купраты, они содержат слои атомов меди и кислорода. При определенных условиях — которые пока что включают сверхнизкие температуры — электрические токи свободно протекают через купратные сверхпроводники, не встречая на своем пути никаких препятствий. То есть переносимая ими электроэнергия совсем не преобразуется в тепло. Если вы когда-либо держали ноутбук на коленях, вы должны понимать, что такое потеря тепла из-за несверхпроводящего материала. Создание необходимых условий для сверхпроводимости в купратах также включает добавление других химических элементов вроде стронция. Добавляя эти атомы и охлаждая материал, можно добиться того, что электроны — которые обычно отталкиваются друг от друга — выстроятся парами и будут легко двигаться через материал. Чем же особенные эти купраты? Дело в том, что они могут достичь этого «волшебного» состояния при температурах, которые на сотню градусов превышают те, при которых обычно работают сверхпроводники. Это делает купраты весьма перспективными для реального применения.
Такие материалы не потребуют охлаждения, так что их можно было бы относительно легко и недорого включить в нашу повседневную жизнь. Представьте энергосети, которые никогда не теряют энергию; более доступные системы поездов на магнитной подушке; дешевые методы магнитно-резонансной томографии и небольшие, но очень мощные суперкомпьютеры. Чтобы выяснить секрет «высокотемпературной» сверхпроводимости в купратах, ученым нужно понять, как ведут себя электроны в этих материалах.
Группа Божовича в настоящее время решила часть загадки, определив, что именно контролирует температуру, при которой купраты становятся сверхпроводящими. Стандартная теория сверхпроводимости гласит, что эта температура определяется силой взаимодействия электронных пар, но команда Божовича пришла к другим выводам. После 10 лет подготовки и анализа более 2000 образцов купрата, меняя долю стронция, они выяснили, что число электронных пар в определенной области (скажем, на кубический сантиметр), или плотность электронных пар, — это определяет температуру перехода в сверхпроводящее состояние. Другими словами, за все отвечает не сила, а плотность, в данном случае — электронных пар.
Ученые пришли к такому выводу, измеряя, насколько далеко может проходить магнитное поле через каждый образец. Это расстояние напрямую связано с плотностью электронных пар и меняется в зависимости от свойств материала. В сверхпроводниках магнитное поле выталкивается; в металлах проникает. При большом количестве строцния купрат становится более проводящим, поскольку увеличивается число подвижных электронов. Однако ученые заметили, что если добавлять больше стронция, число электронных пар уменьшается, пока их не останется совсем. В то же время температура сверхпроводящего перехода стремится к нулю. Божовича и его команду также удивило, что в пары собирается лишь часть электронов, хотя должны все.
Представьте себе такую аналогию. Вы танцуете в танцевальном зале, и в какой-то момент другие люди — которые обычно не ходят держась за руки — начинают собираться парами и двигаться в унисон. Приходят новенькие, тоже собираются в пары и присоединяются к гармоничному танцу. Но затем происходит что-то странное. Независимо от числа прибывающих людей на танцполе, лишь часть их разбилась по парам, несмотря на то, что могли бы все. И в конечном итоге пар больше не остается. Почему танцоры, или электроны, вообще сбиваются в пары? Ответ на этот вопрос станет очередным шагом к разгадке механизма высокотемпературной сверхпроводимости в купратах. Эта загадка волнует физиков уже более 30 лет. Взято с hi-news.ru
