Horoscopo
Experimento láser de casi 50 metros establece récord en pasillo de universidad
Se envía un láser por un pasillo de la UMD en un experimento para atrapar la luz mientras viaja 45 metros. Crédito: Laboratorio de Interacciones Láser-Materia Intensas, UMD
No todas las universidades tienen pulsos de láser lo suficientemente potentes como para quemar papel y piel en un pasillo. Pero eso es lo que sucedió en el Centro de Investigación de Energía de la UMD, un edificio de aspecto anodino en la esquina noreste del campus. Si ahora visita el cuarto de servicio blanco y gris, se parece a cualquier otro salón de la universidad, siempre que no mire detrás de un tablero de corcho y vea la placa de metal que cubre un agujero en la pared.
Pero durante algunas noches en 2021, el profesor de física de la UMD Howard Milchberg y sus colegas transformaron el pasillo en un laboratorio: las superficies brillantes de las puertas y una fuente de agua se cubrieron para evitar un resplandor potencialmente cegador; los pasillos de conexión estaban bloqueados con letreros, cinta adhesiva y láser– cortinas negras absorbentes; y el equipo científico y los cables habitaban un espacio para caminar normalmente abierto.
Mientras los miembros del equipo realizaban su trabajo, un fuerte chasquido los alertó sobre el camino peligrosamente poderoso que el láser estaba trazando por el pasillo. A veces, el viaje del rayo terminaba en un bloque de cerámica blanca, llenando el aire con estallidos más fuertes y un sabor metálico. Cada noche, un investigador se sentaba solo frente a una computadora en el laboratorio adyacente con un walkie-talkie y realizaba los ajustes láser solicitados.
Sus esfuerzos fueron transfigurar temporalmente el aire delgado en una fibra cable óptico-o, más precisamente, un aire guiaondas– que guiaría la luz a lo largo de decenas de metros. Al igual que uno de los cables de Internet de fibra óptica que proporcionan autopistas eficientes para los flujos de datos ópticos, una guía de ondas aérea prescribe un camino para la luz.
Estas guías de ondas aéreas tienen muchas aplicaciones potenciales relacionadas con la recolección o transmisión de luz, como la detección de luz emitida por la contaminación atmosférica, la comunicación láser de largo alcance o incluso las armas láser. Con una guía de ondas de aire, no hay necesidad de desenrollar un cable sólido y preocuparse por las tensiones de la gravedad; en cambio, el cable se forma rápidamente sin soporte en el aire.
En un artículo aceptado para su publicación en la revista Exploración física X el equipo describió cómo establecieron un récord al guiar la luz a través de guías de ondas de aire de 45 metros de largo y explicaron la física detrás de su método.
Los investigadores llevaron a cabo su alquimia atmosférica sin precedentes durante la noche para evitar incomodar (o zapping) a colegas o estudiantes desprevenidos durante la jornada laboral. Tenían que aprobar sus procedimientos de seguridad antes de poder reasignar el pasillo.
«Fue una experiencia verdaderamente única», dice Andrew Goffin, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática de la UMD que trabajó en el proyecto y es autor principal del artículo de revista resultante. «Hay mucho trabajo relacionado con disparar láseres fuera del laboratorio con el que no tienes que lidiar cuando estás en el laboratorio, como poner cortinas para la seguridad de los ojos. Fue realmente agotador».
Todo el trabajo consistía en ver hasta dónde podían llevar la técnica. Anteriormente, el laboratorio de Milchberg había demostrado que un método similar funcionaba para distancias inferiores a un metro. Pero los investigadores se encontraron con un obstáculo al extender sus experimentos a decenas de metros: su laboratorio es demasiado pequeño y mover el láser no es práctico. Así, un hueco en la pared y un pasillo se convierten en un espacio de laboratorio.
«Hubo grandes desafíos: la gran escala de hasta 50 metros nos obligó a reconsiderar la física fundamental de la generación de guías de ondas en el aire, además de querer enviar un láser de alta potencia descender por un corredor público de 50 metros de largo genera naturalmente importantes problemas de seguridad”, dice Milchberg. “Afortunadamente, hemos tenido una excelente cooperación de los físicos y la Oficina de Seguridad Ambiental de Maryland.
Sin cables de fibra óptica ni guías de ondas, un Rayo de luz– ya sea desde un láser o una linterna – se expandirá continuamente a medida que se mueve. Si se permite que se propague sin control, la intensidad de un haz puede caer a niveles innecesarios. Ya sea que esté intentando recrear un blaster láser de ciencia ficción o detectar niveles de contaminantes en la atmósfera bombeándolos con energía con un láser y capturando la luz emitida, vale la pena entregar una luz eficiente y enfocada.
La solución potencial de Milchberg para este desafío de mantener la luz confinada es la luz suplementaria, en forma de pulsos de láser ultracortos. Este proyecto se basó en un trabajo anterior de 2014 en el que su laboratorio demostró que podían usar esos pulsos de láser para tallar guías de ondas en el aire.
Distribución de la luz láser recogida después de la trayectoria del corredor sin guía de ondas (izquierda) y con guía de ondas (derecha). Crédito: Laboratorio de Interacciones Láser-Materia Intensas, UMD
La técnica de pulso corto utiliza la capacidad de un láser para entregar una intensidad tan alta a lo largo de un camino, llamado filamento, que crea un plasma, una fase de la materia donde los electrones han sido despojados de sus átomos. Esta ruta de energía calienta el aire, por lo que se expande y deja una ruta de aire de baja densidad en la estela del láser. Este proceso es como una versión diminuta de relámpagos y truenos donde la energía del relámpago convierte el aire en un plasma que expande el aire de forma explosiva, creando el trueno; los estallidos que escucharon los investigadores a lo largo del camino del rayo eran los primos diminutos del trueno.
Pero estas trayectorias de filamentos de baja densidad por sí solas no eran lo que el equipo necesitaba para guiar un láser. Los investigadores querían un núcleo de alta densidad (igual que los cables de fibra óptica de Internet). Entonces crearon una disposición de varios túneles de baja densidad que se difunden naturalmente y se fusionan en un foso que rodea un núcleo más denso de aire no perturbado.
Los experimentos de 2014 utilizaron una disposición establecida de solo cuatro filamentos de láser, pero el nuevo experimento aprovechó una nueva configuración de láser que aumenta automáticamente la cantidad de filamentos en función de la energía del láser; los filamentos se distribuyen naturalmente alrededor de un anillo.
Los investigadores demostraron que la técnica podría extender la longitud de la guía de ondas de aire, aumentando la potencia que podrían entregar a un objetivo en el pasillo. Al final de la trayectoria del láser, la guía de ondas había retenido alrededor del 20 % de la luz que, de otro modo, se habría perdido en el área objetivo. La distancia fue unas 60 veces mayor que su registro de experimentos anteriores. Los cálculos del equipo sugieren que aún no están cerca del límite teórico de la técnica, y dicen que en el futuro deberían lograrse fácilmente eficiencias de guía mucho más altas con el método.
«Si tuviéramos un corredor más largo, nuestros resultados muestran que podríamos haber ajustado el láser para una guía de ondas más larga», dice Andrew Tartaro, un estudiante graduado de física de la UMD que trabajó en el proyecto y es uno de los autores del artículo. «Pero tenemos nuestra guía solo para el pasillo que tenemos».
Los investigadores también llevaron a cabo pruebas más cortas de ocho metros en el laboratorio donde estudiaron con más detalle la física que se desarrolla en el proceso. Para la prueba más corta, lograron entregar alrededor del 60% de la luz potencialmente perdida a su objetivo.
El estallido de la formación de plasma se puso en práctica en sus pruebas. Además de ser una indicación de dónde estaba el rayo, también proporcionó datos a los investigadores. Usaron una línea de 64 micrófonos para medir la longitud de la guía de ondas y la fuerza de la guía de ondas a lo largo de su longitud (más energía para hacer la guía de ondas se traduce en un ruido más fuerte).
El equipo descubrió que la guía de ondas solo duró unas pocas centésimas de segundo antes de disiparse en el aire. Pero es una eternidad para las ráfagas de láser que le enviaron los investigadores: la luz puede viajar más de 3.000 km durante este período.
Basándose en lo que los investigadores aprendieron de sus experimentos y simulaciones, el equipo está planificando experimentos para mejorar aún más la longitud y la eficiencia de sus guías de ondas. También planean guiar diferentes colores de luz e investigar si una tasa de repetición de pulso de filamento más rápida puede producir una guía de ondas para canalizar un haz continuo de alta potencia.
«Alcanzar la escala de 50 metros para las guías de ondas en el aire literalmente abre el camino a guías de ondas aún más largas y muchas aplicaciones», dice Milchberg. «Con base en los nuevos láseres que recibiremos pronto, tenemos la receta para extender nuestras guías a una milla y más allá».
Más información:
A. Goffin et al, Guía óptica en guías de ondas de aire a escala de 50 metros, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2208.04240. (artículo aceptado para publicación en la revista Exploración física X)
Proporcionado por
Universidad de Maryland
Cotizar: Experimento con láser de casi 50 metros establece un récord en el pasillo de la universidad (19 de enero de 2023) Recuperado el 20 de enero de 2023 de https://phys.org/news/2023-01-meter-laser-university-hallazgo.html
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Europa Clipper “GO” para su lanzamiento
La NASA y SpaceX lanzarán la nave espacial Europa Clipper a la luna Europa de Júpiter el lunes 14 de octubre de 2024, después de días de retrasos causados por los impactos del huracán Milton en su sitio de lanzamiento de Florida.
Europa Clipper, una misión emblemática de 5 mil millones de dólares a una luna helada de Júpiter, está actualmente programada para despegar a las 12:06 p. m. EDT (4:06 p. m. GMT) desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida durante una pequeña ventana de lanzamiento de 15 segundos. Hay un 95% de posibilidades de que haga buen tiempo en el momento del lanzamiento, dijeron funcionarios de la Fuerza Espacial. Lea nuestra guía completa para saber cuándo y cómo ver el lanzamiento de Europa Clipper.
Inicialmente, la NASA esperaba lanzar Europa Clipper el 10 de octubre, pero decidió con SpaceX, que lanzará la sonda en un cohete Falcon Heavy, retrasar el lanzamiento la semana pasada a medida que se acercaba el huracán Milton. El sábado 12 de octubre, el centro espacial reabrió sus puertas y el Falcon Heavy que transportaba la sonda regresó a la plataforma de lanzamiento el domingo.
Europa Clipper está diseñado para llegar al sistema de Júpiter en abril de 2030 y pasar cuatro años sobrevolando de cerca Europa, uno de los lugares más prometedores de nuestro sistema solar para la búsqueda de vida más allá de la Tierra. La característica dominante de Europa es su vasto océano salado encerrado bajo una gruesa corteza de hielo, de la que a veces se escapa en grandes columnas de agua.
Los científicos de la NASA utilizarán los instrumentos de Europa Clipper para comprender mejor qué tan habitable puede ser Europa.
En este espacio, incluiremos las últimas actualizaciones de lanzamiento y misión de Europa Clipper durante su largo viaje a Júpiter. ¡Vuelve el 14 de octubre para ver la cobertura en vivo del lanzamiento!
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MILÁN – Vast Space ha revelado el diseño de la estación espacial que planea proponer a la NASA en la siguiente fase del programa de la agencia para desarrollar sucesores comerciales de la Estación Espacial Internacional.
La compañía describió sus planes para la estación Haven-2 en un comunicado programado para la inauguración del Congreso Astronáutico Internacional el 14 de octubre, describiendo cómo desplegará la estación en segmentos a partir de finales de la década de 2020.
Hasta ahora, Vast se ha centrado en Haven-1, la estación de un solo módulo que planea lanzar en la segunda mitad de 2025 para albergar hasta cuatro misiones de corta duración. Sin embargo, la compañía ha dejado claro que su intención es competir por la segunda fase del programa Commercial Low Earth Orbit Destinations (CLD) de la NASA como parte de los esfuerzos de transición de la agencia a la ISS.
«Nuestros competidores han presentado planes de lo que planean hacer, y Vast sólo mostró Haven-1», dijo en una entrevista Max Haot, director ejecutivo de Vast. «Esta es realmente la primera vez que explicamos lo que planeamos hacer».
Haven-2 comenzará con un único módulo lanzado en un Falcon Heavy a partir de 2028. El módulo se basará en Haven-1 pero será cinco metros más largo y tendrá el doble de volumen utilizable que Haven-1, y también tendrá un estación de acoplamiento. puertos en cada extremo.
El lanzamiento de este primer módulo en 2028 garantizaría la superposición con la ISS, señaló, y protegería contra eventos como una retirada temprana de Rusia de la asociación con la ISS que podría impedir que la ISS funcione hasta 2030 según los planes actuales de la NASA.
Luego, Vast planea lanzar tres módulos adicionales con aproximadamente seis meses de diferencia en 2029 y 2030. Los módulos se vincularán entre sí en línea. Los módulos serán efectivamente idénticos entre sí pero estarán equipados con diferentes instalaciones de laboratorio. Vast también utilizará este tiempo para actualizar el sistema de soporte vital inicial de circuito abierto de la estación a un sistema de circuito cerrado para cuando el cuarto módulo esté en su lugar.
La siguiente fase del desarrollo de la estación implicará el lanzamiento de un módulo central más grande, de siete metros de diámetro, en una nave espacial SpaceX en 2030. Los cuatro módulos existentes se separarán entre sí y se conectarán a cuatro puertos separados del nuevo módulo central en 2030. forma de cruz. Habrá un puerto de atraque adicional, así como un puerto de atraque separado y un brazo robótico para los vehículos visitantes que no pueden atracar de forma autónoma.
El módulo base también incluirá una esclusa de aire para caminatas espaciales o EVA. «Este no es actualmente un requisito CLD conocido», dijo Haot sobre la esclusa de aire, «pero creemos que la nación debería conservar la capacidad de probar trajes espaciales y realizar EVA en órbita terrestre baja».
Luego, Vast planea lanzar cuatro módulos adicionales que se adjuntarán a los cuatro módulos originales. Nuevamente se basarán en el mismo diseño que los cuatro primeros, pero dos tendrán características especiales. Uno tendrá una cúpula de 3,8 metros de diámetro, significativamente más grande que la de la ISS, y otro tendrá soportes de carga externos y una esclusa de aire como las del módulo Kibo de la ISS.
“En ese momento será más capaz que la ISS”, dijo sobre la estación Haven-2 cuando esté terminada en 2032, “y esperamos que sea más eficiente que cualquier cosa que China y Rusia tengan en órbita en el momento. tiempo.»
Si bien Vast dependerá de Starship y Falcon Heavy de SpaceX para lanzar los módulos Haven-2, no dependerá de la nave espacial Crew Dragon. La estación Haven-1 de una sola cápsula utilizará Crew Dragon para algunas capacidades de supervivencia, pero Haot dijo que estas serán manejadas por los sistemas de las cápsulas Haven-2.
«Si otros vehículos son más atractivos o igual de atractivos comercialmente», dijo sobre los vehículos de transporte de tripulaciones, «definitivamente estamos abiertos a ellos». Añadió que la NASA podría exigir que las empresas CLD apoyen tanto a Crew Dragon como al Starliner de Boeing u otros vehículos tripulados comerciales futuros y no dependan de la nave espacial de una sola empresa.
Vast también cede a la NASA la órbita en la que se ubicará Haven-2. Además, aunque Vast ha expresado interés en desarrollar estaciones espaciales giratorias capaces de proporcionar gravedad artificial, no hay planes para esta capacidad en Haven-2. “Haven-2 está realmente diseñado para la NASA como cliente principal, y los requisitos de la NASA son lo opuesto a la gravedad artificial. Es un laboratorio de microgravedad en el espacio.
Este enfoque en la NASA se basa en las perspectivas a corto plazo de los clientes de Haven-2. Haot dijo que la compañía ve potencial a largo plazo en aplicaciones comerciales como la fabricación en el espacio farmacéutico o de semiconductores, pero no está claro cuánto tiempo tomará para que surjan esos mercados. Otros segmentos de clientes incluyen otras agencias espaciales nacionales y astronautas privados.
«Creemos que con la NASA como nuestro principal cliente», dijo, junto con empresas y otras agencias espaciales, «podemos convertirnos en un negocio rentable».
Ganar un premio CLD de fase dos de la NASA, que implica competir contra Axiom Space, Orbital Reef y Starlab Space liderados por Blue Origin, todos los cuales recibieron acuerdos de financiación de la NASA en la primera fase del programa, es esencial para Haven-2, dijo. dicho. . «Asumimos que estamos totalmente comprometidos a ganar la CLD».
Actualización de Haven-1
El anuncio de Haven-2 se produce días después de que la compañía proporcionara una actualización sobre Haven-1. Vast presentó diseños para el interior del módulo, llamándolo «diseño industrial centrado en el ser humano» que «introduce nuevas y audaces dimensiones de creatividad y eficiencia».
“Los astronautas que viven en gravedad cero plantean desafíos de diseño únicos. Crear un entorno que sea a la vez altamente eficiente y naturalmente reconfortante conduce a resultados completamente nuevos”, dijo Peter Russell-Clarke, el diseñador que dirigió el trabajo en el diseño interior de Haven-1. «Los interiores de Haven-1 son incomparables, están diseñados con precisión y sensibilidad para garantizar que sus ocupantes puedan prosperar en el espacio».
Estos elementos de diseño incluyen una ventana tipo cúpula de 1,1 metros, un nuevo sistema de ejercicios, un área común de usos múltiples y el uso de «listones de chapa de madera de arce resistentes al fuego y de seguridad probada» como parte de la decoración del módulo. La compañía dijo que también ha desarrollado un “sistema de sueño exclusivo pendiente de patente” para proporcionar presión personalizada a los astronautas para garantizar un sueño reparador.
Este esfuerzo de diseño fue guiado por personas como el ex astronauta de la NASA Drew Feustel. «Desde la comunicación y la conectividad hasta el espacio privado y la interacción con otras personas a bordo», dijo en el comunicado, «cada detalle ha sido diseñado con la experiencia del astronauta en el centro de nuestro trabajo».
Haot dijo en la entrevista que la compañía todavía está en camino de lanzar Haven-1 en la segunda mitad de 2025. También señaló que Vast habrá invertido alrededor de mil millones de dólares para cuando lance su primera tripulación a la estación, dentro de unos meses. más tarde. el lanzamiento de Haven-1, una combinación de capital proporcionado por su fundador, Jed McCaleb, así como ingresos de los clientes.
Dijo que la compañía planea aprovechar esta inversión para Haven-2. «Es muy importante tener continuidad en Haven-2 para garantizar que Haven-2 sea económico, pueda construirse rápidamente, pero también esté en órbita lo antes posible», dijo Haot.
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«Aterrizamos con una precisión de medio centímetro en el océano, por lo que creemos que tenemos una posibilidad razonable de regresar a la torre», dijo Gerstenmaier.
Lanzar el libro de jugadas
Mientras tanto, la etapa superior del Starship encenderá seis motores Raptor para acelerar a una velocidad casi orbital, dándole al cohete suficiente empuje para viajar alrededor de la mitad del mundo antes de volver a caer en la atmósfera sobre el Océano Índico.
Es una trayectoria similar a la que Starship voló en junio, cuando sobrevivió a una reentrada en llamas para un aterrizaje controlado en el agua. Esta fue la primera vez que SpaceX realizó un vuelo de prueba de un extremo a otro para Starship. Las cámaras a bordo mostraron fragmentos del escudo térmico cayendo del Starship cuando reingresaba a la atmósfera, pero el vehículo mantuvo el control y volvió a encender sus motores Raptor, cambió de una orientación horizontal a una vertical y se encuentra en el Océano Índico al noroeste de Australia. .
Después de analizar los resultados de la misión de junio, los ingenieros de SpaceX decidieron reelaborar el escudo térmico del próximo vehículo Starship. La compañía dijo que sus técnicos dedicaron más de 12.000 horas a reemplazar todo el sistema de protección térmica con tejas de nueva generación, una capa ablativa de respaldo y protecciones adicionales entre las estructuras de los flaps del barco.
De principio a fin, se espera que el vuelo de prueba del domingo dure aproximadamente 1 hora y 5 minutos.
Este diagrama ilustra el camino que tomará el propulsor Super Heavy para regresar a la plataforma de lanzamiento en Texas, mientras la etapa superior de Starship continúa su ascenso hacia el espacio.
Crédito: SpaceX
Aquí hay un vistazo a los eventos clave del vuelo del domingo:
• T+00:00:02: Despegar
• T+00:01:02: Presión aerodinámica máxima
• T+00:02:33: Super Heavy MECO (la mayoría de los motores se apagan)
• T+00:02:41: Separación de etapas y encendido de motores Starship.
• T+00:02:48: Arranque de combustión superintensiva con boost-back
• T+00:03:41: Apagado de combustión superintensivo con boost-back
• T+00:03:43: Lanzar un anillo de puesta en escena caliente
• T+00:06:08: Super Heavy es subsónico
• T+00:06:33: Inicio del aterrizaje súper pesado
• T+00:06:56: Intento de captura y parada de aterrizaje súper pesado
• T+00:08:27: Corte del motor de la nave espacial
• T+00:48:03: Reingreso de la nave espacial
•T+01:02:34: El barco es transónico.
•T+01:03:43: El barco es subsónico.
• T+01:05:15: Giro de aterrizaje de nave espacial
• T+01:05:20: Quemadura de aterrizaje de nave espacial
• T+01:05:34: Aterrizaje de una nave espacial en el Océano Índico
Los funcionarios de SpaceX esperan que el escudo térmico de la nave Starship permanezca intacto mientras se sumerge en la atmósfera, cuando las temperaturas alcanzan los 2.600 grados Fahrenheit (1.430 grados Celsius), lo suficientemente caliente como para derretir el aluminio, el metal utilizado en la construcción de numerosos lanzadores. SpaceX eligió acero inoxidable para Starship porque es resistente a temperaturas criogénicas (el cohete consume combustible y oxidante muy frío) y tiene un punto de fusión más alto que el aluminio.
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