НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

Часть 1

Часть 2

Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ начнем с материалов для электроники.
«Создан новый материал для получения эластичных проводников», сообщает 26 января www.nanonewsnet.ru.« Исследователи из Университета Северной Каролины (США) разработали новый метод создания эластичных проводников на основе углеродных нанотрубок. Учёные надеются, что их технология позволит производить этот материал в количестве, необходимом для нового поколения эластичной электроники. Очевидное преимущество продуктов на основе эластичных проводников — их способность принимать практически любую желаемую форму. Это вполне может найти применение в медицинских имплантатах, в интегрированных в одежду цифровых гаджетах, а также в сенсорах, способных буквально опоясывать беспилотные летательные аппараты. Первым шагом в развитии этого типа электроники как раз являются проводники, могущие с лёгкостью принимать нужную форму, сохраняя при этом свою проводимость. Углеродные нанотрубки были выбраны в качестве основы эластичного проводника не просто так. Они прочны, стабильны, являются отличными проводниками и легко могут быть оформлены в виде параллельных нитей. Чтобы сделать проводящий материал более эластичным, можно намеренно выгибать его в форме волны. Новый процесс, разработанный в Университете Северной Каролины, начинается с нанесения углеродных нанотрубок в виде набора нитей на плоскую эластичную подложку методом офсетной печати. Затем подложка растягивается, что приводит к разделению закреплённых на ней нитей углеродных трубок при сохранении их параллельности. Неожиданным же стало то, что при «отпуске» подложки нанотрубки не возвращаются в исходное положение, а собираются параллельно распространяющимися волнами. В итоге учёные получают эластичные углеродные нанонити, сохраняющие свою проводимость. По мнению авторов работы, неоспоримым преимуществом их метода является его высокая эффективность при промышленном производстве эластичных проводников, а также совместимость с уже существующими техпроцессами».
«Созданы серебряные чернила для печати электронных схем», пишет 18 января www.membrana.ru. «Перед нами не первый пример проводящих ток чернил, в том числе и подобных составов на базе серебра. Но впервые учёные сумели избежать применения коллоидных частиц, взвешенных в растворе. Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis) и её коллеги из университета Иллинойса разработали и испытали проводящие чернила для печати гибкой электроники на полимерной, тканевой или бумажной подложке. Новинка представляет собой раствор ацетата серебра и аммиака. При печати жидкие компоненты быстро испаряются, оставляя на поверхности тонкий металлический слой. Авторы разработки насчитали сразу несколько преимуществ этих чернил перед предшественниками. Во-первых, такой состав может быть приготовлен в считанные минуты, против часов для прежнего варианта со взвесью микроскопических частиц серебра. Во-вторых, после приготовления раствор остаётся стабильным недели. В-третьих, новые чернила могут беспрепятственно проходить через сопла с диаметром 100 нанометров, что в 10 раз меньше, чем допустимый размер для смесей на основе твёрдых коллоидных частиц. Соответственно, может быть выше разрешение печати. В-четвёртых, новая жидкость обладает низкой вязкостью и может быть применена и в струйном принтере, и в аэрографе. В-пятых, для закрепления таких проводящих дорожек, как и в прежних методах, применяется отжиг, но идёт он при меньшей температуре – всего 90 градусов Цельсия. А это расширяет список материалов для подложки, пригодных для работы с новыми чернилами. Американцы считают, что изобретение пригодится при создании гибких солнечных батарей и антенн, компонентов сенсоров и аккумуляторов, одежды со встроенной электроникой».
«Разрабатывается самовосстанавливающийся бетон», сообщает 31 января www.nanonewsnet.ru. «Американские материаловеды пытаются создать самовосстанавливающийся бетон с помощью биоминерализации. Споры бактерий, естественным образом вырабатывающих карбонат кальция, будут помещаться в бетонную смесь и активироваться при образовании трещин. «Бетон в основном обладает малым сопротивлением растяжению и сильным — сжатию, — поясняет соавтор исследования Парамита Мондал из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне. — Люди пытались справиться с этой проблемой на протяжении многих лет разными способами. Самым распространённым решением стало укрепление бетона стальной арматурой, но трещины всё равно появляются». В природе бактерии, вырабатывающие карбонат кальция, играют важную роль в формировании карбонатных пород и отложений — например, известняка. Оставалось найти такой вид, который будет активным в бетоне, то есть в условиях высокой щёлочности и низкого уровня кислорода. В данном случае учёные первыми опробовали Bacillus pasteurii — непатогенные микроорганизмы, обычно встречающиеся в почве. Специалисты показали, что при правильных лабораторных условиях эти бактерии способны образовывать известняковые отложения. «Тогда мы добавили их вместе с питательными веществами в цемент, — рассказывает г-жа Мондал. — И получили такие же отложения. Химический анализ засвидетельствовал, что это всё тот же карбонат кальция». В конце концов группа исследователей надеется показать, что после введения этих микроорганизмов в бетон во время смешивания они образуют споры или входят в спящий режим, попадая в высокощелочную среду. Как только образуется трещина, уровень рН в ней должен упасть в результате контакта поверхности материала с воздухом. Снижение pH, а также приток кислорода и углекислого газа в трещину разбудит микроорганизмы и обеспечит им благоприятные условия для роста. Постепенно произведённый ими карбонат кальция заполнит трещину, подача кислорода и углекислого газа будет прервана, и бактерии снова заснут — до следующего раза. Ранее свой вариант заделывания трещин в бетоне с помощью бактериального клея предложили британские эксперты».
«Найден новый способ «трёхмерного» армирования композитов», пишет 21 января www.nanonewsnet.ru. «Материаловеды из Швейцарской высшей технической школы Цюриха нашли новый способ армирования композитных материалов, основанный на использовании слабых магнитных полей. Популярность композитов обусловлена тем, что они могут опережать металл по удельной прочности и иметь более высокую ударную вязкость, чем керамика. Чтобы получить требуемое сочетание свойств, при изготовлении таких материалов с полимерной матрицей обычно используют одномерные армирующие элементы вроде стальных, кевларовых или углеродных волокон диаметром в несколько десятков микрометров. Они увеличивают жёсткость вдоль одной из осей, но делают материал уязвимым в других направлениях; пытаясь избавиться от подобных нежелательных эффектов, конструкторы создают двумерные массивы из волокон или применяют двумерные армирующие пластины. Известны и методики сложного «трёхмерного» армирования, но они не позволяют надёжно контролировать расположение усиливающих частиц, вследствие чего продукция часто оказывается не слишком качественной (расслаивается и демонстрирует низкое сопротивление удару). В природных «композитах» наподобие зубной эмали, дентина или материала, из которого строятся раковины беспозвоночных, структурные единицы, напротив, ориентируются очень точно, а потому никаких проблем с надёжностью не возникает. Швейцарцы попытались решить задачу точного размещения и выравнивания элементов в матрице композита, используя внешнее магнитное поле. Поскольку традиционные микроразмерные армирующие компоненты плохо реагируют на такое управляющее воздействие, их пришлось предварительно покрывать суперпарамагнитными наночастицами. Выполнив несложные расчёты, исследователи выяснили, что магнитного поля с индукцией всего в 0,8 мТл будет достаточно для ориентирования немагнитных пластин и стержней длиной в 5 и 10 мкм с нанесёнными на них наночастицами оксида железа. Экспериментальную проверку расчётной модели авторы провели с использованием 7,5-микрометровых пластин из оксида алюминия толщиной в 200 нм и 10-микрометровых тонких (1 мкм) стержней из полугидрата сульфата кальция. Структуры композитов, полученных с помощью микропластин, даны на рисунке ниже: буквами А и В отмечены образцы с горизонтальным и вертикальным расположением армирующих элементов, а буквой С — «двуслойный» материал. В нижней части рисунка показан более сложный пример последовательного воздействия горизонтального и вертикального полей на один и тот же образец с пластинами, в большей или меньшей степени покрытыми наночастицами. Ориентация микроразмерных элементов в этом случае зависела от того, какая часть их поверхности скрыта суперпарамагнитными наночастицами. Учёные также измерили механические параметры готовых композитов, получив более чем достойный результат. Методика, по их словам, практически готова к применению на производстве, и первые композиты, изготовленные при участии слабых магнитных полей, должны появиться очень скоро».
«Учёные впервые сделали объект невидимым со всех сторон», сообщает 26 января www.nanonewsnet.ru. «Экспериментаторы заставили исчезнуть 18-сантиметровый диэлектрический цилиндр. И хотя невидимым это тело было только в микроволновом диапазоне волн, но зато — с любого направления. Новый эксперимент в области невидимости провели Андреа Алу (Andrea Alu) и его коллеги из Техасского университета в Остине. Для создания «плаща» они использовали плазмонный метаматериал (plasmonic metamaterial). В таком образце падающий свет индуцирует рождение квазичастиц — поверхностных плазмонов. Они, в свою очередь, способны формировать распространяющиеся электромагнитные волны, параметры которых можно настраивать, меняя состав и геометрию материала. «Плащ» Алу при помощи плазмонов создаёт негативное изображение укрытого объекта. В результате сложения волн получается эффект, названный физиками «погашение рассеяния» (scattering cancellation). "Мы реализовали оболочку, которая рассеивает свет сама по себе. Но интересный момент: если совместить эту оболочку с объектом внутри, оба будут парировать друг друга и предмет станет полностью невидимым, — поясняет Андреа. Опыт показал, что этот метод скрытия трёхмерного тела работает в свободном пространстве, при разных углах падения волн, причём как в ближнем, так и в дальнем поле. Конечно, от этого опыта до подлинной шапки-невидимки, способной «растворить в воздухе» что угодно, да ещё в видимом свете, – очень далеко. Достаточно сказать, что оболочка, придуманная Алу, должна быть подогнана под конкретный скрываемый объект. Тем не менее физики оптимистично смотрят на практическое применение такой технологии плазмонной маскировки. Первое, что виднеется на горизонте, по словам Андреа, это специальная обработка кончиков сканирующих микроскопов, которая позволит поднять разрешение съёмки».
«Швейцарцы создали поедающий грязь биоматериал», информирует 10 января www.membrana.ru. «Прототип живой плёнки показал, что способен разлагать и поглощать попавшие на поверхность вещества. По мнению изобретателей, такое свойство нового материала пригодится при создании самоочищающихся столешниц, а может, и целого списка необычных изделий. Учёные из швейцарского технологического института в Цюрихе (ETHZ) разработали тонкую полимерную плёнку, содержащую благородную плесень. Материал устроен таким образом, что плесень эта не может распространиться за пределы плёнки, но при этом способна устранять ряд органических загрязнителей на поверхности, например остатки еды на столе или пятна от пролитого сока. В роли наполнителя для своего материала исследователи использовали грибок Penicillium roqueforti. Он применяется в пищевой промышленности, в частности, при созревании сыра рокфор. Этот грибок экспериментаторы нанесли на тонкую полимерную плёнку, а сверху прикрыли другим полимером, в котором проделали множество наноразмерных пор. Последние слишком малы, чтобы P. roqueforti мог бы выбраться наружу, но достаточно велики для прохода внутрь воды, органики и воздуха. Реакцию биоматериала учёные проверили при помощи сахарного сиропа. За две недели новая плёнка съела его полностью, оставив свою поверхность девственно чистой. При этом важно, что как только сахар закончился, рост и размножение грибка сменились его спячкой. А после добавления новой порции загрязнителя плесень снова проснулась. Авторы изобретения говорят, что в неактивном состоянии плесень, запертая между двух слоёв полимеров, может находиться очень и очень долго. Всё, что требуется, чтобы она не умерла, – немного влаги в окружающем воздухе. Подобные многослойные плёнки, которые содержат внутри микроорганизмы, находящиеся под полным контролем, могут послужить основой для целого класса биологически активных материалов, к примеру, покрытий для медицинских инструментов, упаковки пищевых продуктов, оформления интерьера зданий и так далее».
«Британцы создали первое в мире магнитное мыло», пишет 24 января www.membrana.ru. «Учёные из Бристольского университета разработали первое в мире мыло, чувствительное к магнитному полю. Изобретение может подтолкнуть к появлению промышленных моющих средств нового поколения, а также к новым способам удаления нефтяных пятен на поверхности морей. Реагирующие на магнитное поле ферромагнитные жидкости известны давно и не являются чистящими средствами или мылом, хотя к таковым относятся входящие в их состав поверхностно-активные вещества (ПАВ). Скрестить же ПАВ и металл так, чтобы все компоненты успешно выполняли свои собственные задачи, было непросто. Теперь попытки увенчались успехом. Магнитную ионную жидкость – ПАВ (magnetic ionic liquid surfactant – MILS) британцы создали, растворяя железо в различных инертных составах, включающих поверхностно-активные вещества (соли), содержащие хлорид и бромид-ионы. В результате в коллоидном растворе образовались мелкие мыльные частицы мицеллы, содержащие внутри крохотные металлические центры, скопления автоматически собравшихся вместе атомов железа. При этом состав как заправский ПАВ сохранил способность растворять масла в воде, так что может считаться мылом. То, что именно эта структура (мицеллы с металлом) отвечает за магнитные свойства материала, было подтверждено при помощи просвечивания образца методом малоуглового рассеяния нейтронов, сообщает институт Лауэ-Ланжевена, в котором и была выполнена данная проверка. Британцы поместили 20-процентный (по весу) водный раствор нового мыла в пробирку, а сверху налили менее плотный органический растворитель (додекан). После добавления сверху магнита мыло преодолело и силу тяжести, и силы поверхностного натяжения, действующие между водой и маслом, и выбралось наверх. Способность нового состава реагировать на поле может привести к появлению разнообразных ПАВ, по команде меняющих электропроводность, температуру плавления, размер и форму коллоидных частиц и даже растворимость в воде. Всё что нужно – просто включить или выключить электромагнит».

С помощью раздела ТРАНСПОРТ мы по традиции проедемся, поплаваем и полетаем.

«В США стартовали продажи коробчатых мопедов», сообщает  31 января www.membrana.ru. «Перед премьерой американский инженер старательно интриговал публику, тщательно контролируя обнародование каждого фото и строчки спецификации. Теперь, когда скутер представлен, одни обзывают его ящиком, чемоданом и системным блоком на колёсах, а другие говорят, что таким мог бы быть мопед, возьмись за его создание сам Стив Джобс. Чтобы явить миру своё электрическое транспортное средство по имени BOXX, 36-летнему жителю Портленда Эрику Вону (Eric Vaughn) далеко ходить не пришлось – подходящее случаю международное автошоу прошло с 26 по 29 января в его родном городе (Portland International Auto Show). Электромопед дебютировал как «однометровое транспортное средство» (The 1 Meter Vehicle), но аппарат совсем не то, чем кажется на первый взгляд. Достаточно сказать, что это не складная конструкция, что весит байк 54,5 кило и что цены начинаются с $4000, в максимуме достигая $5540. "Я сам спроектировал от начала до конца каждую деталь: кузов, двигатель, шины, фары, 10-дюймовые колёса на низкопрофильной резине и системы управления, – не без гордости заявляет Вон, показывая патент. – В моих правилах делать прямо противоположное тому, что мне советуют. Для работы в своей компании я специально нанял людей, которые не имеют никакого опыта в этом деле. Мне не нужны предвзятые мнения".


Скорость «бокса» ограничена электроникой на отметке 48 км/ч. Не будь ошейника, максималка достигла бы 56 км/ч, но наезднику (весом не больше 136 кг) пришлось бы получать водительские права. Заряда аккумулятора хватает на 64 км, но мопед может нести в себе дополнительную батарею, так что номинальный пробег нетрудно удвоить. (Аккумулятор заряжается за ставшие стандартом 4 часа.) Помимо батарейного на борту «бокса» есть ещё два грузовых отсека неназванного объёма, один из них находится за откидным блоком фар. Конструкция мопеда полностью алюминиевая. В стандартной комплектации BOXX оснащён полным приводом (Эрик называет два ведущих колеса одной из главных инноваций), АБС, трекшн-контролем и управлением Drive-by-Wire, а также системами собственной разработки Вона, о функциональности которых можно только гадать (примеры – Autonomous Vehicle Occupant Adaption и BOXX Attitude Disertion). Разработчик рассказывает, что в «боксе» присутствует масса модульных решений. К примеру, весь блок управляющей электроники, называющийся Cube, можно извлечь из одного мопеда (если тот сломался) и поставить на другой. В дополнение к светотехнике на светодиодах BOXX испускает пучки лазерных лучей шириной 1,5 см, которые высвечивают параллельно мопеду с обеих сторон «виртуальную полосу», чтобы автомобилисты могли сориентироваться, сколько места аппарат занимает на дороге. На вопрос «ради чего этот проект?» Эрик отвечает: хочу, мол, стимулировать интерес к электрическим мопедам, сделать их более привлекательными для женщин, пожилых людей и всех, кого пугают нынешние скутеры. Сейчас компания Вона принимает заказы и предлагает дизайнерские версии мопеда (100 единиц). Более-менее массовое производство и основные продажи намечены на второй квартал этого года. Модельный ряд обещает быть широким».
«Инженеры представили всепогодный гирокар», информирует 10 января www.membrana.ru. « Авторы нового транспортного средства называют его первым в мире гиростабилизированным катящимся смартфоном (Rolling Smartphone), так как этот умный аппарат сможет выходить в Интернет. Такое умение по нынешним временам — банальность. Но вовсе не электроника привлекает внимание в новинке. Американская компания Lit Motors разработала двухместный электрический мотоцикл с закрытым кузовом C-1. Правда пока он существует лишь в виде полноразмерного макета. Изюминка конструкции – пара маховиков, установленных под полом аппарата. Теоретически, они придадут машине хорошую устойчивость за счёт гироскопического эффекта. Даже на месте этот электробайк сможет подолгу стоять вертикально, так что во время посадки и высадки аппарату не понадобится подпорка. C-1 являет собой воплощение столетней идеи на новый лад. Напомним, шествие стабилизированных маховиками двухколёсных автомобилей началось с гирокара Шиловского. Неизвестно, впрочем, знал ли о своём давнем предшественнике основатель и глава Lit Motors Дэниел Ким (Daniel Kim). Но команда Кима постаралась учесть ошибки целого ряда похожих проектов прошлого, ни один из которых не совершил революции в транспорте, несмотря на все авансы, раздаваемые странным машинам самими изобретателями.Прежние двухколёсные аппараты с маховиками, обеспечивающими вертикальное положение конструкции, по отзывам специалистов, неважно вели себя в скоростных поворотах. Ким и его коллеги постарались решить эту проблему. В C-1 маховики закреплены в подвижном подвесе, а управляться вся эта хитрая система должна электроникой. Помимо задачи поддержания равновесия двухколёсника, в том числе и при аварии, маховики в новой машине играют роль буферных накопителей энергии. При торможении C-1 массивные диски должны раскручиваться небольшими мотор-генераторами, а при разгоне гироскопы смогут отдавать часть своей энергии в бортовую сеть. В движение гироцикл от Lit Motors будут приводить два электромотора в ступицах колёс. Их общая мощность составит 40 киловатт. Максимальная скорость C-1 должна превысить 190 км/ч. Что касается основного хранилища энергии на борту, то это будут химические аккумуляторы, видимо, литиевые. Причём Lit Motors планирует создать две версии аппарата. Для развивающихся стран и не самых состоятельных покупателей американцы намерены предложить модель чуть-чуть подешевле, с аккумулятором на 4-6 киловатт-часов. А топ-версия немного подороже должна щеголять батареей на 8-10 кВт*ч.В последнем случае запас хода мотоцикла составит 240-355 километров. Этого более чем достаточно для ежедневных разъёздов по городу…В настоящее время американцы собрали небольшой двухколёсный испытательный стенд с маховичной системой стабилизации. Но компания строит рабочий образец диковинного транспортного средства. Он должен появиться в течение трёх месяцев. Первая пробная партия C-1 должна выйти на рынок в конце 2013 года по цене около $24 тысяч, а в конце 2014-го Lit Motors планирует начать серийный выпуск электробайка. Тогда стоимость этой машины упадёт до $16 тысяч».
«Американцы построили доску для революции в скейтбординге», пишет 11 января www.membrana.ru. «Компания из Сан-Франциско утверждает, что заново изобрела колесо и скейтборд никогда не будет прежним: «Мы разработали совершенно новый способ движения, связанный с скейтбордингом, который изменит индустрию активных видов спорта. Революция неизбежна». Смелыми заявлениями отличилась фирма ARIS Sport. Её детище – скейты с коническими колёсами серии «бегущий по лезвию бритвы» (Blade Runner). Речь идёт о технике под названием карвинг, пришедшей в скейтбординг из лыжного спорта. Это катание резаными поворотами (carve turn), или дугами. И конические колёса, очевидно, обеспечивают больший угол наклона, чем обычные. Тут уместно вспомнить флоуборд, у которого этот угол составляет 45 градусов против «традиционных» 25. ARIS Sport наладила производство и принимает заказы, обещая начать поставки в марте. Blade Runner представлен в четырёх модификациях. Цены не превышают $200».
«Руководители мирового автопрома не верят в перспективность электромобилей, но деньги на разработки все равно дают», сообщает 11 января www.nanonewsnet.ru. «Электромобили и гибриды часто преподносятся как вполне логическое решение для эффективного снижения выбросов углекислого газа. Но их будущее сильно зависит от нефтяных запасов. По крайней мере, до того, пока не станут жизнеспособными новые топливные элементы. И все же последнее исследование, проведенное американской финансовой консалтинговой фирмой KPMG среди 200-от руководителей автомобильных компаний, показало – две трети из них не верят, что гибридные и полностью электрические автомобили будут иметь большое влияние на рынок. Аналитики считают, что к 2025 году их общий объем продаж в США и Западной Европе не будет превышать шести процентов. Означает ли это, что автопроизводители прекратят инвестиции в разработку этих технологий? Как ни странно, ответ будет: «Категорически нет». На самом деле, 81% опрошенных ожидают еще больше инвестиций в технологии создания аккумуляторных батарей, в то время как 85% считают, что автопроизводители будут вкладывать больше средств в разработку и производство электродвигателей, а 76% ожидают, что автопроизводители будут увеличивать расходы на развитие электрических транспортных средств. Не правда ли, это довольно парадоксально? Зачем инвестировать крупные суммы денег в то, во что вы не верите? «Они хеджировали свои вклады, – объясняет Гэри Силберг (Gary Silberg), лидер KPMG. – Они говорят: «мы не знаем, какие автомобильные технологии будут в будущем», поэтому они собираются инвестировать во все это и позволить рынку решать. Дилемма для промышленности, как предсказать будущее, когда есть высокая вероятность того, что это будет не так? Это азартная игра»… Исследователи скромно умолчали, что правительства многих ведущих стран выделяют на разработку энергосберегающих технологий немалые деньги. Видимо, в этом главная причина продолжения инвестиций в электромобили и гибридные автомобили. Однако тема электромобилей поднималась уже сто лет назад. Но до сих пор не получила такого развития, как, ставшие сегодня традиционными, транспортные средства. А с другой стороны, развитие новых технологий, в том числе нанотехнологий, возможно, позволят в будущем решить вопрос высокоэффективного сбережения энергии. Естественно, их развитие невозможно без инвестиций».
«Американцы занялись вооружением суперкавитирующего катера», пишет 18 января www.membrana.ru. «Первый в мире, по заявлению производителя, водный аппарат с суперкавитирующим корпусом готов принять на борт торпеды и пушки. Правда, это «бряцание оружием» производится вне всякой связи с оборонным ведомством США и является скорее очередной попыткой достучаться до потенциального покупателя. Компания Juliet Marine Systems (JMS) объявила, что намерена выбрать поставщика вооружения для своего скоростного катера-невидимки GHOST. Этот экспериментальный аппарат предназначен для патрулирования и боевых операций в прибрежной зоне, для защиты ключевых точек на торговых путях и охраны крупных, а значит, неповоротливых судов, как гражданских, так и военных. Благодаря малой заметности для радаров, большому запасу топлива, приличной дальности действия, а главное, высокой скорости GHOST должен стать отменным средством отражения атак быстрых и маломерных судов, будь то боевые катера недружественной страны или пиратские посудины. На злобу дня JMS вспоминает напряжённую ситуацию в Ормузском проливе и утверждает, что пара групп «призраков» могла бы контролировать этот район и успешно противостоять скоростным катерам Ирана. Но это всё пока – голая теория. GHOST лишь проходит испытания. Причём компания избегает приводить какие-то конкретные характеристики. Тем не менее эта необычная машина, впервые представленная публике в августе 2011 года, заслуживает внимания. По внешнему облику GHOST напоминает давнее судно-невидимку "Си Шэдоу", а по компоновке и устройству водоизмещающего корпуса он больше похож на другой любопытный проект скоростного патрульного катера CHARC. Точно так же в «призраке» мы обнаруживаем ниже уровня воды пару водоизмещающих округлых «торпед», соединённых с надводной кабиной узкими пилонами-лезвиями. Но JMS добавила к этому давно известному принципу малой площади ватерлинии ещё и суперкавитирующий (supercavitation) режим движения. Детали технологии не разглашаются, но как пример можно вспомнить российскую ракету-торпеду "Шквал", использующую явление кавитации для достижения высокой скорости под водой. Можно предположить, что каждый из подводных корпусов нового катера при разгоне охватывается крупным воздушным пузырём от носа и почти до самого хвоста. «Искусственная газовая среда под водой позволяет снизить трение корпуса в 900 раз», — утверждает JMS. Номинальный экипаж этого судна – три человека, в движение его приводят газотурбинные двигатели. Катер может нести 1-2 тонны вооружения во внутренних отсеках (в основном) или на крыше. А это могут быть торпеды, небольшие ракеты или малокалиберные пушки. О реакции ВМС США на все эти авансы ничего не известно, хотя военные знают о разработке. Может, из-за их прохладного приёма авторы скоростного катера утверждают, что хотят вывести на рынок и его гражданскую версию. В дополнение к этому проект GHOST будет развиваться по ряду других направлений. Например, JMS подумывает о создании беспилотной версии катера, а также о масштабировании модели в сторону большего (длиной порядка 46 метров) корабля. Кроме того, в планах компании есть подводный аппарат с такой же технологией. GHOST – не первая попытка осчастливить ВМС очень быстрым малозаметным «аппаратом быстрого реагирования». Но от опытных экземпляров до успешно действующего оружия – большая дистанция…JMS уверена в революционности своей конструкции и рассуждает о выходе на международный рынок. Мол, такой проворный аппарат пригодится в целом ряде областей. И если уж не будет он ловить пиратов, то, скажем, мог бы стать скоростным прибрежным такси».
«Тяжелые ракетные двигатели заменят электроплазмой», сообщает 24 января www.nanonewsnet.ru. «Компания Snecma разработала мощный плазменный двигатель, который может заменить химические ракетные двигатели спутников и аппаратов для исследования глубокого космоса. Специалисты Snecma и французского национального научно-исследовательского агентства CNRS успешно протестировали новый европейский 20-кВт электроплазменный двигатель для космических аппаратов. Новый двигатель в 13 раз мощнее 1,5-кВт двигателя PPS 1350 Snecma, который уже поставляется для установки на американские и российские космические аппараты. PPS 1350 не мощнее пламени спички, однако он открывает путь для замены тяжелых химических ракетных двигателей, которые не очень подходят для долговременных космических миссий. Новый 20-кВт двигатель позволяет вывести геостационарные спутники на их конечную орбиту, при условии, что спутниковые платформы обеспечат достаточное количество электроэнергии. На данный момент маломощные двигатели PPS 1350 используются в основном для небольшой ежедневной корректировки орбиты, которая позволяет продлить сроки эксплуатации спутников до 15 лет. Небольшой двигатель работает 1–2 часа в день и использует около 10% электрической мощности спутника. Эффектной демонстрацией потенциала этой технологии стала работа PPS 1350 по перемещению зонда Европейского космического агентства Smart-1 с орбиты Земли до орбиты Луны. Маломощной силовой установке на это потребовалось два года: с 2005 по 2007 год. Сочетание большей выработки электроэнергии на космических аппаратах и более мощных электроплазменных двигателей позволит полностью заменить традиционные химические двигатели. По расчетам специалистов Snecma, их новый двигатель позволит существенно сэкономить вес: около 2000 кг на стандартном спутнике весом 5500 кг. Электроплазменные двигатели используют в качестве топлива газ ксенон и электроэнергию от солнечных панелей. Подобные силовые установки имеют очень высокую эффективность, в частности, PPS 1350 в одинаковой миссии потребляет в 5–6 раз меньше топлива, чем химические подруливающие двигатели. Кроме того, электроплазменный двигатель имеет КПД на уровне 60 % в широком диапазоне тяги при мощности от 5 до 22 кВт».
Окончание следует

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

Добрый день, коллеги.
Я, как всегда, слегка побухтеть. Не то, чтобы я так уж сильно не верил в прогресс, но чем дальше, тем больше не верю в добрых волшебников.
Итак.
«Тяжелые ракетные двигатели заменят электроплазмой», сообщает 24 января www.nanonewsnet.ru. «Компания Snecma разработала мощный плазменный двигатель, который может заменить химические ракетные двигатели спутников и аппаратов для исследования глубокого космоса.
Оригинал можно посмотреть здесь: http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf
Приведенные параметры, действительно, впечатляют.
Не впечатляет другое: журналистам, пишущим на научные и инженерные темы, неплохо бы быть в курсе вопроса хотя бы на уровне средней школы. А то, действительно, неловко читать про двигатель 1,5 кВт как про мощный двигатель. Слегка подкорректировать орбиту – куда ни шло, но не более. В частности, несложно убедиться, что скорость иона криптона при заявленной энергии 350 эВ составит около 22,5 км, сек. В этих условиях для преодоления 2-й космической скорости нужно 0,5 кг криптона на каждый килограмм полезной нагрузки. А с учетом уравнений Цандера (первые порции рабочего тела разгоняют не только полезную нагрузку, но и остальное рабочее тело) – нужно примерно 0,8 кг криптона на килограмм полезной нагрузки (знатоки могут меня поправить, пишу по памяти).
Вместе с тем, у «Венеры-экспресс» (Википедия) параметры такие:
стартовая масса 1250 кг;
масса ракетного топлива 570 кг
Ну, и в чем выигрыш? Не забудем, кстати, что стоимость чистого криптона порядка 10 евро на литр (примерно 1700 евро за килограмм).
Кроме того, разрядом 350 вольт при давлении 2,5 атмосферы можно ионизовать дай бог, если 15-30% газа. Так что расход криптона будет еще существенно выше.
И я уж не говорю о том, что ионные двигатели мы изучали еще в институте на курсе физики плазмы аж в 1978 году - славная такая новинка.

«Руководители мирового автопрома не верят в перспективность электромобилей, но деньги на разработки все равно дают», сообщает 11 января www.nanonewsnet.ru.
Оригинал можно просмотреть здесь: http://www.marketwatch.com/story/global-auto-execs-dont-see-spark-in-ele...
Короткое обсуждение здесь: http://www.plugincars.com/auto-industry-execs-see-modest-potential-elect...
Очень жаль, что я не видел этого обзора месяца два назад (собственно, его еще и не было) – очень бы пригодилось. Но все-таки при этом вывод, который был сделан на основе этого обзора англоговорящими журналистами и аналитиками не совсем верен: речь не идет о том, инвесторы не верят в перспективы EV/HEV. Уж скорее наоборот: они рассматривают эти инвестиции как хеджирование основных – т.е., как я понимаю, вкладывают их в качестве медленных, но заведомо надежных. Впрочем, я не экономист…

«Швейцарцы создали поедающий грязь биоматериал», информирует 10 января www.membrana.ru. «Прототип живой плёнки показал, что способен разлагать и поглощать попавшие на поверхность вещества»
Немножко подробностей здесь: http://www.pnas.org/content/suppl/2011/12/22/1115381109.DCSupplemental/p...
Однако, обращает на себя внимание одноразовость этой поверхности: из всех текстов следует, что там орудует живой грибок, который, тем самым, должен разрастаться после каждой новой порции той грязи, которую он слопал. Как только грибок во внутреннем слое набухнет в достаточной степени, он порвет тонкую мембрану и вывали все, что раньше собрал, куда-то вовне. Я уже не говорю о продуктах его жизнедеятельности, которые в этой конструкции никуда не удаляются, а остаются внутри и должны привести к анабиозу грибка гораздо раньше. Так что предложенная конструкция не может служить перманентной поверхностью, которой можно облицевать что-то. Или, скажем, чем-то вроде тряпки, которой можно что-то протирать. Реально использовать ее так, как авторы сделали в своем подтверждающем эксперименте – для очистки каких-то объемов жидкости. Но тогда резоннее делать это в виде объемной конструкции со съемными картриджами. В общем, очередная попытка, интересная сама по себе, но с полным игнорированием вторичных проблем. Ну что тут поделаешь – ТРИЗу не знают!

«Разрабатывается самовосстанавливающийся бетон», сообщает 31 января www.nanonewsnet.ru. «Американские материаловеды пытаются создать самовосстанавливающийся бетон с помощью биоминерализации»
Оригинал можно найти в http://cee.illinois.edu/self_healing_concrete. Правда, дополнительных подробностей немного, зато с красивой картинкой.
Очень заманчиво, но есть множество сомнений:
Первое сомнение – скорость процесса. Как мне помнится, коралловые рифы растут столетиями.
Второе сомнение – откуда бактерии будут брать кальций? В природе они берут его из растворов солей в море. А в бетоне?
А так, все хорошо. Хочется верить, что проф. Mondal знает, что делает. Если это действительно так, то возникает следующее предложение: не мучиться с бетоном, а запускать эти чудо-бактерии прямо в опалубку. Правда, цементная промышленность будет гоняться за профессором по всему Иллинойсу, зато как красиво!

Первая часть отчета ничем особенным не привлекла. Кроме, пожалуй, вот этого:
«Миллионы тонн воды, закачанные в вулкан, могут стать бесконечным источником чистой энергии», пишет 23 января www.nanonewsnet.ru.
Подробности здесь: http://www.blm.gov/or/districts/prineville/plans/newberryegs/files/Newbe...
Вот здесь есть два приложения к этим подробностям: http://www.blm.gov/or/districts/prineville/plans/newberryegs/
На самом деле, предложенное – вариант давно известной техники геотермальной станции с закачкой воды. Эти станции давно вышли на насыщение по параметру млощность (типичный третий этап). Нынче пытаются развивать технику HDR (Hot Dry Rock), но пока не очень успешно. Возможно, имеет место очередная попытка. Давай им бог.
А вот здесь немножко обсуждений. http://dvice.com/archives/2012/01/lets-pour-tons.php
Особенно порадовало одно из них: «I really think people who don't know their science should be a little more careful with their proclamations and accusations».
Коллеги, как же это правильно!!!
PS: попутно отвечу BLANDUX. Сдается мне, что любой "биоматериал" поедает нечто, что для какого-нибудь другого биоматериала является грязью. Так что тут вопрос только в выборе того, что мы считаем грязью, а что нет.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

lebedur wrote:
«Тяжелые ракетные двигатели заменят электроплазмой», сообщает 24 января www.nanonewsnet.ru. «Компания Snecma разработала мощный плазменный двигатель, который может заменить химические ракетные двигатели спутников и аппаратов для исследования глубокого космоса.
Оригинал можно посмотреть здесь: http://www.snecma.com/IMG/pdf/PPS1350_Anglais.pdf
Приведенные параметры, действительно, впечатляют.
Не впечатляет другое: журналистам, пишущим на научные и инженерные темы, неплохо бы быть в курсе вопроса хотя бы на уровне средней школы. А то, действительно, неловко читать про двигатель 1,5 кВт как про мощный двигатель. Слегка подкорректировать орбиту – куда ни шло, но не более. В частности, несложно убедиться, что скорость иона криптона при заявленной энергии 350 эВ составит около 22,5 км, сек. В этих условиях для преодоления 2-й космической скорости нужно 0,5 кг криптона на каждый килограмм полезной нагрузки. А с учетом уравнений Цандера (первые порции рабочего тела разгоняют не только полезную нагрузку, но и остальное рабочее тело) – нужно примерно 0,8 кг криптона на килограмм полезной нагрузки (знатоки могут меня поправить, пишу по памяти).
Вместе с тем, у «Венеры-экспресс» (Википедия) параметры такие:
стартовая масса 1250 кг;
масса ракетного топлива 570 кг
Ну, и в чем выигрыш?
Не забудем, кстати, что стоимость чистого криптона порядка 10 евро на литр (примерно 1700 евро за килограмм).
Кроме того, разрядом 350 вольт при давлении 2,5 атмосферы можно ионизовать дай бог, если 15-30% газа. Так что расход криптона будет еще существенно выше.
Юрий, я думаю, что Вы немного упрощаете ситуацию. "Венеру -экспресс" закинул на траекторию движения к Венере не собственный движок, а разгонный блок, в котором было в баках тонн семь топлива.
Хотя довод на первый взгляд и нормальный - если станции хватило 500 кг топлива на торможение у Венеры, то и для разгона нужно примерно столько же. Но в действительности все не совсем так. Для увода от Земли на траекторию полета к Венере потребовалось использовать разгонный блок "Фрегат", а это порядка 7000 кг топлива. Они использовались, если упрощенно говорить не для разгона, а для торможения - дело в то, что скорость движения Земли вокруг Солнца порядка 30 км/сек, она же передается станции в наследство и чтобы не просто улететь от планеты, а спуститься к Солнцу, скорость надо снижать. Порядка 3 км/сек были погашены и станция смогла нырнуть поближе к Солнцу.
Двигалась станция как я понимаю по простой Гомановской траектории, так что Венера ее догнала. Количество энергии на торможение зависит от относительных скоростей станции и Венеры. Видимо хватило. В общем, Вы же сами понимаете, что у ионных импульс все равно выше, несмотря на неполноту ионизации криптона. А уж цены на кг - это по сравнению со стоимостью аппаратуры все равно не много.
Quote:

И я уж не говорю о том, что ионные двигатели мы изучали еще в институте на курсе физики плазмы аж в 1978 году - славная такая новинка.
По моему там было написано, что ионные движки - вещь известная. Но мощность подняли и сильно, а значит можно на геостационар поднимать спутник не за год, а за месяц. Это увеличивает полезный ресурс спутника. По моему новшество хорошее, хотя не пятый уровень по шкале ГСА, это факт.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

Упрощаю, но немного. У Венеры нужно было затормозить. Причем, вторая космическая скорость у Венеры ниже - тормозить нужно было сильнее. На "Венере-экспресс" для этого понадобалось около 570 кг химического топлива, здесь - примерно столько же криптона. Вот я и спросил - в чем выигрыш? Мощность ионных движков в семидесятые была около киловатта, нынче 1,5 кВт - тоже не бог весть какой прогресс. Красота нынешнего решения в очень малой его массе - тогда получалось не меньше 50 кг. За счет чего - не знаю.
И я вовсе не говорю, что те решения, которые я прокомментировал - сплошь плохие. Просто стараюсь комментировать то, что приглянулось в обзорах Сергея с числами (разумеется, прикидками, а не расчетами) и слегка остужать эйфорический стиль многих из этих сообщений - не более.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

lebedur wrote:
Упрощаю, но немного. У Венеры нужно было затормозить. Причем, вторая космическая скорость у Венеры ниже - тормозить нужно было сильнее. На "Венере-экспресс" для этого понадобалось около 570 кг химического топлива, здесь - примерно столько же криптона. Вот я и спросил - в чем выигрыш? Мощность ионных движков в семидесятые была около киловатта, нынче 1,5 кВт - тоже не бог весть какой прогресс. Красота нынешнего решения в очень малой его массе - тогда получалось не меньше 50 кг. За счет чего - не знаю.

Юрий, обратите внимание, что тормозить надо исходя не из того, какова сама по себе вторая косм скорость для Венеры, а с учетом того, какова была в конкретных условиях скорость аппарата относительно планеты. Но лезть в расчеты действительно не хочется.
Про увеличение мощности.
Вот из текста Сергея: "...успешно протестировали новый европейский 20-кВт электроплазменный двигатель для космических аппаратов. Новый двигатель в 13 раз мощнее 1,5-кВт двигателя PPS 1350 Snecma, который уже поставляется..."
Согласитесь, что переход от 1,5 к 20 кВт, это все же некий прогресс.
Но самое любопытное, это то, что французы реализовали решение в рамках тренда повышения согласованности.
"На данный момент маломощные двигатели PPS 1350 используются в основном для небольшой ежедневной корректировки орбиты, которая позволяет продлить сроки эксплуатации спутников до 15 лет. Небольшой двигатель работает 1–2 часа в день и использует около 10% электрической мощности спутника".
То есть сейчас (при 1,5 кВт движке) у спутника во время выхода на геостационарную орбиту полезно используется менее 10% вырабатываемой эл-энергии. Ребята дотянули мощность до уровня, когда они будут использовать всю энергию.

Quote:
И я вовсе не говорю, что те решения, которые я прокомментировал - сплошь плохие. Просто стараюсь комментировать то, что приглянулось в обзорах Сергея с числами (разумеется, прикидками, а не расчетами) и слегка остужать эйфорический стиль многих из этих сообщений - не более.
Ой, да конечно! Я ведь тоже просто хотел подискутировать и что-то для себя уточнить.
Вообще, материалы собранные Сергеем - хороший источник для размышлений (может быть именно потому, что они прошли сначала искажающий фильтр журналистов. Расшифровать, что там имелось в виду, порой бывает довольно трудно. Но интересно. В этом плане Ваш углубленный анализ с проходом по первоисточникам - такое внутреннее рецензирование - вижу как своеобразную школу, демонстрирующую работу с первичной информацией. Ведь на самом деле - воспринимай и проверяй, без этого быстро можно развалить проект.
(P.S. Jднажды прочитал, что наши двигателисты добились того, что двигатель может включаться - выключаться до 106 раз. Сто шесть раз - это конечно подвиг. Ну, Вы понимаете, что видиможурналист так прочитал запись про десять в шестой степени...)

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

Quote:
Небольшой двигатель работает 1–2 часа в день и использует около 10% электрической мощности спутника

Я прочитал это как сообщение о том, что даже небольшой движок использует 10% всех энергетических ресурсов спутника. Что ж будет, когда он будет в 10 раз больше? Например, мощность батарей на спутниках MILSTAR (ВС США) - 8 кВт. Но она ведь нужна основному оборудованию.
Еще одна непонятка - 350 Вольт. Казалось бы, чем выше потенциал, тем больше рабочий импульс на единицу энергии. В 70-80е проектировались движки на 10-15 кВ, почему сейчас так мало?
Но вот где я промахнулся: взял параметры спутника PPS 1350 Snecma, а не нового - прошу прощения у благородных донов. Поищу правильную инфу...
Заодно вспомнилась любопытная вторичная задача, стоявшая тогда: куда девать электроны? Ведь не заземлишь! Тогда, помнится, делали отдельную боковую е-пушку, которая не слишком сжирала КПД, но существенно усложняла конструкцию.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

Quote:
Вот я и спросил - в чем выигрыш?

как я понимаю выигрыш в том что с собой на борту надо возить меньше запаса энергии, потому что энергию можно получать от солнечных батарей во время полета.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

lox_my wrote:
Quote:
Вот я и спросил - в чем выигрыш?

как я понимаю выигрыш в том что с собой на борту надо возить меньше запаса энергии, потому что энергию можно получать от солнечных батарей во время полета.

И скорость вылета рабочего тела здесь значительно выше, чем при хим сгорании. Что дает увеличенный импульс.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

lox_my wrote:
как я понимаю выигрыш в том что с собой на борту надо возить меньше запаса энергии, потому что энергию можно получать от солнечных батарей во время полета.

Теплота сгорания ракетного топлива порядка 45 МДж/кг. Если взять тот же пример с «Венерой-экспрессом», общее количество энергии в баках там было порядка 25,5 ГДж. Мощность батарей аппарата на орбите Венеры около 1,5 кВт(http://www.avia.ru/pr/?id=4203). Чтобы выработать такое количество энергии, батареям потребовалось бы 197 суток. Так что дело здесь вовсе не в энергии. Дело, разумеется, в импульсе, что прикидывается буквально в уме.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

lebedur wrote:
lox_my wrote:
как я понимаю выигрыш в том что с собой на борту надо возить меньше запаса энергии, потому что энергию можно получать от солнечных батарей во время полета.

Теплота сгорания ракетного топлива порядка 45 МДж/кг. Если взять тот же пример с «Венерой-экспрессом», общее количество энергии в баках там было порядка 25,5 ГДж. Мощность батарей аппарата на орбите Венеры около 1,5 кВт(http://www.avia.ru/pr/?id=4203). Чтобы выработать такое количество энергии, батареям потребовалось бы 197 суток. Так что дело здесь вовсе не в энергии. Дело, разумеется, в импульсе, что прикидывается буквально в уме.
Ну, конечно. Использовать эту штуковину для быстрого торможения совершенно нереально. Но поднять
орбиту от низкой до геостационарной за несколько месяцев - это вполне. И здесь экономия становится ощутимой.

А вообще, есть очень интересная и перспективная тема, связанная, кстати, с такого рода аппаратами. Ведь если продолжать повышать их мощность, то на солнечных батареях далеко не продвинешься, особенно если направляться к дальним планетам - количество приходящей энергии падает в четыре раза при удалении от Солнца вдвое. Придется задумываться о серьезном энергетическом обеспечении. предположим, закинуть за облака реактор с турбиной и генератором. И оказывается, что ключевым вопросом, проблемой, мешающей развивать такие системы является обеспечение эффективного сброса низкопотенциального тепла в окружающее пространство. Полагаю - это самый ключевой вопрос и ключевая трудность, уж очень громадные площади радиаторов надо разворачивать, если делать их по классической схеме. Нужны перспективные конструкции нового поколения.

Re: НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт

Немножко об этом - http://www.spacesafetymagazine.com/2012/01/21/quest-propulsion/
Любопытный обзор ионных двигателей - http://www.nipne.ro/rjp/2011_56_Suppl/0003_0014.pdf

Пара забавных моментов:
А) 20-25 кВт, оказывается, уже давно есть, причем - наши. Да и вообще, эта французская разработка - совместная с российской. Вообще, очень любопытно почитать про этих ребят - вообще-то, они реактивные двигателисты.
Б) Я упомянул про сброс электронов, Вы про сброс тепла. Получается, что одна из серьезнейших технических проблем - сброс чего-нибудь отработанного. Собственно говоря, выхлопные газы - не то ли же самое? И нет ли тут какой любопытной закномерности?
Между прочим, эта же проблема стоит и для солнечных батарей: при кпд 20-30% по видимому свету и, соответственно, 12-15% по всему спектру, куда-то нужно девать все остальное!

На сладкое несколько ссылок проэту самую снекму:
http://www.snecma.com/IMG/files/fiche_pps1350g_ang_2011_modulvoir_file_f...
http://www.snecma.com/IMG/files/fiche_tma_ang_2011_modulvoir_file_fr.pdf
http://www.snecma.com/-satellite-propulsion-.html?lang=en#docflv184
http://www.flightglobal.com/news/articles/high-power-plasma-thruster-cou...
К сожалению, про их последнюю разработку ничего сверх того, что перевели на русский в нано-сайте.

Subscribe to Comments for "НТИ январь 2011 Ч.2 Новые материалы, Транспорт"