В передовых силовых микросхемах и радиочастотных усилителях используются полупроводники с широким значением запрещённой зоны, например, нитрид галлия (GaN). Львиную долю мировых поставок галлия контролирует Китай, и недавно введённые Пекином ограничения на его экспорт означают дополнительные риски для нацбезопасности ряда стран, включая США. Поэтому входящее в Минобороны США агентство DARPA поручило Raytheon разработать синтетические полупроводники из алмазов и нитрида алюминия в качестве альтернативы GaN.

Источник изображения: Maxence Pira / unsplash.com

Цель Raytheon — обеспечить внедрение данных материалов в оборудование, предназначенное для современных и перспективных радиолокационных и коммуникационных систем: радиочастотные переключатели, ограничители и усилители мощности — это поможет расширить их возможности и дальность действия. Такие компоненты будут применяться в аппаратуре для зондирования, радиоэлектронной борьбы, направленной передачи энергии и в системах высокоскоростного оружия, включая гиперзвуковое. В будущем, вполне возможно, подобные полупроводники найдут применение и в гражданской сфере, например, в электромобилях, системах связи и других приложениях.

Ведущим материалом в силовых и высокочастотных полупроводниках является нитрид галлия, ширина запрещённой зоны которого составляет 3,4 эВ. Его возможности способен превзойти синтетический алмаз с 5,5 эВ — он окажется полезным в оборудовании, где критически важны высокочастотные характеристики, высокая подвижность электронов, экстремальный контроль температур, высокие мощность и долговечность. Но синтетический алмаз пока является новым материалом в полупроводниковой сфере, и до сих пор существуют проблемы, связанные с его массовым производством. Ещё более широкая запрещённая зона в 6,2 эВ у нитрида алюминия, а значит, он даже лучше подходит для такого оборудования. Но Raytheon только предстоит разработать соответствующие полупроводниковые компоненты.

На первом этапе компания займётся разработкой полупроводниковых плёнок на основе алмаза и нитрида алюминия. На втором — эти технологии будут оптимизироваться для работы на пластинах большего диаметра, в частности, для сенсорных систем. Обе фазы Raytheon надлежит завершить за три года. У компании уже есть опыт в интеграции GaN- и GaAs-компонентов в радиолокационное оборудование, поэтому и с новой задачей она, вероятно, справится.

В рамках реализации программы DARPA «Океан вещей» (Ocean of Things) учёные из Университета Бингемтона разработали миниатюрную роботизированную платформу на бактериальном питании. Робот-водомерка с массой датчиков и радиосвязью сможет десятилетиями скользить по поверхности воды, получая электрическое питание для систем от процесса бактериальной жизнедеятельности в составе специальной батареи.

Источник изображения: Professor Seokheun “Sean” Choi

Исследователи нашли возможность объединить в одной батарее несколько штаммов бактерий, используя преимущества одних и других. Хотя работы ещё не завершены, учёные говорят, что таким образом можно повысить мощность и энергетическую плотность бактериального источника питания.

Батарея разрешает попадание воды вовнутрь, что приносит с собой влагу и питательные вещества. Находящиеся в батарее споры бактерий при благоприятных условиях начинают размножаться и при этом вырабатывают электричество, что свойственно процессам жизнедеятельности отдельных видов микроорганизмов. Пока они вырабатывают электричество, автономный «жучок» выполняет свою работу — плывёт в нужном направлении, фиксирует характеристики среды и проплывающие (пролетающие) в зоне чувствительности датчиков живые и неживые объекты. Затем он передаёт собранную информацию куда надо, если хватает питания.

Попадание в неблагоприятную среду заставляет бактерии в батарее снизить активность и уйти в состояние спор до лучших времён. Таким образом, батарея на бактериях потенциально может оставаться рабочей десятки лет и даже до 100 лет. В лабораторных условиях учёные смогли получить от прототипа батареи до 1 мВт мощности. Этого достаточно для перемещения миниатюрного робота-водомерки и для работы его основных датчиков. Учёные продолжат исследования, чтобы добиться от биобатареи ещё более внушительных характеристик. Они утверждают, что в этом поможет более тщательный подбор комбинации штаммов перспективных бактерий.

В рамках подготовки к строительству постоянно действующей обитаемой лунной базы агентство DARPA заключило с компанией Northrop Grumman контракт на разработку концепции лунной железной дороги.

Источник изображения: JB / pixabay.com

Идея о запуске поезда на Луне может показаться неожиданной, но за ней стоит твёрдая логика. Постоянное присутствие человека на Луне потребует наличия соответствующей инфраструктуры. Луна намного меньше Земли, но это всё-таки довольно крупный объект — площадь её поверхности сравнима с площадью Африки. Даже ограниченное присутствие человека здесь потребует какой-то транспортной системы, связывающей различные аванпосты и объекты обеспечения жизнедеятельности.

В этой связи наличие железной дороги действительно имеет смысл: она обеспечит не только логистику, но и станет решением одной из главных проблемы Луны — пыли. Лунная пыль абразивна, и она способствует коррозии. Из-за отсутствия воды статическое электричество заставляет её налипать на скафандры и оборудование, которые пачкаются, а срок их службы сокращается. Переезды по железной дороге сократят контакт с лунной пылью. Ещё один аргумент в пользу железной дороги — следы. Это на земной поверхности следы человека и транспортных средств быстро исчезают из-за дождей и эрозии, а на Луне они могут оставаться миллиарды лет. Свести такой ущерб к минимуму имеет смысл хотя бы из эстетических соображений.

В рамках реализации проекта инженерам Northrop Grumman предстоит определить необходимые для строительства лунной железнодорожной сети интерфейсы и ресурсы, сформировать смету прогнозируемых затрат, списки технологических и логистических рисков, разработать прототипы для концептуального проектирования и архитектуры, выработать механизмы постройки железной дороги с помощью роботов, решить проблемы планировки линий, строительства фундамента, прокладки путей и, наконец, проработать вопросы их эксплуатации: осмотра, технического обслуживания и ремонта железной дороги.

Несмотря на широкое распространение и надёжность ракетных двигателей на жидком и твёрдом топливе, в будущее их не пригласят. Потенциальной заменой двигателям на химическом топливе могут стать ротационные детонационные ракетные двигатели (Rotating detonation rocket engine — RDRE). Они обещают оказаться на 15 % экономичнее и будут надёжнее в эксплуатации. Но к этому ещё нужно прийти, а пока что такие двигатели проходят испытания.

Источник изображений: Venus Aerospace

На днях Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) сняло гриф секретности с процедуры испытания ротационного детонационного двигателя для ракет компании Venus Aerospace. Это позволило компании представить видео испытаний двигательной установки, в ходе которого была сделана заявка на достижение значимой вехи в разработке революционного двигателя.

По словам компании, её специалистам удалось добиться длительной работы двигателя, что подойдёт как для оснащения гиперзвуковой ракеты, так и гиперзвукового самолёта. Ранее подобным достижением хвалилось NASA. Создаваемый агентством ротационный детонационный двигатель смог проработать 4 мин. Этого хватит, например, чтобы посадить спускаемый модуль на Луну. Двигатель Venus Aerospace создаётся с прицелом на длительные перелёты в пределах Земли и для выхода аппаратов на орбиту. В таких условиях RDRE должен работать намного дольше и теперь, после испытаний, можно с уверенностью двигаться к этой цели, заявили в компании.

Впрочем, подробностей нет. Вероятно это секретная информация. Компания Venus Aerospace проектирует гиперзвуковой самолёт и разработка надёжного двигателя нужна ей как воздух. Ротационный детонационный ракетный двигатель грубо можно представить как два соосных цилиндра один в другом. Топливо впрыскивается в простенок между ними и поджигается. Создаётся взрыв и вихреобразное распространение ударной волны, что существенно повышает тягу и экономит топливо.

Прорывом Venus Aerospace стала разработка системы охлаждения двигателя, которая позволяет ему особенно длительную работу. Но компания находится лишь в начале пути. И не факт, что она его пройдёт — он слишком сложен и малоизучен.

Компания Bell Textron провела наземные испытания технологии двигателя со складывающимся винтом, которая будет использоваться в будущем самолёте SPRINT X-plane с вертикальным взлётом и посадкой. Bell Textron является одним из претендентов на заключение контракта с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) на разработку самолёта данного типа в рамках программы Speed and Runway Independent Technologies (SPRINT).

Источник изображения: Bell Textron

Конкуренцию Bell Textron составят Aurora Flight Sciences (дочерняя компания Boeing), Northrop Grumman Aeronautic Systems и Piasecki Aircraft Corporation, тоже получившие в ноябре гранты на $15 млн для подготовки концептуального проекта SPRINT X-plane и определения требований и интерфейсов на этапе 1A. Первый этап программы продлится 6 месяцев.

Цель проекта SPRINT — создание самолёта, который не зависит от наличия взлётно-посадочной полосы, для выполнения различных миссий: от высадки спецназа до оказания помощи при стихийных бедствиях в труднодоступных районах.

Наземные испытания Bell Textron, проведённые на базе ВВС Холломан в Нью-Мексико, призваны показать возможность перехода винтокрылого аппарата от вертикального взлёта с помощью винтового двигателя к горизонтальному скоростному полёту с использованием реактивного двигателя.

Подобно конвертоплану V-22 Osprey, будущий X-plane после вертикального подъёма на определённую высоту с помощью роторов будет наклонять их в горизонтальное положение для движения вперёд, но в данном случае вступают в действие реактивные двигатели. Чтобы уменьшить сопротивление воздуха и не мешать в полёте, роторы будут сконструированы так, чтобы не только поворачиваться, но и складываться, и фиксироваться на месте.

Второй этап программы 1B стартует в середине 2024 года. На этом этапе будет усовершенствована конструкция X-plane посредством всестороннего анализа, моделирования, испытаний компонентов и подсистем, планирования производства и планирования летных испытаний, кульминацией которых станет предварительный анализ конструкции. Второй этап будет включать детальное проектирование, строительство, наземные испытания и сертификацию X-Plane Demonstrator. Третий этап — программа лётных испытаний X-plane — позволит проверить технологии и интегрированную концепцию в соответствующем масштабе и в реальных условиях полёта.

Ожидается, что новый пилотируемый самолёт сможет летать со скоростью до 833 км/ч на высоте до 9100 м и перевозить груз весом до 2300 кг на расстояние до 370 км.

Американское оборонное агентство DARPA подготовило тендер на разработку программы внутренней когнитивной безопасности (ICS — Intrinsic Cognitive Security). Она будет предназначена для защиты военных гарнитур смешанной реальности от кибератак, нацеленных непосредственно на органы чувств солдат.

Источник изображения: microsoft.com

Когнитивными атаками в ведомстве называют злонамеренные действия, «эксплуатирующие тесную связь между пользователем и оборудованием смешанной реальности». У них много общего с традиционными кибератаками, вызывающими техническую перегрузку ресурсов, интеграцию избыточных данных или сбои в работе сетевых компонентов. Только объектом когнитивной атаки является сам пользователь, и для её осуществления на экран гарнитуры смешанной реальности могут выводиться загромождающие обзор посторонние объекты, а также перехватываться данные системы отслеживания направления взгляда — своеобразный аналог кейлоггера. Таким образом оказавшаяся под атакой гарнитура выводит пользователю недостоверную информацию, либо вовсе провоцирует тошноту и прочие признаки недомогания, то есть может полностью вывести солдата из строя.

Бороться с подобными атаками в DARPA предлагают при помощи формальных методов. Система защиты должна «предоставить средства символического исследования цифрового пространства (при помощи аппаратного или программного обеспечения) и введения свойства правильности или безопасности, которое является истинным для всех возможных входящих данных». Для этого DARPA предлагает выстроить математические модели когнитивных механизмов «человеческого восприятия, действий, памяти и рассуждений» и на их основе установить, как создать некую форму универсальной защиты от когнитивных атак.

Опасения DARPA вполне обоснованы: в прошлом году по результатам испытаний военной версии гарнитуры смешанной реальности на базе Microsoft HoloLens было установлено, что за несколько часов она вызывает у военнослужащих головные боли, усталость глаз и тошноту. В новой версии гарнитуры эти проблемы исправлены, однако защита от атак нужна. Учитывая, что работа над программой DARPA ICS ещё не началась, участвующие в дальнейших испытаниях HoloLens американские военнослужащие пока не смогут рассчитывать на механизмы когнитивной защиты.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) объявили во вторник о сотрудничестве с целью создания и запуска на орбиту аппарата с ядерным двигателем к 2027 году.

NASA

В соответствии с заключённым соглашением, NASA присоединится к программе Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO) компании DARPA, запущенной в 2021 году с целью разработки ядерного теплового двигателя для космической ракеты.

«NASA будет работать с нашим давним партнёром DARPA с целью создания и демонстрации передовой технологии ядерных тепловых двигателей уже в 2027 году. С помощью новой технологии астронавты смогут путешествовать в дальний космос и возвращаться обратно быстрее, чем когда-либо, что является важным фактором для подготовки к пилотируемым полётам на Марс», — отметил директор NASA Билл Нельсон (Bill Nelson) во время презентации на научно-техническом форуме и выставке Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) 2023 года, которые прошли в Национальной гавани (штат Мэриленд, США).

Как отмечено в пресс-релизе NASA, космические аппараты с ядерной тепловой установкой позволят сократить продолжительность полёта, снижая риски для астронавтов во время длительных миссий, таких как пилотируемых полёты на Марс. Более длительные полеты требуют транспортировки большего количества припасов и использования более надёжных систем.

Новые, более эффективные транспортные технологии помогут NASA в выполнении лунной и марсианской миссий. Благодаря более мощным ядерным двигателям можно будет иметь на борту корабля больше полезной нагрузки для научных исследований и использовать более мощные приборы и средства связи.

Сообщается что тепловой ядерный двигатель (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) может быть в три или более раз эффективнее обычных химических двигателей.

NASA и DARPA опубликовали межведомственное соглашение, определяющее роли и обязанности каждой из сторон. В соответствии с соглашением, Управление космических технологий NASA (Space Technology Mission Directorate, STMD) возглавит техническую разработку ядерного теплового двигателя для экспериментального космического корабля DARPA. Заказчиком разработки всей ступени и двигателя, включая реактор, выступает DARPA, которое возглавит общую программу, включая интеграцию и закупку ракетных систем, согласования, планирование, обеспечит безопасность и ответственность, а также общую сборку и интеграцию двигателя с космическим кораблём.