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科学家首次观察到光的纳米级涡旋的动力学 量子认知 发布时间:04-2502:07学者,优质创作者 涡旋(英语:Vortex),也称旋涡,指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象。大气形成的、由其中心极高的旋转速度而产生的涡旋称为热带气旋或龙卷风。 当花样滑冰运动员开始表演旋转陀螺并举起手臂时,由于保持了角动量,绕自己的轴转动的速度越来越快。在炎热的夏季,同样的旋转旋转效应会产生所谓的热旋风,大型龙卷风还会带来极大的破坏力。使人感到惊奇的是,对于沿着原子光滑的金表面传播的光,也可以有类似涡旋的现象,该光可以表现出角动量和涡旋。斯图加特大学、杜伊斯堡-埃森大学、墨尔本大学的联合研究团队现在成功地将纳米级的这些涡旋图案拍摄下来。 他们的这一突破性的研究刊登在今天的《科学》上。下图所示为纳米膜的快照,显示等离子纳米涡旋中的电场。平面上的六边形对称性很容易看到。物理学家托尼·斯凯姆(Tony Skyrme)于1960年代在称为拓扑的研究领域中详细研究了此类涡旋。这些模式在其发现者之后被称为斯凯姆子(skyrmions)。在粒子理论中,斯凯姆子是一类非线性sigma模型的拓扑稳定场配置,作为介子场中的拓扑孤子,它具有仅通过固定核子半径即可以合理的精度建模核子的多个低能特性的显着特性。它已在固态物理学中得到应用,并且与弦理论的某些领域有联系。 作为拓扑对象的斯凯姆子在固态物理学中非常重要,特别是在自旋电子学的新兴技术中。在诸如光子或极化子流体之类的自旋场中,斯凯姆子拓扑结构对应于完整的庞加莱光束(它是包含所有极化状态的自旋量子涡旋)。在物理学中,磁性斯凯姆子已在理论上在凝聚态系统中的进行了预测。 沿原子光滑的纳米结构金表面传播的光也具有某种角动量,因此会形成涡旋。但是,在这种情况下,涡旋的大小只有几百纳米,而这些纳米风暴的中心眼只有几纳米。因此,尚无人能够测量这些涡旋的确切方向。观察旋涡动力学也是不可能的,因为光围绕这种旋涡传播所需的时间仅为几飞秒(十亿分之一毫秒)。 在该项突破性的实验中,研究团队首次成功地拍摄了这种纳米级的光等离子体。研究人员能够在所有三个维度上记录光的电场和磁场方向,甚至可以测量其动力学。科学家计算了所需的光波长、纳米结构的最佳形状以及金片的确切厚度,预测了光涡旋的规则阵列,称为“ 斯凯姆子晶格”(skyrmionlattices)的行为。如下图所示,类似于斯凯姆子涡流中的纳米龙卷风,显示器显示金纳米片上的光磁场的3维测量结构。研究人员使用了一种新开发的方法生产了原子光滑的金片,其纳米厚度可调节。将极扁平的硅晶片用作衬底。用高精度金离子束将金片纳米结构化。当用经过仔细计算的波长在红外范围内的激光脉冲照射时,会形成整个斯凯姆子阵列。 研究小组的一项专门设计的新实验中,成功完成了矢量动力学的测量,即等离激元光场的三维排列及其时间行为。研究人员在800纳米波长的纳米结构金薄片上发送了仅13飞秒持续时间的激光脉冲。这是爱因斯坦因其获得了诺贝尔奖的光效应,该效应使电子从金样品中弹出,然后用电子显微镜对其进行测量。通过巧妙地组合几个具有不同光偏振的激光脉冲并重复几次实验,可以通过投影确定光场的矢量分量。 通过将两个激光脉冲一个接一个地发送到样品上,纳米龙卷风既可以被激发,又可以被超短激光脉冲探测,因此在大约一昼夜的时间内,可以记录这些光涡旋的整个纳米膜。研究人员认为,在这项研究的基础上,将来有可能创造出新型的显微镜,该显微镜可以产生比迄今为止更小的光结构。“轨道角动量和矢量特性的结合甚至在线性光学条件下,也能在纳米范围内形成等离激元涡旋结构。在各种边界条件下,也有可能通过实验观察时间分辨的斯凯姆子物理学。 这种斯凯姆子场及其轨道角动量与半导体中的相邻粒子(例如原子薄的二维材料中的粒子)的相互作用将特别令人兴奋。研究人员指出, “借助我们的新型莱斯(Raith)离子束光刻机,我们几乎可以无限地生成不同的拓扑纳米结构,并利用杜伊斯堡(Duisburg)纳米相机研究其斯凯姆子动力学。” 量子认知 | 最新科学知识简介,敬请热心来关注。
拦截高超音速再入弹头的方式 讨论下 高超音速再入弹头, 大致分两类: 一是弹头重心位移控制姿态, 二是气动控制; 高超音速飞机带动力, 再入弹头一般不带动力。 飞机的拦截方式比较复杂 先不谈。 先谈再入式弹头 大气层高一般设为100公里 , 那么再入式弹头在大气层内的滑翔距离多少是个问题, 目前没看见经验数字; 我随便设定滑翔比为10-20 那么滑翔距离就是1000-2000公里; 但报道中重心控制弹头再入点和弹着点之间只有300公里上下, 所以滑翔比其实在3左右; 洲际导弹必须出大气层然后再入, 大气层内300公里算不上什么。 所以对ICBM的拦截方式主要靠大气层外拦截 (动能 激光 等)。 假设大气层外拦截效率是100%, 那么只有不出大气层的飞弹才能生存, 那么 其航程只有1000-2000公里; 也就是俄罗斯西部到中欧的距离 , 对北美无威胁。 重心控制式弹头,, 将核弹作为质心, 调整前后位置, 导致飞翔体头部有1-3度的姿态改变; 因为高超音速滑翔的阻力大,气动控制力强, 所以可以有效控制姿态; 但其前方前进轨迹在一个圆锥形包线内 , 无法出包线,, 所以只要研究其包线内拦截即可。 气动控制式弹头, 则可以大范围机动, 拦截难度大, 不过缺点是气动阻力大,, 导致航程很短, 减速很快, 估计很快就只有几马赫的样子, 容易被地面武器拦截; 因为减速快, 所以残余动能越来越低 速度降低后其机动包线随之减少 , 所以越接近地面越容易被拦截; 超高空时几乎无法拦截。所以是爱国者导弹的铒食。 这也就是俄罗斯重点发展重心控制滑翔弹头,而不重视气动滑翔弹头的原因。 发现方式 : 由于弹道导弹再入速度在黑障区, 所以雷达无效,, 但红外有效; 所以红外方式几乎是唯一的发现方式, 通过多地红外探测器联网, 用三角法确定位置; 红外载体有高空气球、 飞机和低轨卫星; 低轨卫星用侧视法, 以宇宙为背景发现它 高轨俯视则容易与地面背景混淆; 所以只有低轨和超低轨卫星合适; 气球理论可行但基本放弃了, 因为实在难控制;、 飞机目前采用湾流公务机, 以后用太阳能高空飞机, 外形类似滑翔机。 由于其飞行包线是圆锥形, 而在圆锥形内的机动是随机的, 因此传统爆炸战斗部接近摧毁的模式基本无效。 有效的方式 是在其可能的路径前方提前释放子弹簇 布满圆锥内截面 实现动能碰撞 这样无须拦截导弹与再入弹头接触; 但这样一来 战斗部由多簇子弹构成 子弹因为在大气层内所以不能太轻; 轨道拦截子弹重量3-7克 陶瓷棱体或钨合金丸即可; 大气层内子弹重量很大才不会因气动减速掉下去 初步估计百克以上的圆锥钨合金体才可以; 一吨弹头只能放1万枚子弹; 子弹的间距在1分米左右才可行。这样算 圆锥截面积只有300平方米, 也就是半径10米。 如果弹头重10吨 那么面积是3千平方米。 显然一吨级弹头比较现实可行。 问题转换为怎样飞到这300平方米的范围内: 简单算一下 子弹释放位置最少为距离弹头5千米; 也就是在5千米距离内进行螺旋线机动; 边机动边释放子弹簇; 这对拦截弹的速度要求不高, 但机动性要求极高。 刚再入时就发射导弹, 那么拦截弹的目标区域非常巨大; 越靠后则越小。 所以,, 拦截弹发射位置与拦截区域应该距离小点容易; 那么发射位置在高空, 比如10公里; 拦截区域在50公里, 比较现实合适可行; 这就要求用飞机携带拦截弹, 拦截弹弹头重量1吨 , 弹体几十吨; 因此 波音747是良好的拦截弹载机。
空间树状结构或许适合18米火箭 马斯克要用平底锅代替锥形筒底, 我别的帖子分析过理由。 下一步要造18米火箭, 传统的薄壁圆筒构造估计不合适了 薄壁圆筒加锥形底, 结构简单便于计算, 但大型化以后反倒不便, 理由跟星舰放弃铝合金和钛-碳结构类似。 尤其是共振, 单纯的圆筒构造很难不发生共振 , 复杂的复合力传递构造反倒可以减轻共振。而且跨度太大的圆筒 必然厚度惊人, 而巨大的厚度乘以巨大的面积等于白费油 使用双层套筒构造 : 里面是液氧筒、 外面是甲烷筒, 似乎行得通; 但巨大面积的隔热层是个难题, 不如接触面积小的上下结构。而且高度太高也不利, 压强大建造难, 所以矮粗的构造更合理。 现在如果18米火箭采用矮粗且平底的构造,什么方式合适呢?很自然将想到了空间树状构造——空间树状构造 理论复杂, 设计难度大施工难度高 , ‘ 只有机场之类场合采用。 其实 , 理论上空间树状结构适合所有结构, 都可以大幅度减重。 但是, 钢管的承压特性和占用空间 , 导致一般建筑不可能采用。世界上掌握这种构造的企业很少。 这种结构好处 , 就是任何方向来力, 都可以轻松地传递给任何其他方向, 其力传递途径相对最短 , 弧度最低, 分散能力强:红线表示力的传递弧度小 ; 黄线表示力的分散能力强。 这在地震中最有用, 实验和理论都真切地表达了这点。所以没什么问题。 钢管和结点是其构造的主要零件, 结点的分析计算和制造是难点 , 常见的是球状或圆盘状结点。 火箭需要燃料钢管, 而燃料钢管兼顾结构力学元件是18米火箭采用圆筒-树状复合构造的出发点。 下面谈18米火箭构造的设想:
大量生产火箭 每天发射三次 的可能性和制约性 第一 生产限制 简单说 火箭由发动机和箭体两部分组成 发动机量产起来跟汽车发动机差不多 年产5位数6位数都可以 总造价跟年产位数的内燃机生产线差不多 属于经济可承受. 箭体假设采用大尺寸热冲压机 甚至加上10米的冷轧不锈钢薄板机 都是有可能的; 现在最大不锈钢板宽3米5 最大的厚板轧机是5米5 所以如果有需要 10米轧机技术上可以出现的 假设10米宽板出现 进入 10米热冲压机 3分钟内就压出一个燃料箱顶盖. 估计总投资 20-30亿美元. 还可以给不锈钢汽车用 至于 圆筒部分 使用现有GPI造筒机就可以。 所以 从生产角度 大量制造火箭 年产千枚并无难度 而且其总投资大概跟巨型客机差不多。 9米火箭的造价是747的1/5-1/10 737的一半以下 所以属于支付得起的项目; 第二 市场需要 千枚存量火箭 单枚每年发射千次 每次‘百吨级 1000 x1000 x100=1亿吨LEO能力 那么发射点什么呢 ? 轨道基主动防御系统几万吨到几十万吨. 军用百万吨够了。 制造业 每年几百万吨差不多了。 那么 还真是靠旅游市场和外星建设市场了。 第三 燃料限制 每次2千吨甲烷算 每年100万次发射 等于20亿吨甲烷; 相当于25亿吨天然气; 去年全球天然气产能30亿吨 几年后40亿吨; 未来最少半数天然气由火箭使用. CO2排放也是大问题。 所以 环境角度 氢氧火箭比较友好。 高温反应堆电解制氢 是制氢的主要途径 期间没多少碳排放; 生产产物是水 略有水蒸气排放; 水蒸气排放在海滨和沙漠不敏感 所以应该设内陆和海边发射场. 氢放到不锈钢罐里 气球效应明显 应该重新设计火箭; 燃料箱要薄皮 里面有铝锂合金衬层 因为锂可以抵挡氢侵蚀钢的金相组织; 采用气球罐和钢管支撑复合构造. 总之 技术上障碍基本没有 关键在制造市场需求; 火车出笼后 理性人士建议用马拉铁轨车代替蒸汽机车 因为市场需求没那么大; 不料 市场却引导出现了火车拉城市的新市场 伦敦人被火车拉到郊外居住; 各地地方市场被火车全国化专业化. 所以 火车重新塑造了社会。廉价的火箭巨型发射时代 或许导致人类多少居住到太空舱内.就象现代人不住平房住楼房一样 太空城市的居住费用低于地面城市是可能的
飞翼布局客机的原理 以及为什么比圆筒性客机更廉价的理由 飞翼布局轰炸机早已问世 飞翼布局客机的气动也解决了 舒适性问题也不是问题了。所以决定飞翼客机前途命运的是工艺方案. 传统的飞翼布局结构原理如下:其外壳是承压壳 上下壳之间是立柱 承受压力和拉力; 这样做的问题 是外壳各部位承受的气压和其他力的强度不同 需要非常仔细设计 也必然采用框架加软壳的模式 结构复杂 造价很高 维修也不便; 所以经济性难以接受. 波音在几年以前就非正式透露了其飞翼布局客机的内部构型:外壳为碳纤维非压力容器型外壳 只承受气动压力 结构简单 造型复杂; 内部为铝合金圆筒性压力容器客舱; 多个客舱呈手指并拢状排列; 燃料采用液化天然(LNG) LNG用各种不同截面和长度的管道状槽罐储存; 储罐采用见缝插针模式在客舱和外壳之间布置; 这样的好处 是客舱是简单规则的圆筒性 其直径和截面相同 长度不同 圆筒采用内壳外骨构造——铝合金壳的外面是铝合金框架 这样 比传统飞机软壳-框架构造更合理 后者是外壳固定在内部框架上 外壳承受向外拉力 对铆钉要求高; 而这个方案是壳子的压力向外压到框架 对铆钉的要求低 所以 一方面可以使用现状铝合金飞机的工艺装备 另方面要求还降低了 成本自然下降了。 LNG比煤油便宜 但体积大 而且只能用压力容器盛放 所以不适合机翼储存 飞翼几乎没有机翼 内外壳之间有大量不规则空间 正适合大小不同的LNG槽罐布置; 所以LNG与飞翼有天然的亲和性; 飞翼阻力低 可以在上表面布置大口径发动机 或者电动风扇群 形成超级涵道比。 我当年看到波音这个布局 实在拍手叫好 觉得马上可以上马 但快10年了依然不见动静。
Cybertruck奇异外形的由来: 工艺装备投资近乎0 一眼看到Cybertruck, 就是其奇异的平板接合外形, 象F-117一样怪异。 然后知道是不锈钢的, 3mm 汽车界用碳钢冲压车身,不用不锈钢, 这是常识。 原因是不锈钢不耐冷冲压,变形部分容易脆弱化且生锈, 除非加热到高温再冲压。 细看Cybertruck外观, 就知道没有采用冲压工艺; 冲压顶多用来裁剪钢板 、冲压口盖, 而不是赋形. 那么采用的工艺是什么呢? 我觉得是热弯: 就是将钢板裁剪后加热, 然后用弯折机弯折, 车门就是典型 这样的钢板用焊接接合为车身。 正常汽车板厚度0.4毫米起, 0.8就算厚的, 为何Cybertruck用这么厚的板? 估计是承载式的面板。 一般汽车面板不承担太大载荷, 而由内部的车身框架承力。 而3毫米不锈钢可以承担大载荷, 这样的车身就是个承力盒子, 类似桥梁上用的钢箱粱, 无须另外的大架之类。 传统硬朗越野车用非承载式车身和大梁; 城市型越野车用承载式车身; 所以习惯认为非承载式的好. 但这是建立在薄碳钢板冲压的承载式车身基础上的, 与厚不锈钢板的承载式车身是两回事。 差速锁之类机械越野车部件也用不上, 因为车轮可独立行动. 当然理想的越野EV是4轮独自驱动, 但成本高; 现在有3电机、 2电机和1机版, 1机全轮驱动差速性低, 更适合公路; 3机比较适合越野。 所以, 车身是个不锈钢盒子, 车轮布置在盒子外边, 所以有些突出; 也不用底盘盖了, 直接就是不锈钢底板. 传统汽车工艺装备, 最大头的是冲压与焊接设备; 冲压要开模具, 焊接要机器人, 其次还要涂装生产线。别的都是小型设备或搬用工具。 而不锈钢哑光车身无须油漆, 也就无涂装线。 不采用冲压工艺, 就省了冲压一大套设备,以及开模的一大笔钱; 只有不锈钢焊接, 需要机器人, 而且是直线焊, 对机器人要求简单; 现有焊接机器人或许简单改装一下即可 ,无须新增投入。 至于不锈钢弯折机, 从来都是便宜的装备。 所以其工厂设备投资极小. 总投资小, 但产量未必小, 而且很容易提升产能, 因为去设备少且简单;弄得我都想去开不锈钢汽车厂去了 ,热血沸腾 推测一下MUSK的思路: 为了不锈钢火箭→去了解不锈钢的工艺性能→ 发现不锈钢不适合冷冲压,冷冲压后容易脆弱、开裂、生锈;冷冲压只适合裁剪钢板; 热弯折则毫无难度,不影响钢板性能→ 多片钢板拼成F117那样的多平面板外形是可接受的; 空气阻力主要看宏观形状而不是细节, 毕竟不超音速;→ 007里面LOTUS赛车的平板形状 也是兰博基尼赛车的形状 很适合这个造型→ 所以平面板外形是可接受的。 而且设备投资极小,符合其吝啬心理;利用既有厂房设备即可,新增少量装备,对企业无财务压力,于是决定上马。 钢板盒子是汽车界一大创造, 将桥梁方式引入汽车界也只有Musk一人能行了 我还’悄悄揣测:他是不是为三战爆发时保护家庭设计的该车, 装甲性、太阳能电池、超压、空气滤清都象是三防装备,不排斥挂甲后卖给DoD或国土安全部。
发射场旁边建立甲烷提纯液化工厂 可将成本降到极低 目前甲烷从天然气中提纯 甲烷的价格是天然气的10-20倍 估计采用了吸附工艺 目的是将天然气中的固体碳氢颗粒吸附掉 类似空气滤清器 产量小 设备投资低 适合小量提纯 而大规模经济方式是液化法 两种基本方式: LNG气化和CNG液化 原理如下:如果原料为气态的压缩天然气 那么逐步降低温度 则其他组分逐渐都液化 气液分离 最后剩下甲烷和氮气 再将甲烷液化 排出氮气 就是纯甲烷; 其余组分可以供给化学工业用. 如果原料为液态的LNG 则先升温 氮气首先气化排出 然后甲烷气化 气液分离 其余组分或者精细分离 或者烧掉. 甲烷气再压缩降温为液态. 如果使用LNG 应当在发射场附近建立码头 由LNG船供应 甲烷留下发射用 其余组分用化工船送出去;LNG可进口。 如果使用CNG则需要管线铺设到发射场附近 当地液化 当地耗能大 总耗能少. 所以 管线使用页岩气 到放附近液化比较经济低碳. 这样 大量生产液态甲烷 其价格可能是天然气的2-3倍 (具体不清楚)而不是数量级差了。 至于液氧 目前中国境内液氧主要给钢铁厂使用 各地各季节差价大 内蒙淡季是¥400/t 南方旺季是¥1500/t 主要由能耗/燃费决定。 如果用量少 可以用液氧船从远处运来 如果用量大 则设立空分站。 美国能源价格低 所以可能很便宜。 这样 BFR的燃费就降低了 万次以后洲际运送费可能比飞机低很多
Umbra合成孔径雷达小卫星星座: 50公斤 /25厘米分辨率 Umbra emerges from stealth mode with plans to offer 25-centimeter radar at optical imagery pricesby Debra Werner — October 21, 2019Umbra Founders David Langan and Gabe Dominocielo stand next to one of the parabolic antennas the Santa Barbara, California, company is building for its planned constellation of small synthetic aperture radar satellites. Credit: Umbra SAN FRANCISCO — After years of secrecy, Umbra Lab is revealing details of its plan to launch a constellation of 50-kilogram synthetic aperture radar (SAR) satellites to capture imagery with a resolution of 25 centimeters. “We are beginning to open up at this point because [competitors] have made their various trades, selected their technical path and business plan,” said David Langan, Umbra CEO and co-founder. “It’s fine for us to open up a little bit and show our path to a high performance microsatellite.” After completing testing and qualification of hardware including ten square meter deployable parabolic antennas, Umbra has set its sights on sending its first satellite into orbit in 2020. “We don’t quote launch dates because there are many factors,” said Langan, a systems engineer, who worked for nearly a decade on space antennas and space-based radars at companies that were acquired by Northrop Grumman Innovation Systems. “I will say, the first satellites will be complete next year and there are plenty launch opportunities in 2020.” Since it was founded in 2015 by longtime friends Langan and Gabe Dominocielo, an entrepreneur, Umbra has shied away from publicity. Some information has trickled out. The National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) awarded Umbra a license in 2018 for a constellation to offer 25-centimeter resolution from satellites in 515-kilometer circular sun synchronous orbit. More details emerged a few months later when Starbridge Venture Capital, Hemisphere Ventures and other investors revealed financial support for the SAR startup. Now, Umbra is sharing technical information. On Oct. 1, Umbra updated its website, sharing information for the first time on the mass, power and efficiency of its antennas. “The key metric that indicates performance of a SAR satellite and resulting image quality is power aperture, which is the combination of the effective power and effective aperture area,” Dominocielo said in an Oct. 10 blog post. “Umbra’s SAR payload incorporates an incredibly powerful antenna and an efficient feed to reliably and efficiently produce large quantities of single-look, sub-meter SAR imagery.” Still, Umbra isn’t ready to tell all. How many satellites does the firm plan to launch? “We are going to build a constellation to fit customer needs,” Dominocielo said. Executives also declined to say how much money the company has raised. There are indications, though, that it’s a healthy sum because Umbra has multiple satellites under construction and the firm has more than tripled its staff in the last two years. The Santa Barbara, California, firm employs 20 people and is seeking to hire additional engineers. When Starbridge announced its investment in Umbra in a May 2018 blog post, Umbra was planning to operate 12 satellites capable of revisiting sites hourly to offer customers one-meter resolution imagery. Unlike many of its competitors building constellations of commercial SAR satellites, Umbra does not plan to offer image analysis. Instead, the company plans to simply give customers the ability to task satellites and gather data on specific sites. “Our service is designed to empower customers to make better decisions in business-to-business and business-to-government industries,” according to Dominocielo’s blog. “We seek to expand our customers’ business by partnering with and supporting their existing analytics approach/relationships. Umbra does this by offering direct sales of high-quality, low-cost data as a commercial service, rather than in providing image analytics as a business function.” Umbra has not published a price list for imagery, but the company says its radar imagery prices will be comparable to optical imagery prices. “Expect our pricing to be competitive with panchromatic and multispectral optical imagery of equivalent resolution,” according to Umbra’s website. “SAR will be the preferred means of obtaining data for your analytics solution.” Umbra plans to offer customers a variety of image modes. The company’s default mode, which it calls Staring Spotlight, can provide imagery with a resolution of 25-centimeters over a 16-square-kilometer area. Umbra also plans to offer customers mosaics, created with multiple images of various sizes and shapes. “Think of a quilt,” Dominocielo said by email. “You stitch smaller images together and make a larger one, our customers want images of small targets in high resolution, not huge swaths of open ocean in low resolution.” 无责任机翻: 本影出现隐身模式,计划提供25厘米的雷达光学影像价格。 德布拉·沃纳-2019年10月21日 umbra的创始人david langan和gabe dominocielo站在加州圣巴巴拉公司(santa barbara,california)正在为其计划中的小型合成孔径雷达卫星群建造的抛物面天线旁边。学分:umbra 旧金山-经过多年的保密工作,umbra实验室透露了它计划发射一个由50公斤重的合成孔径雷达(sar)卫星组成的星座,以捕获分辨率为25厘米的图像的细节。 umbra首席执行官兼联合创始人大卫•兰根(david langan)表示:“我们在这一点上开始开放,是因为(竞争对手)做了各种各样的交易,选择了自己的技术路线和商业计划。”“对我们来说,稍微打开一点,展示我们通往高性能微卫星的道路是很好的。” 在完成了包括10平方米可展开抛物面天线在内的硬件测试和鉴定之后,umbra已将目标放在2020年将其第一颗卫星送入轨道。 “我们不引用发射日期,因为有很多因素,”系统工程师兰根(Langan)说,他在诺斯罗普格鲁曼创新系统公司(Northrop Grumman Innovation Systems)收购的公司从事了近十年的空间天线和空基雷达工作。“我会说,第一颗卫星将于明年完成,2020年有很多发射机会。” 自从2015年由长期好友兰根和企业家加布·多米诺切洛(gabe dominocielo)创立以来,翁布拉一直回避宣传。一些信息已逐渐泄露出来。国家海洋和大气管理局(noaa)于2018年授予umbra a许可证,允许该星座在515公里圆形太阳同步轨道上的卫星提供25厘米的分辨率。几个月后,星桥风险投资公司、半球风险投资公司和其他投资者披露了对这家特区初创企业的财务支持,更多细节浮出水面。 现在,umbra正在共享技术信息。10月1日,umbra更新了网站,首次分享了天线的质量、功率和效率等信息。 Dominocielo在10月10日的一篇博文中说:“衡量合成孔径雷达卫星性能和成像质量的关键指标是功率孔径,它是有效功率和有效孔径面积的结合。”“umbra的sar有效载荷包括一个强大得难以置信的天线和一个高效的馈送,以可靠而高效地产生大量单目、亚米级sar图像。” 不过,乌姆拉还没准备好全部说出来。公司计划发射多少颗卫星?“我们将建立一个星座,以满足客户的需求,”多米诺切洛说。 高管们也拒绝透露公司筹集了多少资金。不过,有迹象表明,这是一个健康的数字,因为umbra正在建造多颗卫星,该公司在过去两年里员工增加了两倍多。这家位于加利福尼亚州圣巴巴拉的公司雇佣了20名员工,并正在寻求招聘更多的工程师。 当星桥在2018年5月的一篇博客文章中宣布投资翁巴时,翁巴计划运行12颗卫星,能够每小时重访一次地点,为客户提供一米分辨率的图像。 与许多竞争对手构建商业sar卫星星座不同,umbra并不打算提供图像分析。相反,该公司计划简单地让客户有能力对卫星进行任务,并在特定地点收集数据。 多米诺切洛的博客称:“我们的服务旨在让客户在企业对企业和企业对政府行业做出更好的决策。”“我们寻求通过与现有的分析方法/关系进行合作和支持来扩大客户的业务。umbra这样做的方式是将高质量、低成本的数据作为商业服务直接销售,而不是将图像分析作为商业功能提供。” umbra还没有公布图像的价格表,但该公司表示,其雷达图像的价格将与光学图像的价格相当。 umbra网站称:“我们的定价将与具有同等分辨率的全色和多光谱光学图像相竞争。”“sar将是您的分析解决方案获取数据的首选方法。” umbra计划为客户提供多种图像模式。该公司的默认模式称为凝视聚光灯(starting spotlight),可以在16平方公里的区域内提供25厘米分辨率的图像。umbra还计划为客户提供马赛克,由多种不同大小和形状的图像创建。 “想想被子,”多米诺切洛在电子邮件中说。“您将较小的图像拼接在一起,制成较大的图像,我们的客户需要高分辨率的小目标图像,而不是低分辨率的大片开阔海域。”
18米直径太空工厂畅想 18米直径火箭即将问世, 3年或更近距离就可以原型上天; (可能采用9米直径助推器和18米二级芯级,这样更容易实现) 18米直径是非常巨大的,完全可以当太空车间或整装式工厂了. 18米直径厂房是个什么概念? 下面比较一下: 苏州昆山常见的工业厂房, 一种是30X60米, 三层, 第一层高5-9米,重设备层; 第二层高4-5米,轻设备层,第三层高3米,办公室. 这是典型的轻工业厂房, 但容易局促. 另一种是120X60米, 后者更常见,因为可扩展余地好, 但经常比较空旷。 而芯片厂,以北京亦庄中芯国际为例, 第一期厂房,长120米,宽60米。 第二期厂房,宽130米,长200多米。所以,120X60米是最常见的类型,多数轻工业都可以满足. 而18米直径, 100-120米长的圆筒,意味着周长60米,而重设备可以安装在外壳上,如地面设备安装在地板上,.所以,等于一个60米宽 100-120米长的常见工业厂房,(这里就不扯什么标准工业厂房了,歧义太多). 设想其结构如下:外筒18米直径,中筒9米直径,内筒3米直径, 外筒为主要设备厂房,设备安装在外筒上,内筒外面是轨道,纵横垂直, 机械臂用直线电机沿轨道纵横运行, 搬送物料; 层高4.5米,满足多数需要; 中筒为小设备层, 外径9米,内径3米,.层高3米,满足小设备需要; 内筒直径3米,为人类居住空间,工程师和技师可以长期居住. 如果是铸造等大型厂房,可以分内外两层, 比如外筒18米,内筒6米,层高6米. 也可以是单筒,分前后排列。 总之,从直径和尺寸上看,达到了一般工业厂房的规模.
直径越大的钢火箭越容易造, 18米反倒比9米‘简单 18米比9米大一倍, 面积大4倍,许多人想当然认为越大越难, 其实这是铝制火箭的惯性思维, 钢制火箭反倒更简单,原因简单,就是其承力构造可以更复合化, 从而导致工艺性更强。 3米左右小火箭,用铝合金造, 其壁板采用厚铝板铣出许多材料,形成网格板构造. 其圆环框架需要用万吨水压机压除了才可靠,纵向还有桁架, 都是铝的,需要摩擦焊接上. 如果这构造直接放大,那可不得了,光水压机的个头都得增加几十倍, 铣削量更是大得惊人,而且还未必可信/ 巨型铝合金火箭不能用小火箭放大的模式制造 参考土星五号的照片:其环状框架,是用厚铝板铣削的,所以有一条条的加强筋. 纵向的支撑也相当可观, 加上巨型发动机,造这么一个玩意儿可费老劲了. 而不锈钢火箭就容易多了,现在用滚圆机滚个圆环出来并焊接上,就是这么简单——见左下角这些光溜溜的圆环,钢的本来就比铝结实, 甲烷还有气球效应,所以,燃料箱的构造很简单 SUPERHEAVY就是个简单的钢筒,中间有几个共用壳底。 但是,我总觉得应该增加纵向的支撑。 因为万次复用火箭,关键要解决着地时的冲击载荷, 而这些载荷用圆筒未必够。 圆筒构造,起飞时的静动载荷无疑可以承担,但复用十次以后估计就变形了。 如果在圆筒内加纵向钢管,结构就强大太多了,万次复用可以放心。 但是,这样一来,结构重量太大,钢本身就重。 而直径放大一倍, 钢圈 的厚度不用增加,钢管还是用星虫的3英尺直径钢管,而且钢管还可兼任液氧和甲烷管道。 钢管焊接加滚圆的钢环, 外加一些共用壳底,制造难度反而下降了。 尺寸越大,单位面积侧壁的重量就可以越大,所以钢结构相当适用。铝锂合金——铣削加强筋——摩擦焊。貌似先进,其实没戏
未来火箭的2 个趋势 一 大型化 流水线化 制造 小行星勘探 估计一万吨起 小行星开采 产品回送 估计百万吨/年 起 而实际可能还多一个数量级 按照每航次100吨算, 百万吨需要一万次,每枚火箭年发射25次算,需要400枚火箭; 发射100次, 需要100枚 实际上,百吨级LEO火箭需要三位数到四位数 这就要求火箭生产流水线化, 碳纤维-铝复合材料可以铸造,是价格-性能最佳组合之一; 钢制更适合次轨道运送, 所以,火箭生产方式要改革 虽然看着听着有些耸人听闻,但参考美国30年代初年产木制飞机几百架的样子,再看10年后战争中年产铝制飞机几万架的样子。 飞机总吨位有几个数量级的增加,就知道新兴事物一旦发展起来,爆炸性发展是常态 二 氢氧化 年发射万次,意味着几千万吨的燃料消耗,相当于中等国家一年的石油消耗量 参考去年中国天然气消耗为2亿吨, 因此,火箭年消耗燃料上亿吨甚至几亿吨都是可能的, 这样 环境污染的压力就大了, 而氢氧火箭排放是水汽,污染小得多 社会压力也就小 目前,电解水效率低, 但高温电解水据说效率高, 用专门的反应堆将水加热到900度再电解, 现在热门研究中 是未来氢社会的主力 。还有等离子法制氢,也是将水加热到高温,然后某种方式将其电离 分离氢氧离子,再合成氢气氧气,与高温电解水异曲同工,也是多少年的研究热点了 所以,,,今后氢社会成型, 氢气由社会基础设施输送, 火箭燃料氢氧化是大概率事件 这样,BE-3U这样的开式膨胀循环机就会是主流。 液氢罐由气球效应,所以也可以更轻 小行星采矿-太空工业-巨型火箭量产化-氢氧化, 环环相扣
设计1 个火箭铸造机 12米直径,铝合金压铸, 里面是网格状加强筋, 一环高2-3米,逐环制造,一环环抬升俯视图以上, 工作台有滑轨,上方有外模台架,可以移动。 外模与内模合并,中间留下空间,灌入熔融的铝合金,然后冷却, 冷却采用快速冷却: 内外模是铜制的,中间有液体流道, 可以是冷水,也可能是液氮, 冷却速度越快,金相组织越优良。 冷却后,一环形成,内外模脱离,环被机架抬升, 然后内外模再合并,再浇铸,与刚才的环铸为一体(虽然连接处的金相组织不良,但可以热处理改造,不改造估计也能用) 当连续几环形成,需要中间浇铸燃料罐共用罐底时, 火箭坯被抬道另一个工作台, 该工作台是上下模具,制造罐底用的。侧视图: 罐底下模固定在地面, 上模从上伸入火箭圆筒内,下降到与下模接近处 然后灌注熔液, 冷却,脱模. 这样,一个与圆筒一体化的罐底就形成了,该罐底还有分散火箭筒壁应力的功能. 罐底形成后,火箭体被移动到圆环浇铸台, 继续工作。 其实,只要一个圆筒带一个罐底,作为一个独立部分,若干这样的部分用另外的方式组装,那么工作台的尺寸并不大。也就是分段建造再组装的意思。 火箭圆筒形状简单,比汽车容易铸造多了。 由于快速冷却是产生良好金相组织的前提,而冷却速度决定铸造速度,所以生产速率是相当快的。 铸造的缺点是壁厚大,按照体积-面积定律,尺寸大的更合适,所以,12-20米的火箭带罐底的环状段是可行的. 大家知道,碳纤维圆筒容易塌,所以要钛合金骨架, 钛合金骨架焊接节点成千上万,还要真空焊,所以玩不转. 铝合金网格板,需要数控铣床加工,生产速度慢成本高,网格板还要用摩擦焊焊接,生产个3-5米的火箭都非常艰难. 而铝合金铸造,是在平地上造垂直筒,所以筒在制造时,不会产生变形, 能保持良好形状,便于各段对接。 各段对接也可以是熔接而不是焊接。 所以,这样的火箭圆筒,很容易大直径化,20米也难度不大。铸造时调整内外模的间隙,还可以调整筒壁厚度,下面厚些上面薄些. 果然马斯克想的长远.
估计又要吓死一群航天人 铝合金铸造火箭 现在看来,早期使用不锈钢生产火箭, 未来用整体压力铸造生产巨型火箭, 几乎是必然的 因为特斯拉汽车要用铝合金铸造了 火箭比汽车简单得多,挪用该工艺易如反掌 巨型火箭的筒壁厚度要求大 而铸造的大厚度恰恰符合要求 比如 目前用数控铣床铣削出 铝合金网格板, 加工量极大, 加工出来后还要焊接,需要惰性气体保护 而巨型压力铸造机,,一次或多次铸造,所有结构都出来了 当然,耐高温还是不锈钢好,但铝合金加陶瓷/气凝胶保温层也可以作到 这样的好处,是LEO能达到500吨的理想数字 这个机器,是TESLA MOTOR的专利, 用于制造铝合金汽车巨型压力铸造机 我猜测是3分钟出一辆汽车的上半部或下半部 铸造强度不如冲压焊接,这是一般人的认识,铸造过程中空气气泡留下的砂眼是重要原因,另外,铸钢的结构比轧钢疏松也是原因, 但铝合金铸造有个优势,就是没有砂眼, 铸造不在大气环境下进行,而是一个大气压下的纯氧环境进行, 氧与铝结合形成氧化铝硬点,进入铝合金构造中,所以砂眼就不存在了, 压力铸造下,致密度也提升了,所以铝合金铸造是可行的。 重型火箭还有个好处,就是壁板厚度大,以便承担垂直的重力和动载荷,而铝合金铸造导致的壁板过厚,却成为优点 轻型火箭就没这么幸运了,壁板太厚是不行的,所以铝合金压力铸造更适合重型火箭. 而火箭空心筒形状更适合铸造,因为内壁里面有充足空间供机器人内模移动, 形状还简单,一段一段压力铸造成型, 这样,带网格花纹的壁板 共底储箱隔板等,都是一次成型的,传力构造厚实.没有应力薄弱点 无须摩擦焊,所以工艺质量极高 价格基本只是工艺装备费用
我猜迭代以后, BFR会用铝合金压力铸造生产 现在看来,早期使用不锈钢生产火箭, 未来用整体压力铸造生产巨型火箭, 几乎是必然的 巨型火箭的筒壁厚度要求大 而铸造的大厚度恰恰符合要求 比如 目前用数控铣床铣削出 铝合金格栅板, 加工量极大, 加工出来后还要焊接,需要惰性气体保护 而巨型压力铸造机,,一次或多次铸造,所有结构都出来了 当然,耐高温还是不锈钢好,但铝合金加陶瓷/气凝胶保温层也可以作到 这样的好处,是LEO能达到500吨的理想数字 这个机器,是TESLA MOTOR的专利, 用于制造铝合金汽车巨型压力铸造机 我猜测是3分钟出一辆汽车的上半部或下半部 铸造强度不如冲压焊接,这是一般人的认识,铸造过程中空气气泡留下的砂眼是重要原因,另外,铸钢的结构比轧钢疏松也是原因, 但铝合金铸造有个优势,就是没有砂眼, 铸造不在大气环境下进行,而是一个大气压下的纯氧环境进行, 氧与铝结合形成氧化铝硬点,进入铝合金构造中,所以砂眼就不存在了, 压力铸造下,致密度也提升了,所以铝合金铸造是可行的。 重型火箭还有个好处,就是壁板厚度大,以便承担垂直的重力和动载荷,而铝合金铸造导致的壁板过厚,却成为优点 轻型火箭就没这么幸运了,壁板太厚是不行的,所以铝合金压力铸造更适合重型火箭. 而火箭空心筒形状更适合铸造,因为内壁里面有充足空间供机器人内模移动, 形状还简单,一段一段压力铸造成型, 这样,带网格花纹的壁板 共底储箱隔板等,都是一次成型的,传力构造厚实.没有应力薄弱点 无须摩擦焊,所以工艺质量极高 价格基本只是工艺装备费用
脑机接口出了,新的汽车级市场——人工心脏也快实现 人工心脏,在不取出心脏的同时, 在心脏外血管做连接, 血液进入人工心脏,代替心脏工作,挽救心衰患者, 这个市场有多大? 跟汽车差不多大, 因为中国一年有一千万人因心衰死亡,人工心脏可让这些人不死, 就这么简单,死亡的恐惧下,该市场具备强迫性,每年百万级销量,每个心脏价格相当于一个汽车。 目前还没有正式上市,据说实验型人工心脏收费四十万。未来数万的价格是可能的。 人工心脏关键点是泵, 常规旋转泵会挤压血细胞,导致细胞死亡,变为血栓, 这问题到目前还没答案,不同的泵解决方案都不成熟。 气动泵设在体外,电池-电机驱动气压装置,气体进入人工心脏收缩扩张,这样对细胞友好,但装置需要背负。 电动的, 什么磁悬浮的泵,对细胞依旧不友好。 但这些问题一旦解决,百万级市场出现。 现在一个问题,就心脏供学跟运动需求有关,而现在无从知道运动需求,脑机接口解决了这问题,大脑或小脑的血液需求信号控制人工心脏,所以脑机接口解决了一个大问题。只剩下抽动式泵这个问题了。 人工心脏手术是心脏外手术,比心脏外科手术简单得多,一般胸外科医生都可以做,容易简单安全。 今后,谁要是从事人工心脏的销售,是个发财的机会
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