ЯМР повышенной точности может перевернуть инерциальную навигацию

Команда физиков из Университета Индианы в Блумингтоне (США) использовала ЯМР-установку корпорации Northrop Grumman для поиска ЯМР в поляризованном ксеноне-129 и ксеноне-131. Применяя длительную релаксацию (до двадцати секунд), учёные получили точные соотношения частот ядерного магнитного резонанса частиц, нечувствительных к флуктуациям магнитного поля.

Схема экспериментальной установки. Размер основной камеры равен 2 мм. (Иллюстрация IU.)Схема экспериментальной установки. Размер основной камеры равен 2 мм. (Иллюстрация IU.)
Схема экспериментальной установки. Размер основной камеры равен 2 мм. (Иллюстрация IU.)


Используя стандартные теоретические предсказания для определения вклада спина нейтрона в угловой момент ядра атома ксенона, авторы работы смогли поднять верхнюю границу чувствительности ЯМР на два порядка для масштаба менее миллиметра, притом что дальнейший потенциал улучшения методики оценивается ещё в два порядка.


Для чего нужна столь высокая точность? Майк Сноу (IU) и его коллеги поясняют, что такая технология, например, пригодна для создания навигационной системы нового типа, использующей спин-поляризованные ядра атомов (ксенона-129 и ксенона-131) как гироскопы атомарного масштаба, всегда указывающие в одном направлении. В силу малых размеров и сверхнизкого энергопотребления такими инерциальными системами навигации можно будет оснащать даже самые компактные БПЛА и ЛА в зонах, где GPS недоступна или подавляется средствами радиоэлектронной борьбы. Эту линию исследований, разумеется, подхватила Northrop Grumman.

Микро-ЯМР-гироскоп (micro-NMRG), разрабатываемый Northrop Grumman по контракту с Управлением перспективных исследований Министерства обороны США (иллюстрация Northrop Grumman).Микро-ЯМР-гироскоп (micro-NMRG), разрабатываемый Northrop Grumman по контракту с Управлением перспективных исследований Министерства обороны США (иллюстрация Northrop Grumman).
Микро-ЯМР-гироскоп (micro-NMRG), разрабатываемый Northrop Grumman по контракту с Управлением перспективных исследований Министерства обороны США (иллюстрация Northrop Grumman).

Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Загрузка...
Комментарии 37
  1. Samy 9 октября 2013 07:32
    Вот это да....
    1. mirag2 9 октября 2013 08:13
      Здорово!Всегда преклоняюсь перед высокотехнологичной продукцией.Столько труда,мозгов,качества производства туда вложено.
      Очень,очень хочу,что бы такие вещи появлялись у нас.Мечтаю!
      Причем даже и безумных денег туда не надо вкладывать-ученые почти никто немерянных денег не получает-просто они все увлеченные люди,нужно только дать им возможность заниматься любимым делом,не думать о доме,жратве и здоровье.А какая машина у него-Рено или Мерседес -не критично,лишь бы ездила и не ломалась.Что бы на все хватало.Тогда он и продуктивно будет работать и будет патриотом.
      Ну и конечно-самое главное для работы доступ к материалам,оборудованию и прочему.-Мне думается,что именно с этим у нас напряг.
    2. fzr1000 9 октября 2013 09:07
      А эти новейшие гироскопы разве не подвержены средствам РЭБ?
      1. afire 9 октября 2013 09:21
        подвержены...
        1. vvvvv 9 октября 2013 10:31
          "нечувствительных к флуктуациям магнитного поля"
          Т.е. эл.магн. воздействие не оказывает влияния. Думаю, что на сам внутренний узел и не может быть воздействия РЭБ и даже от эл.магн. бомбы можно защитить экранированием. РЭБ возможна только когда есть радиосвязь объекта с внешней средой, когда ее можно нарушить. А экранированный объект с проводной экранированной связью - абсолютно надежно защищен. Даже эл.магн. импульс от ядерного взрыва экранированному нипочем.
          1. 528Obrp 9 октября 2013 11:03
            Ну это вы зря. С какой частотой должны следовать эти флуктуации?
            Есть время релаксации прецессирующего элемента, кроме того При какой напряженности магнитного поля производились измерения? Ну а самое главное попади этот гироскоп в район магнитки.......магнитное поле очень трудно экранировать, нужны устройства которые его будут компенсировать
            Цитата: vvvvv (3
            Даже эл.магн. импульс от ядерного взрыва экранированному нипочем.
            а какой в этом смысл? Ведь другое оборудование в пепел!
            1. vvvvv 9 октября 2013 13:25
              Трудно создать такой импульс, который нельзя экранировать. Техника и электроника работает даже в условиях ядерного взрыва... А в космосе вообще атмосфера не защищает от всех возможных излучений, но ведь все работает!
              Все необходимое для защиты оборудование экранируется.
              1. 528Obrp 9 октября 2013 15:30
                Назовите пожалуйста технику которая работает в
                Цитата: vvvvv
                даже в условиях ядерного взрыва

                Цитата: vvvvv
                Трудно создать такой импульс, который нельзя экранировать.

                наоборот.
                Вы слышали об отказе техники при магнитных бурях? А это песчинка в пылевой буре.
                При ядерном взрыве экран просто испарится. Мощные импульсы не экранируются, а шунтируются (молниеотвод то-же своего рода шунт). Электромагнитная энергия проникает по кабелям питания, по радиочастотным фидерам, по болтикам и гаечкам, имеющим другое волновое сопротивление, наконец по острым выступающим частям. Защита (шунтирование) возможна но очень дорога. Элементы шунтирования - разрядные элементы, варисторы и различного типа ОПНы (ограничители перенапряжения). Условия хорошей работы этой защиты заземление, там где его нет - мощная шина (чтобы не испарилась) общего провода. Все это очень дорого

                Магнитное поле вообще не экранируется (природа у него такая), его можно только компенсировать. Это в качестве ликбеза.
                1. Growler 9 октября 2013 15:45
                  Цитата: 528Obrp
                  Назовите пожалуйста технику которая работает в
                  Цитата: vvvvv
                  даже в условиях ядерного взрыва

                  Цитата: vvvvv
                  Трудно создать такой импульс, который нельзя экранировать.

                  наоборот.
                  Вы слышали об отказе техники при магнитных бурях? А это песчинка в пылевой буре.
                  При ядерном взрыве экран просто испарится. Мощные импульсы не экранируются, а шунтируются (молниеотвод то-же своего рода шунт). Электромагнитная энергия проникает по кабелям питания, по радиочастотным фидерам, по болтикам и гаечкам, имеющим другое волновое сопротивление, наконец по острым выступающим частям. Защита (шунтирование) возможна но очень дорога. Элементы шунтирования - разрядные элементы, варисторы и различного типа ОПНы (ограничители перенапряжения). Условия хорошей работы этой защиты заземление, там где его нет - мощная шина (чтобы не испарилась) общего провода. Все это очень дорого

                  Магнитное поле вообще не экранируется (природа у него такая), его можно только компенсировать. Это в качестве ликбеза.

                  Если войска США приблизятся к нашим границам - взорвем 200Мт термоядерную бомбу над Россией, чтобы выжечь всю электронику врага...
                  Growler
                  1. 528Obrp 9 октября 2013 16:00
                    Цитата: Growler
                    Если войска США приблизятся к нашим границам - взорвем 200Мт термоядерную бомбу над Россией, чтобы выжечь всю электронику врага.

                    Ну да. Вы то хоть поняли, что нарисовано на картинке, сумлеваюсь я однако.
                    Если поняли (большая удача! см. последний пост про лазерный магнитометр)
                    Если нет могу объяснить, мне не трудно для хорошего человека.
                    Только все это 70е годы прошлого века, как то так.
                    1. Growler 9 октября 2013 16:19
                      Цитата: 528Obrp
                      Ну да. Вы то хоть поняли, что нарисовано на картинке, сумлеваюсь я однако.

                      Куда уж мне...
                      Цитата: 528Obrp
                      Если поняли (большая удача!

                      laughing
                      Цитата: 528Obrp
                      Если нет могу объяснить, мне не трудно для хорошего человека.

                      Буду рад почитать.
                      Цитата: 528Obrp
                      Только все это 70е годы прошлого века, как то так.

                      Так в Northrop Grumman кретины работают?
                      Growler
                      1. 528Obrp 9 октября 2013 16:26
                        смотри ниже.
                2. vvvvv 10 октября 2013 00:24
                  Можно нагуглить:
                  -"Материалы для защиты от магнитных полей промышленной частоты и от электромагнитных полей радиочастотного диапазона"
                  -"магнитное экранирование"

                  Вы уверены, что можно вообще как-то генерировать чисто магнитное большое поле, а не электромагнитное?! Имеется в виду на значительном расстоянии. Ведь проще тогда вообще подойти и разбить врагу что-то молотком. И ядерный взрыв вблизи объекта, испаряющий защиту - тоже не уместный пример. Зачем говорить тогда про эл.магн. импульс, если собираться испарить все ядерным взрывом вблизи?! И ЯО не всегда применимо. Даже США в доктрине его заменили на "глобальный удар" высокоточнм неядерным оружием. Т.е. с учетом всего этого и всяких БПЛА, роботов и т.д., тема защиты и атаки на электронику и т.п. становится актуальной. Читал даже материалы, где США паникуют, что их электроника не защищена экранированием и что на это нужны большие траты, т.к. при взрыве над территорией США определенных мегатонн вся незащищенная электроника вырубится. Т.е. и отсюда ясно, что такая защита применяется.
                  И РЭБ ведь тоже применяется на расстоянии и это не ЯО.
                  Вот хороший материал по теме: К. Копп. Электронная бомба - оружие электрического массового поражения.
                  Еще: Клетка Фарадея — устройство для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала.
                  Принцип работы клетки Фарадея очень простой — при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле.
                  Клетка Фарадея защищает только от электрического поля. Статическое магнитное поле будет проникать внутрь. Изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое. Поэтому если с помощью клетки Фарадея блокируется изменяющееся электрическое поле, то изменяющееся магнитное поле генерироваться также не будет.
                  Однако в области высоких частот действие такого экрана основано на отражении электромагнитных волн от поверхности экрана и затухании высокочастотной энергии в его толще вследствие тепловых потерь на вихревые токи.
                  Кстати, я сам одумал про вихревые токи и отсутствие необходимости заземления - и погуглил "защита от Электромагнитный импульс вихревые токи" - нашел про клетку Фарадея, где описан механизм защиты.
      2. Комментарий был удален.
    3. одинокий 9 октября 2013 11:41
      да.работают и умеют вкладывать деньги в науку.

      на это никакая реформа не нужна. вкладывай в науку деньги и получай результаты
  2. nemec55 9 октября 2013 08:11
    О чем это они??????
    1. Canep 9 октября 2013 08:23
      А что такое ЯМР? Ядерный магнитный резонанс или что то другое?
    2. bootlegger 9 октября 2013 08:55
      О том, что традиционные механизированные гироплатформы будут не нужны.
      1. niksup 9 октября 2013 15:29
        ":)" - единственное что приходит на ум при прочтении такого комментария. Если серьезно, то теоретически доказано и подтверждено практикой - при равных (эквивалентных) точностях чувствительных элементов (гироскопов/ДУС и акселерометров) БИНС всегда будет грубее платформенной ИНС. Другое дело, что есть уже платформенные ИНС размером чуть больше теннисного шарика.
        niksup
  3. niksup 9 октября 2013 08:22
    Исследований в области "атомных" гироскопов, конечно, ведется много, в том числе и у нас, но вот пока не появится реальных образцов, с точностями, подтвержденными испытаниями, в том числе и в жестких условиях применения, все это пустые слова.
    И даже изготовив такой гироскоп, вопрос в том сколько он будет стоить, и целесообразно ли его ставить на малый БПЛА.
    niksup
    1. Orel 9 октября 2013 08:38
      И даже изготовив такой гироскоп, вопрос в том сколько он будет стоить, и целесообразно ли его ставить на малый БПЛА.


      У нас всегда об одном. Зачем ботинки, будем в сапогах ходить, зачем современные ткани для теплого обмундирования, есть же бушлаты. Такая позиция нас до добра не доведет. Фундаментальные исследования всегда дороги и в них мало прикладного, но прогресс не останавливается и добытые фундаментальные знания становятся основой для новых технологий, которые приходят в нашу жизнь, в том числе и в армию. Надо не искать недостатки, а работать над новыми областями знаний, в том числе и в военной сфере...
      1. maxvet 9 октября 2013 09:42
        Цитата: Orel
        У нас всегда об одном

        По моему Вы прочитали в комменте niksup только последний абзац.А насчет стоимости так он совершенно верно заметил
        maxvet
      2. niksup 9 октября 2013 15:23
        Не надо передергивать.
        Где я написал о том, что этими разработками не надо заниматься? Я лишь говорю, что нужно здраво оценивать необходимость затрат на разработку и внедрение таких вещей. Лучшее враг хорошего. А к чему привели попытки быть первыми во всем - видно до сих пор.
        Да, точные гироскопы это хорошо, но это не значит, что без дополнительной коррекции мы получим вундервафлю. Если речь о гражданском применении то тут спутник, стоит дешево, результат в купе с дешевой инерциалкой (да хоть с датчиками, которые стоят в любом телефоне) - ок. Если мы говорим про военных, то автономная ИНС не позволяет в принципе решать задачи ВТО.
        niksup
    2. Growler 9 октября 2013 13:43
      Цитата: niksup
      Исследований в области "атомных" гироскопов, конечно, ведется много, в том числе и у нас, но вот пока не появится реальных образцов, с точностями, подтвержденными испытаниями, в том числе и в жестких условиях применения, все это пустые слова.

      Когда появятся — поздно будет...
      Цитата: niksup

      И даже изготовив такой гироскоп, вопрос в том сколько он будет стоить, и целесообразно ли его ставить на малый БПЛА.

      Дешевле ориентироваться по звездам.
      Growler
    3. Growler 9 октября 2013 13:50
      Цитата: niksup
      Исследований в области "атомных" гироскопов, конечно, ведется много, в том числе и у нас

      Ссылку на наши исследования не скините? Или очень секретно?
      Growler
      1. niksup 9 октября 2013 15:25
        Да есть тут товарищи занимающиеся квантовыми гироскопами. Только вот серьезного отношения к их исследованиям я не заметил. На конференциях выступают. Ссылок к сожалению у меня нет, но в инете рефераты докладов думаю лежат
        niksup
        1. Growler 9 октября 2013 15:53
          Цитата: niksup
          Да есть тут товарищи занимающиеся квантовыми гироскопами. Только вот серьезного отношения к их исследованиям я не заметил. На конференциях выступают. Ссылок к сожалению у меня нет, но в инете рефераты докладов думаю лежат

          Наверное направление неперспективное? Написали бы тогда письмо в Northrop Grumman, чтобы зря время не тратили...
          Growler
          1. niksup 9 октября 2013 16:13
            Может и перспективное. Только в таких вопросах лучше быть прагматичным. Пальма первенства в создании сложных устройств не значит почти ничего. Престиж - да, но цена его слишком велика. Лучше подождать год-два и не наступать на грабли. Верно выше подметили, что у нас с лазерными гироскопами только начали работать. Пусть для начала они окупятся (их разработка). Все равно до реального внедрения этих гироскопов пройдет лет 15.
            niksup
      2. 528Obrp 9 октября 2013 16:24
        Это не ссылка, а кое что покруче
        спользуют так называемый эффект Зеемана. Aтомы, обладающие магнитным моментом, при попадании в магнитное поле приобретают дополнительную энергию, частота излучения которой пропорциональна полному вектору магнитной индукции этого поля в точке наблюдения. Чувствительным элементом магнитометра является сосуд, в котором имеются пары цезия, рубидия или гелия. В результате вспышки монохроматического света (метод оптической накачки) электроны паров переводятся с одного энергетического подуровня на другой. Возвращение их на прежний уровень после окончания накачки сопровождается излучением энергии с частотой, пропорциональной величине магнитного поля.

        В данном случае величину магнитного поля задает катушка, посмотрите на рисунок. Разработано в конце 70х (могу ошибиться) внедрено в 80х
        1. Growler 9 октября 2013 16:53
          Цитата: 528Obrp
          Это не ссылка, а кое что покруче
          спользуют так называемый эффект Зеемана. Aтомы, обладающие магнитным моментом, при попадании в магнитное поле приобретают дополнительную энергию, частота излучения которой пропорциональна полному вектору магнитной индукции этого поля в точке наблюдения. Чувствительным элементом магнитометра является сосуд, в котором имеются пары цезия, рубидия или гелия. В результате вспышки монохроматического света (метод оптической накачки) электроны паров переводятся с одного энергетического подуровня на другой. Возвращение их на прежний уровень после окончания накачки сопровождается излучением энергии с частотой, пропорциональной величине магнитного поля.

          В данном случае величину магнитного поля задает катушка, посмотрите на рисунок. Разработано в конце 70х (могу ошибиться) внедрено в 80х


          На устройстве нет маркировки, как Вы определили что внутри?
          Версия картинки в высоком разрешении(3000X2400).
          http://media.globenewswire.com/cache/189/hires/8379.jpg

          Выходит Northrop Grumman обманывает людей в своих пресс-релизах?
          http://www.irconnect.com/noc/press/pages/news_releases.html?d=194277
          Growler
          1. 528Obrp 9 октября 2013 17:03
            Что вам этот Northrop Grumman!!!!
            Чтобы о чем то говорить нужно быть в теме!
            Для начала возьмите в нете описание М33 (я находил даже по болтикам разрисовку)
            Там даже типы поляризационных фильтров указаны. Этот эффект изучен очень давно. Создана масса приборов. От магнитометров, гироскопов до газовых хроматографов.
            Нет сейчас нового ничего. Все что выдается за новое это работа дизайнеров и технологов с переносом на новую элементную базу. И в Штатах и Германии и В России все эти вещи известны их преимущества и недостатки.

            http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1161636&uri=page16.html прочтите
          2. 528Obrp 9 октября 2013 17:19
            Цитата: Growler
            На устройстве нет маркировки, как Вы определили что внутри?

            Посмешили. Я смотрю схему которая выше. А там я вижу лазер накачки, поляризующие фильтры, катушку которая создает эталонное магнитное поле, объм активного вещества не которое работает лазер накачки и приемник лазерного излучения. Как все работает написано ниже, и где описание ЯМР
            1. Growler 10 октября 2013 00:21
              Цитата: 528Obrp
              Цитата: Growler
              На устройстве нет маркировки, как Вы определили что внутри?

              Посмешили. Я смотрю схему которая выше. А там я вижу лазер накачки, поляризующие фильтры, катушку которая создает эталонное магнитное поле, объм активного вещества не которое работает лазер накачки и приемник лазерного излучения. Как все работает написано ниже, и где описание ЯМР

              На схеме выше показана экспериментальная установка компании Northrop Grumman, которая использовалась для разработки субатомных гироскопов.
              Если бы Вы внимательно читали, то увидели бы, что верхняя схема подписана имеено так, как я написал выше.
              Growler
              1. 528Obrp 10 октября 2013 06:52
                Уффф.... даю ссылку
                Цитата: Growler
                Northrop Grumman,

                Цитата: Growler
                Northrop Grumman
                . Да ужжж. Ибо оно как то так:
                http://femto.com.ua/articles/part_2/4816.html

                и список литературы
                ит.: Малеев П. И., Новые типы гироскопов, Л., 1971; Померанцев Н. М., Рыжков В. М., Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой магнитометрии, М., 1972; Курицки М. М., Голдстайн М. С., Инерциальная навигация, [пер. с англ.], "ТИИЭР", 1983, т. 71, № 10, с. 47; Woodman К. F., Franks P. W., Richards M. D., The nuclear magnetic resonance gyroscope: a review, "J. of Navigation", 1987, v. 40, № 3, p. 366.

                A. H. Шелаев.
  4. патриот2 9 октября 2013 09:26
    Неплохо, а что об этом думает наш цвет учёной мысли в ОПК? Неплохо бы перенять и внедрить...
    патриот2
  5. nod739 9 октября 2013 09:33
    Цитата: Orel
    У нас всегда об одном. Зачем ботинки, будем в сапогах ходить, зачем современные ткани для теплого обмундирования, есть же бушлаты. Такая позиция нас до добра не доведет. Фундаментальные исследования всегда дороги и в них мало прикладного, но прогресс не останавливается и добытые фундаментальные знания становятся основой для новых технологий, которые приходят в нашу жизнь, в том числе и в армию. Надо не искать недостатки, а работать над новыми областями знаний, в том числе и в военной сфере...


    поддерживаю,
    добавлю
    причем даже если 9 из 10 исследований окажутся тратой денег и сил. то как раз 10я может дать если не прорыв, то достойное применение в народном хозяйстве
    1. 528Obrp 9 октября 2013 15:53
      Цитата: nod739
      причем даже если 9 из 10 исследований окажутся тратой денег и сил.

      Ага, а потом Чубайса к стенке. И повод как бы реальный.
  6. Nayhas 9 октября 2013 09:37
    У нас только навигационные системы на лазерных гироскопах стали на самолёты ставить, а они уже ЯМР-гироскопы разработали...
  7. Averias 9 октября 2013 09:53
    Не вдаваясь в подробности, у нас похожее(уточняю, похожее) есть, причем давно разработали. А вот используют или нет, не знаю. Вроде как, на "Шквалах", подобные штуки стоят. Любят они там похвалиться раньше времени. От прототипа, до реального применения часто не доходит. Во всех странах, всё путное секретят. А тут, с чего бы. А вот то что мозги работают, это да, это молодцы. Хотя, интересно бы имена ученых озвучить. Терзают меня смутные сомнения.......
    1. 528Obrp 9 октября 2013 10:41
      ЯМР - ядерный магнитный резонанс. На пальцах очень упрощенно: любой протон в магнитном поле ведет себя как колеблющийся раскрученный волчёк (юла) (прецессирует). Частота его прецессии пропорциональна величине магнитного поля. Эффект открыт давно. На базе этого эффекта работают томографы, спектрометры и магнитометры (много чего). Наибольшее распространение в 80х годах в СССР получили магнитометры МП203 (протонный).
      Вокруг протонсодержащего вещества наматывается катушка по ней пропускается ток переменной частоты и на приемной катушке измеряется напряжение. В момент наступления резонанса это напряжение резко меняется. Например частота прецессии водорода в магнитном поле земли около 2.5 кГц

      Изменение угла поляризации луча лазера при прохождении паров металл то-же в зависит магнитного поля. Применение - в тех же 80х магнитометр М33 (квантовый)

      Относительно прецессии нейтронов ничего не знаю.
  8. Комментарий был удален.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня