Лазеры

Первый в своем роде лазерный громоотвод позволит управлять молниями

Молния чрезвычайно горячая всего одна вспышка способна нагреть воздух до температуры, в пять раз превышающей температуру поверхности Солнца. Из-за резкого скачка температур окружающий молнию воздух создает раскаты грома, которые мы слышим увидев вспышку. По сути, молния это мощный электрический разряд, возникающий в грозовых облаках. Попав, например, в дерево или дом, она может стать причиной пожара и гибели людей. Так, чтобы обеспечить защиту зданий и их обитателей от подобной участи, почти три столетия назад американский политик и интеллектуал Бенджамин Франклин изобрел молниеотвод. С тех пор эти металлические решетки над зданиями спасли тысячи жизней и критически важных объектов, а в основу всех последующих разработок в этой области легло изобретение Франклина. И все же недавно произошло кое-что интересное инженеры разработали устройство для управления молнией с помощью лазера. Последний, как оказалось, работает как громоотвод, рассеивая атмосферные разряды.

В чем опасность молнии?

По статистике каждую секунду поверхность нашей планеты принимает не менее сотни ударов молний, каждый из которых движется со скоростью более 320 000 километров в час и вырабатывает огромное количество электроэнергии. Удары молний во время грозы создают радиочастотные помехи и скачки напряжения, которые сокращает срок службы электронных устройств.

Так, удары молний ответственны за 20% случаев повреждения электрооборудования в жилых и офисных помещениях, а остальные 80% приходится на скачки напряжения. Но вот что особенно интересно по данным государственной электросетевой корпорации Китая, в 84% случаев повреждения оборудования молниезащита не сработала, хотя сами молниеотводы исправно работают.

Удары молний серьезная проблема не только для электроники

Это интересно: Шаровая молния самое таинственное природное явление

Причина, как указывают специалисты, заключается в ошибках при установке и обслуживании комплекса устройств по защите от молний. В то же самое время современная молниезащита не может на 100% гарантировать сохранение оборудования после удара.

Помимо угрозы для всех типов электрических и коммуникационных сетей, удары молний опасны для жизни. Исследователи выделяют пять различных способов поражения человека молнией. Так, жертвы прямого удара чаще всего находятся на открытой местности, а часть тока проходит вдоль поверхности кожи и непосредственно над ней, другая часть проходит через тело как правило через сердечно-сосудистую и/или нервную системы.

Подробнее о том, в какие места чаще всего попадают молнии и как от них спастись ранее рассказывал мой коллега Рамис Ганиев, рекомендую к прочтению

Что такое молниеотвод?

Молниезащита (грозозащита или громоотвод) представляет собой комплекс разнообразных мер. Самый известный тип громоотвода называется стержень Франклина проводящий электричество металлический стержень, который перехватывает молнии и направляет их на землю. Чаще всего молниеотвод устанавливают на аэродромах, портах, промышленных зданиях или рядом с ними.

Молниеотвод помогает предотвратить накапливание заряда.

Если говорить совсем просто, то система молниезащиты обеспечивает легкий путь молнии к земле. Каждая часть «стержня Франклина» изготавливается из алюминия или меди и устанавливается в самой высокой точке здания или другой конструкции.

Больше по теме: Интересные и малоизвестные факты о молниях

Громоотводы также соединяются с другими металлическими компонентами например, с телевизионной антенной и нисходящими проводами, соединяющие стержень и систему заземления. Интересно, что устанавливать громоотводы можно на любом количестве зданий и других конструкций.

Молния электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.

К слову, деревянные конструкции без «стержней Франклина» подвержены риску возгорания, а пористые или насыщенные водой строительные материалы, такие как кирпич и бетон, могут и вовсе взорваться после удара молнии.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

Может ли лазер защитить от молнии?

Недавно группа ученых из Женевского университета и других исследовательских центров разработала первый в мире лазерный громоотвод. С его помощью, как сообщают авторы изобретения, можно отражать молнии на десятки метров причем даже в плохую погоду. И несмотря на то, что это звучит необычно, в 2004 и 2011 году над ней работали исследователи из разных стран мира. Правда, никаких убедительных доказательств получить так и не удалось.

Теперь мощный лазер, направленный в небо, можно использовать как громоотвод. Дело в том, что мощный лазерный луч, направленный в атмосферу, ионизирует путь, по которому следует молния и фактически направляет ее в определенное место, где ее можно заземлить.

Устройство испытали на горе Санти для защиты 124-метровой телекоммуникационной антенны.

Читайте также: Можно ли в грозу разговаривать по телефону?

Чтобы доказать работоспособность теории, ученые провели эксперимент на горе Санти на северо-востоке Швейцарии, установив новый громоотвод рядом с телекоммуникационной антенной высотой 124 метра. В результате новое лазерное устройство уловило и перенаправило разряд молнии в небо, предотвратив его попадание в антенну.

Мы потратили год анализируя данные и пришли к выводу, что разряд молнии следует за лучом практически 60 метров прежде чем достигает антенны. Это означает, что лазер увеличивает радиус защитной поверхности со 120 до 189 см, объясняют авторы эксперимента.

Так как удары молнии можно предсказать, исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали систему искусственного интеллекта, дополняющую лазерный громоотвод для прогнозирования вспышек молнии. Новая система позволяет прогнозировать удар за 10-30 минут на площади 30 километров (с погрешностью 20%).

Новое исследование призвано улучшить стратегии молниезащиты жизненно важной инфраструктуры электростанций, аэропортов и стартовых площадок для космических миссий.

И хотя новая модель имеет фундаментальное преимущество над ранее разработанными системами, у ученых впереди много сложной работы. Так, исследователям предстоит понять как именно возникают удары молнии и найти наилучший способ защиты зданий, самолетов, небоскребов и людей.

Не пропустите: В документах XII века найдено самое первое упоминание шаровой молнии

Как управлять молнией

Создатели первого в мире лазерного молниеотвода пришли к выводу о необходимости дополнительных исследований и экспериментов, полученные ими результаты расширяют современное понимание лазерной физики в атмосфере и могут помочь в разработке новых стратегий защиты людей и критически важных объектов инфраструктуры.

В ходе эксперимента за шесть часов работы во время грозовой активности лазер изменил траекторию четырех восходящих грозовых разрядов.

А вы знали, что антиматерию охладили почти до абсолютного нуля лазерным лучом? Все подробности здесь, не пропустите!

Полученные результаты также имеют большое значение для изучения климатических изменений удары молнии над горами (в результате глобального потепления) могут спровоцировать ураганы и послужить дополнительной причиной лесных пожаров, которые ранее достигли беспрецедентного уровня. Ученые также надеятся, что их разработка существенно снизит риск поражения молнией в густонаселенных районах мегаполисов.

Когда-то давно солдаты были вооружены примитивными пистолетами и автоматами, но теперь в распоряжении военных есть танки и даже огромные корабли с лазерными установками. Недавно устройство, стреляющее по вражеским целям лазерными лучами, было установлено на десантный корабль USS Portland (LPD 27). То, насколько быстро лазерное оружие способно уничтожать вражескую цель, было показано на видео, опубликованном Военно-морскими силами США. Происходящее напоминает кадры из фантастических фильмов вроде Звездных войн корабль испускает мощный поток энергии и буквально на глазах разрушает своего врага. А врагом, в ходе испытания оружия, служил беспилотный летательный аппарат.

Лазерная пушка

Десантный корабль USS Portland (LPD 27) довольно молодое судно, которое начало использоваться Военно-морскими силами США в декабре 2017 года. Одним из его главных боевых элементов является лазерная установка LWSD Mark 2 MOD 0, которая испускает мощный поток света в сторону вражеской цели, нагревает до температуры возгорания и уничтожает его.

Корабль USS Portland (LPD 27) с самого начала предназначался для установки лазерного оружия

Лазерное оружие может использоваться по-разному: для непосредственного уничтожения вражеских целей, ослепления их систем слежения и прицелов, а также дистанционной активации мин и выполнения других задач. На носовой части корабля USS Portland (LPD 27) установлен твердотельный лазер, предназначенный для непосредственного уничтожения вражеской цели.

Твердотельный лазер разновидность лазера, в котором за длину и другие параметры испускаемого луча отвечает твердое вещество. Подробнее обо всем этом написано ниже.

Устройство лазера

Любое лазерное устройство состоит из трех частей: источника энергии, лазерного материала и системы зеркал. В качестве источника энергии могут служить мощные лампы, возникающий при химических реакциях свет и взрывчатые вещества. Лазерный материал определяет длину и другие свойства испускаемого луча он расположен в середине устройства и может быть жидкостью, газом и твердым веществом вроде кристаллов и стекла. Система зеркал необходима для усиления луча и состоит, как вы могли уже понять, из нескольких зеркал.

Самый первый твердотельный лазер был основан на рубине

Твердотельный лазер для корабля USS Portland (LPD 27) был разработан Военно-морскими силами США, опираясь на технологий Northrop Grumman. О том, что корабль получит установку от этой компании, стало известно в 2019 году. Тогда сообщалось, что мощность лазера достигнет 100 кВт это при том, что многие наложенные на лазеры задачи выполняются при 25 50 кВт. Какой именно материал был использован для определения длины испускаемого луча, неизвестно. Но боевые способности лазера впечатляют луч достиг своей цели в виде беспилотного летательного аппарата и уничтожил его буквально за несколько секунд. Деталями испытательной миссии поделилось издание New Atlas.

Многие детали испытательной миссии держатся в секрете. Размеры уничтоженного летательного аппарата нам неизвестны, как и расстояние от него до корабля. Даже место проведения испытания строжайшая тайна. Известно только то, что корабль находился на Территории Тихого океана, недалеко от гавани Перл-Харбор.

Читайте также: Лазеры научились находить космический мусор

По словам капитана корабля USS Portland (LPD 27) Керри Сандерса (Karrey Sanders), проводя подобные испытания, они получают ценную информацию об эффективности боевых лазеров против потенциальных угроз. Проведенное испытание как минимум доказало, что установку можно использовать для полного уничтожения небольших летательных аппаратов. Если же цель будет больше, возможно, боевой лазер сможет хотя бы нарушить работу их бортовых систем.

Лазерное оружие

Вообще, у лазерного оружия есть масса положительных качеств. Первое, о чем следует упомянуть это низкая стоимость одного выстрела. Один выстрел из лазерного оружия, установленного на корабль USS Portland (LPD 27), стоит один доллар. А теперь давайте сравним эту стоимость с ценой снаряда корабля Замволт в 2016 году один выстрел мог обходиться в 2 миллиона долларов. А все дело в том, что стоимость одного снаряда составляет 800 тысяч долларов, а к этой цене необходимо прибавить расходы на эксплуатацию и другие цели. А лазер это просто луч мощного света и даже учитывая расходы на энергию, стоит он недорого.

Один выстрел из корабля Замволт может обойтись в 2 миллиона долларов

Помимо цены, лазерное оружие привлекает военных тем, что луч доходит до цели со скоростью света. При стрельбе не нужно рассчитывать скорость движения цели и окружающие условия вроде ветра у врага практически нет шансов уклониться от выстрела. Вдобавок, луч света это не тяжелый снаряд, так что отдачи от него никакого нет.

Но у лазерного оружия есть и минусы. Излучающие мощные лучи света пушки трудно использовать в тумане и при наличии между кораблем и целью преграды. Грубо говоря, луч света нельзя перекинуть через стену как гранату необходима прямая доступность вражеского объекта. Хотя, в теории можно отразить луч от какого-нибудь зеркального объекта и попасть в цель.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Лазерное оружие разрабатывается разными странами начиная с 1960-х годов. На данный момент, из-за большого размера и массы источников питания, их можно устанавливать только на большую технику вроде кораблей.

Вообще, лазеры используются не только в военных целях. Недавно мой коллега Александр Богданов подробно рассказал, как при помощи лазера можно питать аппарат, расположенный на Луне. Рекомендую к прочтению!

Кадр из видео, опубликованного Военно-морскими силами США

На 3D-принтере можно печатать не только пластиковые детали, но и еду

Сегодня любой человек имеет возможность купить себе 3D-принтер и печатать нужные вещи прямо у себя дома. Обычно такая техника используется для создания фигурок или недостающих деталей мебели и техники. Но иногда принтерам для трехмерной печати находится применение даже в кулинарии в них загружается сырье вроде фарша и впоследствии печатаются блюда разных форм и размеров. При этом блюда можно сразу обжаривать при помощи лазеров, тем самым обеспечивая им правильный нагрев и придавая сочность и красивый внешний вид. Недавно ученые Колумбийского университета провели серию экспериментов, чтобы выяснить, чем обжаривание блюд при помощи лазеров лучше готовки в обычной печи. Оказалось, что приготовленная таким образом пища обладает лучшими качествами и позволяет поварам раскрыть свой творческий потенциал.

Интересный факт: в 2013 году компания Defense Distributed разработала пистолет из пластмассы, который можно напечатать на 3D-принтере. После этого Государственный департамент США пытался добиться запрета такого оружия, но производитель смог получить разрешение на распространение трехмерных моделей оружия. Однако, в некоторых штатах Америки и в Великобритании такие изделия строго запрещены.

Печать еды на 3D-принтере

Впервые печать продуктов питания на 3D-принтере была упомянута в 2015 году на страницах научного журнала Procedia Manufacturing. В целом, принцип технологии всем известен в принтер заливается сырье и из него слой за слоем создаются различные блюда. Только вот в качестве чернил всегда используются разные вещества. Например, в 2018 году группа корейских ученых под руководством Ри Чжин-Ку (Jin-Kyu Rhee) взяла на вооружение криогенную муку. Если говорить чуть проще, исследователи подвергли продукты температуре 100 градусов Цельсия и получили микрочастицы, состоящие из углеводов и белков. Путем контроля их соотношения ученые смогли напечатать пригодные к употреблению в пищу структуры.

При помощи 3D-принтера блюдам можно придавать самые разные формы

Читайте также: Ученые разработали искусственное фуа-гра. Почему это хорошая новость?

Приготовление пищи при помощи лазера

В рамках научной работы, результаты которого были опубликованы в научном журнале Science of Food, американские ученые попробовали не только напечатать еду, но и одновременно обжарить ее. Причем готовку они проводили двумя способами: первую группу напечатанных продуктов они нагревали при помощи лазера, а вторую грели в обычной печи. Главной целью ученых было сравнение вкусовых и других качеств напечатанной пищи, обжаренной разными способами. В качестве сырья для 3D-принтера использовалось куриное мясо, из которого были сделаны структуры квадратной формы.

На рисунке a показана напечатанная на 3D-принтере структура из куриного мяса. На рисунке b это мясо разогревается при помощи лазера

В ходе экспериментов ученые выяснили, что приготовленная при помощи лазера пища меньше теряет свой вес и объем, чем приготовленная в печи. Также лазерная готовка не дала продуктам обгореть по краям, как это обычно происходит в случае готовки в печах. Мощный лазер продемонстрировал большую проникающую способность, то есть поджаривал кусочки мяса быстрее. Но у слабого лазера тоже нашлись свои преимущества он хорошо подходит для подрумянивания поверхности блюд. Также слабые лучи могут применяться для готовки тонких продуктов. Например, в случае необходимости повара будут иметь возможность быстро согревать составные части бутерброда.

Возможно, в будущем в наших домах появятся кухонные принтеры

Авторы научной работы отметили, что они также дали попробовать приготовленное разными способами мясо двум дегустаторам. Добровольцы поделились, что им больше всего понравились продукты, приготовленные при помощи лазера. Их главными преимуществами оказались большая сочность и однородная текстура. В заключении исследователи поделились, что технология готовки блюд при помощи лазера способна не только улучшить вкус продуктов, но и позволить поварам наносить на их поверхности различные узоры, делая их более красивыми.

Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!

Исходя из всего этого следует, что в будущем кулинария может стать еще более интереснее, чем сейчас. Приготовление еды при помощи лазера это круто, но ведь еще есть технология изготовления искусственного мяса. Например, недавно компания Wildtype научилась изготавливать в лабораторных условиях мясо рыбы. Благодаря таким открытиям, в будущем люди будут меньше вредить природе и окружающей среде в целом. Но для этого нужно здорово постараться.

Последние комментарии