Двигатель лазерный: Физики: «лазерный» двигатель позволит достичь Альфы Центавра за 20 лет

Лазерный двигатель для космических кораблей

5529

Добавить в закладки

Сотрудники НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов
при участии коллег из Института лазерной физики РАН и ФТИ им.
А.Ф. Иоффе, а также из Национальной аэрокосмической лаборатории
Японии, создали небольшую модель космического корабля, — весом
всего 200 г, — способного летать по лазерному лучу.

После анализа нескольких вариантов создания лазерного реактивного
двигателя (ЛРД), инженеры выбрали систему лазерной абляции, т.е.
удаления вещества с поверхности лазерным импульсом — при контакте
лазера с рабочим веществом это последнее испаряется и образует
плазму, а разогретая плазма на большой скорости вылетает через
сопло двигателя, что создает реактивную тягу. В качестве рабочего
тела наилучшим образом себя показал полиформальдегид (на втором
месте был поливинилхлорид).

Сами лазерные установки будут располагаться на Земле или на
орбите. В космосе лазеры будут получать энергию от солнечных
батарей. Ученые полагают, что такая система будет достаточно
надежной и долговечной. Впрочем, стоит помнить, что в космосе луч
хотя и распространяется без поглощения, но с увеличением
расстояния увеличивается его диаметр, что создает очевидную
проблему, учитывая конструкцию двигателя.

Исследования показывают, что лазерный реактивный двигатель имеет
гораздо больший КПД в сравнении с современными жидкостными и
твердотопливными системами, кроме того существенно сокращаются
затраты топлива.

Ведущий сотрудник проекта В. В. Степанов
рассказал, каким образом он и его коллеги обошли эту
проблему: «Мы придумали очень интересную конструкцию. В нашей
модели не одно, а два зеркала. Они нужны для того, чтобы корабль
мог лететь навстречу световому лучу. Это очень важно: лазерный
луч в такой конструкции не рассеивается на продуктах испарения
материала. Первое зеркало выглядит очень необычно: оно похоже на
гладко отполированный острый шпиль. Луч лазера падает на него и,
отражаясь, собирается на другом зеркале, которое надето на
широкую часть шпиля как обод на ступицу колеса. Это зеркало
концентрирует собранный свет в камере, в которой расположено
испаряемое вещество».

Разработчики считают, что такая система позволит не только
выводить летательные аппараты на околоземную орбиту, но и
совершать полеты по маршруту Земля-Луна и обратно. Эту же
технологию можно применить для дополнительного ускорения
сверхзвуковых летательных аппаратов, что позволит достичь
значения числа Маха до 10 и более. Вопрос остается за созданием
достаточно мощного лазера с достаточно тонким лучом.

«Для того, чтобы с помощью лазера выводить в космос аппараты, он
должен быть способен хотя бы полчаса давать стабильный луч
мощностью более 1 МВт. Сейчас такие лазеры разрабатываются. Кто
первым его сделает, тот и полетит в космос по лазерному лучу.
Задача осложняется тем, что подобные лазеры, тем более,
расположенные на околоземной орбите, представляют собой элемент
системы противоракетной обороны и их разработка подпадает под
действие соответствующих международных договоров», — сказал автор
исследования и руководитель проекта Юрий Резников.

космические полеты
лазерный двигатель
система лазерной абляции

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Ученые ЮФУ выявили, что в перевернутом положении у людей повышается креативность

14:00 / Психология

Ученые ТПУ создают экологичное авиационное топливо

12:00 / Энергетика

Российские ученые разработали эффективную технологию контроля качества сплавов для ракетно-космической техники

17:40 / Инженерия, Новые технологии

Новый фильтр может удалять CO2 из дымовых труб электростанций

17:00 / Экология

Новый вид рачков из водоемов гор Японии оказался «Франкенштейном»

16:40 / Биология

Президент РАН Геннадий Красников встретился со спецпредставителем президента РФ по экологии и транспорту Сергеем Ивановым

16:20 / Наука и общество

Глава РАН Г. Я. Красников и помощник президента РФ А.А. Фурсенко обсудили повестку предстоящего заседания президиума Совета по науке и образованию

16:00 / Наука и общество

Бескислородная реакция поможет получать энергию в космосе и морских глубинах

15:40 / Физика, Химия

Ученые выяснили, как COVID-19 отразился на иммунной системе детей и подростков

14:40 / Здравоохранение, Медицина

В России впервые подключились к 5G через спутник

14:40 / Новые технологии

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

НАСА испытала лазерный двигатель – Газета Коммерсантъ № 81 (1484) от 08.05.1998










1K












3 мин.





















…







&nbspНАСА испытала лазерный двигатель


НАСА испытывает модель «лазерного двигателя»

       Фантасты 60-х и 70-х извели немало бумаги на описание космических кораблей с «фотонными» и «лазерными» двигателями — и все это казалось красивой технической сказкой. Однако, как выясняется, разработка таких двигателей уже ведется. На американской авиабазе Райт-Паттерсон прошли успешные испытания модели летательного аппарата, приводимого в движение лучом лазера.

       

       На полигоне Уайт-Сэндз авиабазы Райт-Паттерсон (штат Огайо) состоялись первые демонстрационные летные испытания малоразмерной модели летательного аппарата, двигательная установка которого приводится в действие лучом импульсного лазера на углекислом газе. Испытания прошли в рамках проекта Lightcraft («Световой корабль»), осуществляемого созданной на базе Райт-Паттерсон лабораторией ВВС совместно с Исследовательским центром НАСА им. Маршалла и Ренселеровским политехническим институтом в Нью-Йорке. Проект финансируется из бюджетов ВВС США и НАСА.

       Принципиальная идея устройства, которое было испытано, заключается в том, что энергия может быть передана летательному аппарату с помощью лазерного луча. Источник лазерного излучения может быть размещен на поверхности Земли или на орбите; сам же летательный аппарат может быть предназначен для полетов в атмосфере или космическом пространстве. В испытывавшейся модели американцы использовали следующую схему: достигнув аппарата, лазерный луч отражается с помощью кольцевого зеркала на кормовую часть, где фокусируется на небольшом пространстве. При этом в кормовой части происходит почти мгновенный разогрев атмосферного воздуха до состояния плазмы c температурой 30 000 градусов по Цельсию. Расширясь при разогреве, этот газ и создает тягу. Чтобы луч лазера не бил постоянно в одну точку отражателя (это привело бы к его разрушению) и нагревал воздух во всей кормовой части, а не с одного бока (тогда аппарат не удерживался бы на курсе), модель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту.

       История разработки лазерных двигательных установок началась с программ противоракетной обороны СОИ (SDI, Strategic Defense Initiative) и LODE (Large Optics Demonstration Experiment), которые осуществлялись в США в 80-х годах и были направлены на создание высокоэнергетических импульсных лазерных установок военного назначения. В ходе работ над этими программами удалось продвинуться и в другом ключевом для лазерных двигателей направлении — создании легких конструкционных материалов с высокой отражающей способностью.

       Что касается проекта Lightcraft, то впервые он был предложен профессором Ренселеровского политехнического института Лейком Мирабо в 1990 году на симпозиуме в Центре НАСА им. Льюиса, посвященном космическим транспортным средствам третьего тысячелетия. Тогда речь шла о создании на основе «лазерного старта» одноступенчатой системы выведения. Разработчики указывали — и вполне справедливо — на то, что этот радикально новый подход может значительно снизить затраты на запуск небольших спутников. Ведь основной источник энергии такой системы находится на Земле и может быть использован неограниченное число раз, а самому аппарату на этапе выведения не нужно никакого топлива — он использует атмосферный воздух (для высотного и орбитального участков полета аппарат может везти с собой запас газа).

       Однако технические проблемы создания системы «лазерного старта» огромны, и не вполне ясно, возможно ли решить их в пределах существующих технологий. В настоящее время речь идет о менее амбициозных планах. Небольшие аппараты, получающие энергию по лазерному лучу, могут использоваться как буксиры, перемещающие спутники с одной орбиты на другую, или как средства обслуживания космических кораблей на околоземной орбите. В частности, они пригодились бы на космической станции «Альфа», блоки которой вскоре начнут выводить на орбиту. Лазерное устройство в таком случае будет размещено в космосе — например, на борту орбитальной станции. Принципиальных технических препятствий к созданию таких комплексов нет. Не исключено, что они начнут действовать уже в ближайшем десятилетии.

       А пока разработчики в ВВС США и NASA рассчитывают подготовить к новым испытаниям мощную импульсную лазерную установку фирмы AVCO (США) и провести в 1990 году атмосферные испытания аппарата, способного достигать высоты около 1 км.

       Подобных работ в России или СССР нам отыскать не удалось.

       

       АЛЕКСЕЙ Ъ-РОМАШКИН

       























Вся лента

Лазерный двигатель превращает свет в движение

Технологии

27 ноября 2007 г.

Автор Tom Simonite

Японские исследователи продемонстрировали лазерный двигатель. По их словам, будущие версии могут обеспечить точное механическое управление в местах, которые обычно не могут пройти электродвигатели.

Двигатель был построен физиком Хидэки Окамура и его коллегами из Международного христианского университета в Токио, Япония.

После того, как Окамура использовал лазерный «пинцет» для перемещения микроскопических объектов, он решил попробовать маневрировать более крупными объектами с помощью лазеров. По его словам, новый двигатель относительно неэффективен и не имеет задней передачи, но может найти новое применение.

Двигатель состоит из медного диска с отверстием в центре. Зеленый лазерный свет с длиной волны 532 нанометра заставляет металл нагреваться и расширяться, в результате чего на его поверхности возникают крошечные быстро движущиеся упругие волны.

Реклама

Эти волны движутся по кругу вокруг центра кольца. Когда кольцо касается другой поверхности, это движение вызывает его движение, а когда диск установлен на шпинделе, движение становится вращательным.

Лазерный пинцет использует физический импульс фотонов для оказания давления, но его эффективность составляет всего около 0,000000001%. Окамура говорит, что создание движения путем поглощения мощности лазерного луча по крайней мере в 100 000 раз эффективнее.

Другие исследователи создали устройства, которые изгибаются в ответ на лазерный свет, но никто ранее не использовал лазерный свет для вращения компонента, говорит он.

Пока двигатель вращается только в одном направлении. Но Окамура надеется изменить это, используя материал, который по-разному реагирует на две разные частоты лазера. «Изменяя время между двумя [импульсами], можно было бы реверсировать лазерный двигатель», — объясняет он.

Лазерный привод может быть полезен в средах с сильными магнитными полями, говорит Окамура, поскольку, в отличие от обычных электродвигателей, лазерный двигатель не подвержен влиянию сильного электромагнитного поля. Это могут быть внутренние МРТ-сканеры или другие научные инструменты.

Лазер Окамура также можно очень точно контролировать, потому что лазерные лучи могут запускаться очень короткими импульсами. По его словам, несмотря на его неэффективность, точное управление и устойчивость к электромагнитным помехам должны сделать лазерный привод полезным. Окамура также исследует новые материалы, которые сильнее реагируют на лазерный свет.

Ссылка на журнал: SPIE (DOI:10.1117/2.1200701.0589)

Какой мотор вам подходит?_Лазерный гравер_База знаний_Технология

Лазерный гравер

Какой мотор вам подходит?

На рынке существует два типа двигателей: шаговый двигатель и серводвигатель. Обе технологии используются в лазерных гравировальных станках. В чем именно разница между этими двумя подходами к управлению? Какой из них лучше для вашего оборудования?

Технология управления сервоприводом применяет двигатель и контроллер более высокого качества для отправки команды двигателям и использует энкодер для обратной связи значений местоположения с контроллером, поэтому двигатели всегда проверяют свое положение. Эта непрерывная связь позволяет двигателям работать быстрее с более высоким ускорением и скоростью, чем лазерный гравер может резать или гравировать, а также вы можете перемещать каретку лазера в любое положение и возобновлять работу точно. Применяя технологию сервоуправления, GCC LaserPro предлагает законченную линейку лазерных граверов с сервоуправлением, которые имеют исключительную репутацию для создания одних из самых высоких эффектов 2D и 3D гравировки с высочайшей точностью.

Шаговые двигатели означает, что двигатель движется шаг за шагом. Это устройство с разомкнутым контуром без какой-либо информации об обратной связи. Таким образом, двигатель не может разгоняться слишком быстро, иначе он будет пропускать шаги. Кроме того, каретка не может свободно перемещаться вручную, поскольку шаговый двигатель не имеет устройства обратной связи по положению для отслеживания кареток.

В следующем сравнительном листе представлен четкий и тщательный анализ серводвигателя и шагового двигателя.

  Servo motor Stepper motor
Accuracy (1) High Low
Throughput High Low
Acceleration (2) Высок. Низк.0041 Cutting quality (4) High Low
Oscillation Low High
Cost High Low
Size Big Small
Шум Низкий HIGH

Замечание:

  • (1)

    • (1)

      • (1)0042 Серводвигатель обеспечивает постоянную обратную связь по положению с контроллером, который корректирует любое несоответствие между желаемым и фактическим положением. Когда ему говорят переместиться на 10 дюймов вниз и на 10 дюймов вправо от исходного положения, он переместится точно в положение (10,10), как ему и сказано. Шаговый двигатель использует разомкнутую связь с контроллером, любые пропущенные шаги не будут автоматически исправлены и, таким образом, будут иметь низкую точность позиционирования.
      • (2) Ускорение будет решающим фактором, определяющим производительность лазерных граверов, а не скорость. Ускорение определяет, сколько времени требуется машине для достижения максимальной скорости. Один лазерный гравер со скоростью 100 дюймов в секунду с шаговым двигателем имеет гораздо меньшую производительность, чем один станок со скоростью 80 дюймов в секунду с серводвигателем из-за различий в ускорении. Шаговые двигатели не могут иметь такое высокое ускорение, как серводвигатели, из-за чрезмерно высокого ускорения они теряют шаги и точность.
      • (3) Лазерный гравер, оснащенный шаговым двигателем, имеет определенные ограничения скорости из-за плохой характеристики крутящего момента шагового двигателя при перемещении на высокой скорости, что приводит к потере шагов и точности.