Журнал «Компьютерра» №46 от 15 декабря 2005 года - Журнал Компьютерра (читаем книги онлайн бесплатно txt) 📗
Новый рекорд точности измерения «больших» расстояний поставлен в Национальном институте стандартов и технологий США. Там изготовили прибор, способный измерить длину до 5 см с точностью 10 пикометров, то есть в одну десятую диаметра атома водорода. Это эквивалентно измерению дистанции от Москвы до Владивостока с точностью в несколько миллиметров.
В науке и технике расстояния, как правило, измеряют с помощью лазерных интерферометров, грубо говоря, подсчитав число длин волн света, которые укладываются между объектами. Но длина волны обычного для этих дел красного лазера - 633 нм - гораздо больше тех размеров, которые сегодня нужно выдерживать в полупроводниковой промышленности и в нанотехнологиях. Линейкой с такими «редкими делениями» уже трудно что-то измерить.
В новом приборе ученые решили вместо длины волны измерять частоту света лазера. Его свет по оптоволокну подводится к резонатору, состоящему из двух расположенных друг против друга зеркал. Луч способен пройти сквозь резонатор, только если его частота точно соответствует одной из резонансных линий (иначе он гасится интерференцией при многократных переотражениях). Измеряя эту частоту, удается очень точно вычислить расстояние между зеркалами.
Такой подход применялся и раньше, но только для измерения расстояний между близко (в пределах микрона) расположенными зеркалами. Теперь же его можно использовать для настройки макрооборудования. Если потребуется, считают ученые, точность прибора можно увеличить еще на порядок, за счет измерения не одной, а сразу нескольких собственных частот зеркального резонатора. - Г.А.
Первую пробную серию выстрелов в сотую долю запланированной мощности произвела крупнейшая в мире лазерная система NIF (National Ignition Facility), предназначенная для инициации термоядерного синтеза в Ливерморской национальной лаборатории США имени Лоуренса. Результаты измерений удивительно точно совпали с расчетами.
Сейчас гигантская машина смонтирована уже на 80%. Это потребовало четырех лет напряженной работы после завершения в 2001 году строительства здания площадью почти три гектара и стоимостью 260 млн. долларов, которое удовлетворяет жестким требованиям чистой комнаты полупроводникового производства. К полномасштабным экспериментам планируется приступить в середине 2009 года.
В установке будет работать 192 лазера, общая мощность которых в момент импульса длительностью 3-20 нс превысит 500 трлн. ватт, что в тысячу раз больше мощности всей энергосистемы США. Ультрафиолетовые лазеры с длиной волны 0,35 мкм будут сфокусированы в торцы маленького полого золотого цилиндра (на фото), внутри которого размещена пластиковая сфера с замороженной смесью дейтерия и трития. Цилиндр располагается в центре усеянного датчиками девятиметрового шара из бетона и алюминия, сооруженного для защиты от радиации.
Лазеры мгновенно разогреют золотой цилиндр до огромной температуры, и его тепловое излучение в рентгеновском диапазоне длин волн, в свою очередь, станет нагревать пластиковую сферу. Последняя, быстро испаряясь, сожмет до плотностей в двадцать раз больше плотности свинца помещенные в нее изотопы водорода, одновременно разогревая их до гигантских температур порядка ста миллионов градусов. Так будут созданы условия для инициации термоядерного синтеза.
Надежность столь сложной схемы эксперимента давно беспокоила ученых. Расчеты расчетами, а малейшая неустойчивость или асимметрия в поведении мишени способна свести все усилия на нет. Все полетит куда-нибудь вбок, сжатия вещества в центр сферы не получится, и вожделенные температуры и давления не будут достигнуты. Да мало ли что еще может случиться. Поэтому и была проведена серия экспериментов с четырьмя из восьми уже налаженных лазеров.
К радости ученых, все заработало с первого раза. Наблюдения прекрасно совпали с расчетами. И даже при сравнительно малой мощности установки удалось пройти весь запланированный диапазон температур, до которых должен разогреваться золотой цилиндр. Это внушает уверенность в том, что и полностью готовая установка будет работать так, как задумывалось.
Когда лазерная машина вступит в строй, на ней планируется ежегодно проводить до семисот экспериментов. Они позволят лучше понять, что творится при термоядерном синтезе, какие процессы происходили во вселенной вскоре после Большого взрыва, идут сейчас в недрах звезд и протекают в водородных бомбах. NIF поможет исследовать поведение различных материалов в экстремальных условиях и должна будет внести важный вклад в появление термоядерной энергетики. - Г.А.
Ничто не вечно ни под Луной, ни под Фобосом с Деймосом: два марсианских вездехода NASA Spirit и Opportunity мало-помалу начинают деградировать. Дает о себе знать почтенный возраст - с тех пор, как аппараты заступили на боевое дежурство, прошли почти два земных или один марсианский год.
Расчетный срок жизни вездеходы превысили более чем в семь раз. Первоначально плановая продолжительность миссии составляла всего 90 дней (см. «КТ» #527), но испытания в жестких условиях, которые прошли большинство компонентов, позволяли надеяться на 270 «рабочих дней». Одно из узких мест - солнечные батареи, постепенно теряющие эффективность из-за накапливающейся на панелях пыли. Однако этой проблемы неожиданно помогли избежать… небольшие смерчи, часто возникающие в полуденные часы в местах работы обоих роверов. Предполагается, что эти в общем-то опасные при прямом контакте вихри помогают сдувать инородные частицы с солнечных батарей.
Некоторое время назад вышла из строя механическая рука Opportunity. Как полагают специалисты, все дело в заклинившем плечевом сочленении. Если его удастся извлечь из кожуха, то манипулятор сможет снова собирать образцы грунта (на Opportunity также сломался один из приводов рулевого управления). У его напарника, начавшего трудовую вахту тремя неделями раньше, дела обстоят получше. Единственная потеря Spirit - истершийся абразивный инструмент, предназначенный для получения свежих, невыветрившихся срезов марсианских пород. Оно и понятно: по плану Spirit должен был взять всего три образца, но в итоге провел целых пятнадцать операций.
Хотя все остальные элементы аппаратов пока не подают поводов для беспокойства, конец может наступить в любую секунду. Красноречиво выразился по этому поводу работающий над проектом профессор Корнуэльского университета Стивен Сквайрес (Stephen Squyres): «Каждый день мы ведем их так, словно завтра не наступит».
Роверы проделали не такой уж маленький путь: Spirit прополз по поверхности 5,5 км, совершив при этом первое в истории инопланетных вездеходов восхождение на довольно приличный холм, а Opportunity «намотал» целых 6,5 км. За это время им удалось сделать многое. Так, о полученных свидетельствах в пользу былого наличия воды на Марсе не вспоминает только ленивый. Вдвоем аппараты передали на Землю 130 тысяч снимков. В их числе и незапланированные: фотографии затмения на Марсе, когда Фобос попадает в тень планеты, а также метеорного дождя, вызванного прохождением Марса через шлейф осколков кометы Галлея (ночные наблюдения оказались возможны из-за неожиданно приличной работы солнечных батарей).
Сейчас вездеходам предстоит подготовиться ко второй в своей жизни марсианской зиме. Spirit спускается с возвышенности Хасбенд-хилл, чтобы исследовать еще одну равнину, а затем поспешит на юг к следующей возвышенности, где, как полагают ученые, отдаваемая мощность фотоэлементов будет максимальной. Opportunity же тем временем исследует породы на трассе между кратерами Выносливости и Виктория. - О.З.
