Российские ученые из Института ядерной физики (ИЯФ СО РАН) предложили принципиально новый метод подзарядки орбитальных спутников связи. В соответствии с поставленной задачей энергия для подпитки спутников будет доставляться с поверхности Земли через мощные лазеры на свободных электронах, сообщил журналистам заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Николай Винокуров.
4 июля, на базе Института ядерной физики в Новосибирске начала свою работу научная конференция, посвященная синхротронному излучению лазеров на свободных электронах. Ученые рассказали журналистам, для чего нужны подобные лазеры и как благодаря им в перспективе смогут работать космические спутники.
«У нас ведутся исследования и по синхротронному излучению, и по лазеру на свободных электронах, – рассказал доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Николай Винокуров. – В Институте ядерной физики функционирует лазер на свободных электронах. На самом деле их три, и все они особенные. Лазеры дают инфракрасное излучение в разных диапазонах длин волн. И мы уже в течение нескольких лет работаем с этим излучением с научными пользователями из институтов Академгородка и других мест России. Это называется Центр коллективного пользования. В этом году мы провели эксперименты, более-менее успешные, на нашем новом лазере на свободных электронах, последнем из трёх. Это уникальный источник излучения, который мы создали сами. Такого нигде больше нет. Мы планируем улучшать параметры, хотя они и так рекордные по сравнению с мировыми достижениями. Поэтому у наших пользователей эксклюзивная возможность для проведения экспериментов».
Новосибирский лазер на свободных электронах (ЛСЭ) состоит из трёх ускорителей, называемых очередями:
Первая очередь — однооборотный ускоритель-рекуператор с энергией электронов 12 МэВ
Первой очередь Новосибирского ЛСЭ была запущена в 2002 году. На сегодняшний момент это самый мощный в мире источник терагерцового излучения и ускоритель-рекуператор с наивысшим средним током.
Электроны из электронной пушки проходят через «группирователь» (группирующий ВЧ-резонатор), пустой промежуток, два резонатора, набирая энергию 2 МэВа, основную ускоряющую структуру, набирая ещё 10 МэВ, и ондулятор, в котором часть энергии электронов переходит в излучение. После этого, пучок возвращается в основную ускоряющую структуру в замедляемой фазе ВЧ-резонаторов, теряет энергию до начального значения (около 2 МэВ) и поглощается в поглотителе пучка.
Вторая очередь — двухоборотный ускоритель-рекуператор с энергией электронов 22 МэВ
ЛСЭ второй очереди был запущен в 2009 г. Получено когерентное излучение в диапазоне длин волн 40 — 80 микрон со средней мощностью около 0,5 кВт, что является мировым рекордом в этом диапазоне. В 2010 году излучение второго ЛСЭ выведено на существующие пользовательские станции. На ближайшее будущее запланированы повышение мощности излучения и оптимизация магнитной структуры с целью уменьшения потерь пучка из-за энергетического разброса, который появляется в результате взаимодействия с излучением ЛСЭ.
Ускоритель второй очереди — первый в мире двухоборотный ускоритель-рекуператор заряженных частиц. Установка использует ту же ускоряющую систему, что и первая очередь. Выбор режима работы осуществляется включением/выключением поворотных магнитов.
Третья очередь — четырёхоборотный ускоритель-рекуператор с энергией электронов 42 МэВ
22 мая 2012 года получена первая рекуперация электронного пучка на третей очереди — первого в мире четырёх оборотного ускорителя-рекуператора.
В 2013 году получена 95% рекуперация и средний ток 3.2 мА на частоте повторений 3.75 МГц.
В настоящий момент на установке продолжается установка оптического резонатора для генерации излучения и настройка режимов электроннооптической структуры.
Ондуляторы третьей очереди
Первая очередь расположена в вертикальной плоскости, а вторая и третья — в горизонтальной. Они используют одну и ту же ускоряющую структуру, состоящую из нормальнопроводящих резонаторов. Выбор режима работы осуществляется включением или выключением поворотных магнитов.
На сегодняшний день, запущены ЛСЭ первой и второй очереди. ЛСЭ третьей очереди находится в процессе сборки.
Общий вид установки
Принцип работы лазера на свободных электронах
Принцип работы лазера на свободных электронах основан на генерации релятивистского излучения в специальном устройстве — ондуляторе, состоящем из последовательно установленных знакопеременных магнитов.
Параметры ускорителя
Максимальный средний ток полученный на ускорителе-рекуператоре первой очереди Новосибирского ЛСЭ до сих пор является рекордным в данном классе машин. Вторая и третья очереди — первые в мире многооборотные ускорители-рекуператоры. Параметры установки представлены в таблице.
Параметры излучения
Средняя мощность терагерцового излучения, получаемая на Новосибирском ЛСЭ, является рекордной в этом диапазоне длин волн. В Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения работы с терагерцовым излучением выполняют 20 групп из 12 научных организаций Новосибирска, Москвы и Южной Кореи. Параметры излучения представлены в таблице.
«Для нас создание мощных лазеров на свободных электронах имеет и ещё одну важную направленность. Речь вот о чем: число космических спутников для коммуникаций постоянно растет. При этом у спутников есть определенное ограничение по электропитанию. Так, солнечные батареи дают примерно 10 киловатт. Если же спутники питать с Земли излучением, например инфракрасным, то можно сделать так, чтобы этому спутнику было доступно 100 киловатт мощности. Если сделать несколько лазеров на свободных электронах, мы сможем получить новый качественный скачок в развитии космической связи. Мощные лазеры на свободных электронах имеют практическую ценность. Использование солнечной энергии спутниками можно сравнить с парусной энергией. Какие были хорошие парусники ни были, как бы они быстро ни ходили, всё равно победили пароходы. Почему? Потому что активный двигатель. Если мы можем обеспечить спутники энергией мощности с Земли с помощью лазеров на свободных электронах, у нас появляются совсем новые возможности, как при появлении пароходов во времена парусников», – пояснил доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Николай Винокуров.
Полный цикл по внедрению технологии питания спутников лазерами обойдется примерно в 1 млрд рублей. Найдутся ли инвесторы, готовые вложить такую сумму в перспективный проект, — покажет время.
Сайт ИЯФ СО РАН
academ.info
ТАСС
На этом всё, с вами был Dronk.Ru. Не забывайте возвращать деньги за покупки в Китае и подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.
Рекомендуем:
— Экономим до 8% с каждой покупки на AliExpress и других интернет-магазинах Китая
— Почему интернет-магазины отдают деньги за покупки?
— Верните свои деньги — Выбираем кэшбэк-сервис для Aliexpress
— История развития Dronk.ru — от выбора квадрокоптеров до возвращения денег за покупки на AliExpress и не только
— Лучший кэшбэк сервис или 5 основных критериев оценки кэшбэк-сервиса
Автор: Dronk.Ru
