Край Будущего

Хотя в настоящее время у нас нет технологий, способных сделать космический лифт жизнеспособным на Земле, это вовсе не означает, что он не может успешно функционировать на других объектах Солнечной системы. Одним из самых перспективных мест для установки такого сооружения является Церера — Крупнейший астероид в поясе астероида и потенциально один из крупнейших источников ресурсов для расширения присутствия человечества в космосе.

В свежей научной работе исследователей из Университета Колорадо в Колорадо-Спрингс и компании Industrial CNT, производителя углеродных нанотрубок (одного из потенциальных материалов для космического лифта), подробно рассматривается, насколько полезным мог бы оказаться такой лифт.

Одним из самых примечательных фактов о Церере, полученных благодаря миссии Dawn, является то, что приблизительно 25% её состава — это вода. Вода ценна не только тем, что необходима для поддержания жизни в привычном нам виде, но и как источник топлива для двигательных установок. Некоторые испытательные спутники используют воду в качестве единственного топлива, а другие — кислород и водород, получаемые при электролизе воды.

Однако, чтобы получить доступ к этим ценнейшим ресурсам, инженерам необходимо преодолеть даже небольшой, но всё же существующий гравитационный потенциал Цереры. Здесь на помощь приходит космический лифт. Он способен решить две задачи: поднять материалы с поверхности и благодаря использованию рычага обеспечивать разгон грузов до скоростей, значительно превосходящих традиционный запуск с поверхности. Проект, изложенный в статье, учитывает обе эти функции.

В работе описан космический лифт длиной около 30 000 километров — более чем в тридцать раз превышающий диаметр самой Цереры. Если его реализовать из современных углеродных нанотрубок, он сможет транспортировать полезные грузы массой около 6534 килограммов к станции на вершине лифта. Оттуда грузы смогут быть выброшены в космос с помощью центробежной силы, создаваемой вращением станции в ритм суточного вращения Цереры, равного девяти часам. Такая конструкция позволит сократить энерговложения при доставке грузов на Землю примерно на 60%, что обеспечит экономию топлива порядка 15%.

Часть этого топлива может быть получена непосредственно с Цереры. В статье представлена матрица выбора различных двигательных установок на водной основе, из которой следует, что микроволновые электротермические двигатели (MET) обладают наибольшей эффективностью — их удельный импульс достигает почти 800 секунд. Также исследовались системы водородно-кислородного ракетного двигателя, основанные на электролизе воды и последующем сжигании ее компонентов.

Однако для разделения воды потребуется значительная энергетическая мощность, что является одной из основных проблем при создании такой инфраструктуры. Церера находится в поясе астероидов, где солнечная радиация значительно слабее, и для обеспечения энергией проекта потребуется собирать и накапливать большое количество солнечного света. В качестве альтернативных источников энергии рассматриваются двигатели Стирлинга или радиоизотопные термоэлектрические генераторы, но для масштабов проекта потребуется множество таких установок.

Еще одной сложностью станет задержка в передаче сигналов, так как, находясь за орбитой Марса, Церера требует около 25 минут на двунаправленную связь. Таким образом, ручное управление строительством космического лифта с Земли будет крайне затруднено, что делает необходимой значительную автоматизацию процессов, прежде чем проект сможет стать операционным.

Развитие таких систем автоматизации будет полезно и для других направлений космической деятельности, и их появление не за горами. Эксперты в области освоения космоса с большим энтузиазмом оценивают потенциал ресурсов Цереры. Следовательно, её дальнейшая разработка — вопрос времени, и будущие планировщики миссий будут внимательно изучать подобные исследования, чтобы определить, стоит ли человечеству взяться за одну из самых грандиозных инженерных задач в истории — создание космического лифта на Церере и оправданы ли затраты на такую инициативу.

Публикация взята с сайта: https://www.researchgate.net/publication/391807327_SE_Integr...

Новейший алгоритм прокладывает дорогу для широкого внедрения искусственного интеллекта и передовых методов машинного обучения в исследование процессов, протекающих на атомарном уровне на поверхностях материалов.

Учёные и инженеры сосредоточены на изучении взаимодействий между атомами на поверхности материалов с целью создания высокоэффективных устройств хранения и преобразования энергии — аккумуляторов, конденсаторов и пр. Тем не менее, точное моделирование этих фундаментальных явлений требует чрезвычайно мощных вычислительных ресурсов, способных адекватно воспроизвести сложнейшие геометрические и химические особенности. Действующие на сегодняшний день технологии лишь фрагментарно охватывают эту многогранную проблему.

«На данный момент реализация подобных вычислений недостижима: не существует ни одного суперкомпьютера в мире, который мог бы осуществить полный анализ», — констатирует Сиддхарт Дешпандэ, младший профессор кафедры химического инжиниринга Университета Рочестера. — «Для решения этой задачи необходимы изощрённые методы управления большим объёмом данных, способные интуитивно выделять решающие взаимодействия на поверхности и использовать подходы, основанные на анализе данных, что позволит радикально сузить пространство исследуемых вариантов».

Исследуя структурное сходство различных конфигураций атомов, Дешпандэ и его команда установили, что для достоверного и комплексного понимания химических процессов достаточно проработать лишь около двух процентов — а зачастую и меньшую долю — уникальных вариантов взаимодействий на поверхности. Исходя из этого принципа, ими был разработан специальный алгоритм, подробно описанный в научной статье, опубликованной в журнале Chemical Science.

В ходе исследования данный алгоритм впервые был использован для всестороннего анализа сложной дефектной структуры металлической поверхности и её влияния на процесс окисления монооксида углерода. Полученные результаты открывают глубокое понимание механизмов энергетических потерь в спиртовых топливных элементах и способны существенно повлиять на разработку более эффективных энергосистем.

По мнению Дешпандэ, созданный алгоритм существенно расширяет потенциал теории функционала плотности (DFT) — вычислительного квантово-механического инструмента, который на протяжении последних десятилетий служит основой для исследований в области структурной химии материалов.

«Данный инновационный метод выступает в роли платформы для интеграции подходов машинного обучения и искусственного интеллекта в традиционные квантово-механические расчёты», — подчёркивает он.

«Впереди стоит задача применения этой технологии для решения более сложных и значимых научных проблем — таких, как детальное изучение взаимодействий электрод-электролит в аккумуляторных системах, анализ влияния растворителей на поверхность в катализе, а также исследования многокомпонентных материалов, в частности сплавов, открывая новые горизонты в создании материалов с усовершенствованными характеристиками».

Публикация взята с сайта: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/sc/d5sc0...

Космический аппарат NASA, совершавший облет Луны, сфотографировал место крушения лунного модуля японской компании.

В пятницу NASA опубликовало снимки, сделанные спустя две недели после того, как посадочный модуль ispace столкнулся с поверхностью Луны.

На фотографиях отчетливо видно темное пятно в районе удара — месте падения посадочного модуля «Resilience» и его мини-ровера в Море Холода, вулканической области на самом севере лунного диска. Легкий ореол вокруг этой зоны образовался из поднятой при столкновении лунной пыли.

Данные съемки были сделаны космическим аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter на прошлой неделе.

Эта авария стала второй неудачей за два года для токийской компании ispace. Представители фирмы планируют провести пресс-конференцию на следующей неделе, чтобы подробно рассказать о причинах неудачи последней миссии, которая была запущена с мыса Канаверал в январе, и наметить планы по дальнейшему развитию своих лунных программ.

Доброе утро дорогие подписчики, мы вновь начинаем путешествие по космосу!

Эта технология может послужить универсальным переводчиком для квантовых компьютеров, обеспечивая их взаимодействие на больших расстояниях и преобразование до 95 % сигнала практически без шума. При этом всё устройство размещается на кремниевой микросхеме — том же материале, что используется в обычных компьютерах.

«Это словно найти переводчика, который понимает почти каждое слово, сохраняет смысл сообщения и не добавляет постороннего шума», — отмечает соавтор исследования Мохаммад Халифа, проводивший работу в рамках своей кандидатской диссертации на факультете прикладных наук UBC и в Институте квантовых материалов Стюарта Блуссона (SBQMI).

«Самое важное, что устройство сохраняет квантовые связи между удалёнными частицами и работает в обе стороны. Без этого мы получили бы лишь дорогие отдельные компьютеры, а с ним — настоящую квантовую сеть».

Принцип действия.

Квантовые компьютеры обрабатывают информацию с помощью микроволновых сигналов. Однако для передачи данных на большие расстояния — между городами или континентами — их необходимо преобразовать в оптические сигналы, передающиеся по оптоволоконным кабелям. Причём эти сигналы чрезвычайно хрупки, и малейшие помехи в процессе конвертации способны их разрушить.

Это представляет серьёзную проблему для явления запутанности — феномена, на котором базируется квантовая обработка информации, когда две частицы остаются связанными вне зависимости от расстояния. Эйнштейн называл это «зловещим действием на расстоянии». Потеря такой связи означает утрату квантового преимущества. Представленное устройство UBC, описанное в статье, опубликованной в журнале npj Quantum Information, способно обеспечивать квантовую связь на дальние дистанции, сохраняя эти запутанные связи.

Кремниевое решение!

Разработанная командой модель представляет собой преобразователь фотонов микроволнового и оптического диапазонов, реализуемый на кремниевой подложке. Ключ к прорыву — в тонко инженерных дефектах: магнитных центрах, намеренно внедрённых в кремний для контроля его свойств. При точной настройке микроволновых и оптических сигналов электроны в этих дефектах преобразуют один вид сигнала в другой, не поглощая энергию, что избавляет устройство от нестабильности, свойственной другим методам трансформации.

Кроме того, прибор работает эффективно при чрезвычайно низком уровне мощности — всего лишь миллионных долях ватта. Авторы предложили практическую конструкцию с использованием сверхпроводящих компонентов — материалов, обладающих идеальной электропроводностью — в сочетании с специально модифицированным кремнием.

Хотя исследование остаётся теоретическим, оно открывает важную перспективу для развития квантовых сетей.

«Завтра квантовый интернет не появится, но это крупнейший шаг вперёд, устраняющий серьёзное препятствие», — подчёркивает ведущий автор работы доктор Джозеф Салфи, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и исследователь SBQMI.

«Сегодня надёжная передача квантовой информации между городами остаётся сложной задачей. Наш подход способен изменить ситуацию: кремниевые преобразователи можно производить на базе существующих технологий чипостроения и легко интегрировать в современную коммуникационную инфраструктуру».

В будущем квантовые сети обещают обеспечить практически неразрывную онлайн-безопасность, навигацию GPS, работающую в помещениях, а также возможность решать задачи, недоступные современным технологиям — от создания новых лекарств до существенно более точных прогнозов погоды.

По словам Баканова, поначалу созвездие будет состоять из 350 спутников. Более 250 аппаратов развернут уже к 2027 году, к этому же времени намечен коммерческий запуск  сервиса. К 2035-му численность группировки может превысить 900 аппаратов.

Спутники «Рассвет», которые считаются аналогом Starlink американской компании SpaceX, разрабатывает «Бюро 1440». Российские аппараты смогут обеспечить пользователей широкополосным доступом в интернет в любой точке Земли.

Технические и организационные детали:

• Запуск и развертывание: Первые спутники «Рассвет» планируется вывести на орбиту в декабре 2025 года. Изначально группировка будет состоять из 350 аппаратов, что позволит обеспечить достаточно плотное покрытие для стабильной связи. К 2027 году предполагается развернуть более 250 спутников, что будет сопровождаться коммерческим запуском сервиса широкополосного интернета. В долгосрочной перспективе — к 2035 году — количество спутников в созвездии может превысить 900 единиц, что значительно расширит возможности сети.

• Разработка: Спутники разрабатываются в «Бюро 1440» — российском конструкторском бюро, специализирующемся на космических технологиях. Это обеспечивает национальную технологическую независимость и позволяет адаптировать оборудование под специфические требования российского рынка и стратегические задачи.

• Функциональность и возможности: «Рассвет» позиционируется как российский аналог американской системы Starlink от SpaceX. Спутники будут обеспечивать широкополосный доступ в интернет с низкой задержкой и высокой скоростью передачи данных, что особенно актуально для удалённых и труднодоступных регионов России и других стран. Благодаря низкой орбите спутники смогут обеспечить стабильное покрытие и минимизировать проблемы с задержками сигнала.

• Стратегическое значение: Проект «Рассвет» имеет большое значение для развития цифровой инфраструктуры России, повышения национальной безопасности и технологической независимости. Он позволит обеспечить доступ к интернету в любой точке планеты, что особенно важно в условиях растущей конкуренции в космической сфере и информационных технологий.

• Сравнение с Starlink: В отличие от Starlink, который уже функционирует и активно расширяется, «Рассвет» находится на стадии активной разработки и подготовки к запуску. Однако по масштабам и целям проект сопоставим с американским аналогом — создание глобальной сети спутников для обеспечения высококачественного интернета.

Таким образом, «Рассвет» — это ключевой российский проект в области космической связи, который в ближайшие годы должен вывести страну на новый уровень в сфере спутникового интернета и цифровых технологий.

Под руководством Марка Коха из Института экспериментальной физики Технологического университета Граца (TU Graz) исследовательская группа впервые в режиме реального времени проследила процесс объединения отдельных атомов магния в кластер и выявила сопутствующие ему явления.

Для этого учёные предварительно изолировали атомы магния с помощью сверхтекучего гелия, а затем инициировали процесс формирования кластеров при помощи лазерного импульса. Наблюдения за образованием кластеров и связанной передачей энергии между отдельными атомами велись с фемтосекундным временным разрешением.

«Сверххолодильник» возвращает атомы в исходное состояние.

«Обычно атомы магния мгновенно формируют прочные связи, что лишает возможности зафиксировать определённую начальную конфигурацию для наблюдения процессов образования связей», — поясняет Кох.

Преодолеть эту сложность, характерную для исследований химических процессов в реальном времени, удалось благодаря проведению экспериментов в каплях сверхтекучего гелия. Эти капли выступают в роли сверхохлаждённых нанохолодильников, которые изолируют отдельные атомы магния друг от друга при экстремально низкой температуре — 0,4 Кельвина (−272,75 °C), что лишь на 0,4 градуса Цельсия выше абсолютного нуля, обеспечивая расстояние между атомами около миллионной доли миллиметра.

«Такое экспериментальное устройство позволило нам инициировать формирование кластеров с помощью лазерного импульса и точно отслеживать динамику процесса в режиме реального времени», — отмечает Михаэль Штадльхофер, проводивший эксперименты в рамках своей докторской диссертации.

Для фиксации процессов, запускаемых лазерным импульсом, исследователи применили фотоэлектронную и фотоионную спектроскопию. По мере объединения атомов магния в кластер второй лазерный импульс ионизировал сформированные образования.

Кох и его команда смогли детально реконструировать механизмы протекающих явлений на основе анализа образовавшихся ионов и высвобождаемых электронов.

Атомы накапливают свою энергию.

Ключевым открытием стало явление объединения энергии. При связывании нескольких атомов магния происходит передача возбуждающей энергии, полученной от первого лазерного импульса, одному из атомов в кластере, который достигает существенно более высокого энергетического состояния. Это первый случай демонстрации такого процесса с фемтосекундным временным разрешением.

«Мы надеемся, что предложенный метод изоляции атомов в гелиевых каплях будет применим и к более широкому классу элементов, что сделает его универсальным инструментом в фундаментальных исследованиях», — говорит Кох.

Помимо фундаментального значения, полученные результаты могут найти практическое применение в процессах передачи энергии, например, в фотомедицине и технологиях солнечной энергетики.