К звёздам на электротяге

Межпланетные перелёты — уже не фантастика, но инженерная задача с простым ограничением: топлива не хватает. Чтобы разогнать космический аппарат, нужно много энергии. Но чем больше топливных баков мы берём с собой, тем тяжелее становится сама ракета. Это замкнутый круг: энергия уходит не на полёт, а на разгон топлива, которое нужно нести ради... топлива.

Ионные двигатели пытаются обойти эту ловушку. Они не дают сильного рывка, как классические двигатели на жидком ракетном топливе (ЖРД), но работают экономно и долго. Это уже не импульс — это движение по инерции, но с постоянным подталкиванием. Такой подход позволяет медленно, но верно набирать скорость в межпланетном пространстве.

Что такое ионный двигатель

В ионных (электрореактивных) двигателях всё происходит иначе. Вместо сгорания топлива и выброса продуктов в сопло, как в обычной ракете, здесь разгоняют ионы инертного газа (чаще всего ксенона) с помощью электромагнитных полей. Энергия поступает от солнечных панелей или ядерных источников.

Тяга таких двигателей — очень мала: десятки или сотни миллиньютонов (примерно как вес скрепки или визитки), зато удельный импульс в разы выше, чем у ЖРД. Это значит, что при том же запасе массы можно лететь гораздо дальше. Работает двигатель месяцами, постепенно наращивая скорость аппарата.

Где уже применяются

– корректировка орбит спутников связи и навигации
– научные зонды, направляемые к астероидам и планетам
– вспомогательные тяговые установки на межпланетных станциях и орбитальных модулях Луны и Марса


Кто делает ионные двигатели в России

Ионные и плазменные двигатели в России — это уже не концепция, а реальное производство. Вот ключевые разработчики:

– АО «МКБ «Факел» им. П. Д. Грушина (Калининград) — ведущий производитель холловских двигателей, включая модели SPT-100, SPT-140 и более мощные версии. Их установки стоят на многих спутниках.
– НИИТП им. А. Г. Иосифьяна (Московская обл.) — центр исследований в области СВЧ-плазменных ускорителей и ионизационных камер.
– НПО «Искра» (Томск) — делает компактные источники тяги для малых космических аппаратов.
– ФГУП «Микрокосмос-РФ» и РКЦ «Прогресс» (Нижний Новгород) — отвечают за интеграцию российских ионных двигателей в малые спутники и группировки.

А где предел

Ионные двигатели — это шаг вперёд в задачах дальнего космоса. Но и они не без ограничений:
– Невозможно стартовать с Земли — тяга слишком мала, нужен «толчок» от ракеты.
– Разгон долгий, скорость растёт медленно, зато постоянно.
– Сложные системы управления и требования к надёжности источников энергии.

Тем не менее, электрореактивная тяга — один из самых перспективных вариантов для длительных миссий за пределы орбиты Земли. Возможно, именно такие двигатели однажды выведут нас к Марсу, поясу астероидов и дальше. Пусть медленно, но точно.

Просыпаешься и смотришь на часы: точно ли ты отдохнул и восстановился

Одна из самых популярных функций в гаджетах — отслеживание уровня стресса. Разбираемся, как это работает и в чем задачи для инженеров

Показатели, которые собирают часы

Сердечный ритм
Температура кожи
Дыхание
Уровень кислорода в крови

Основа технологии
Часы используют терморезистор для измерения температуры, а также PPG-датчики, которые с помощью лазера помогают измерять скорость сердцебиения, давление. В основе технологии лежит машинное обучение, основанное на клинических испытаниях и особенностях конкретного индивида. Эти алгоритмы позволяют учитывать индивидуальные особенности пользователя

Где возникают погрешности
Внешние факторы: физическая активность, прием лекарств, кофеин и алкоголь могут влиять на сердечный ритм и другие показатели, искажая данные о стрессе

Точность датчиков: оптические датчики PPG чувствительны к движению и плохо прилегающим к коже часам, что может приводить к неточным измерениям

Отсутствие контекста: часы могут определить повышенный уровень стресса, но не всегда могут предоставить информацию о его причине. Это делает интерпретацию данных сложнее

Задачи, которые ещё предстоит решить
Повышение точности и надежности: необходимы более точные датчики и алгоритмы, учитывающие индивидуальные особенности пользователя и внешние факторы

Отделение стресса от эмоциональных состояний: часы в основном опираются на сердечный ритм и дыхание, поэтому могут ошибочно принять яркие эмоции за стресс, что мешает точности измерений

Интеграция в другие медицинские сервисы: чтобы технология приносила пользу необходимо интегрировать её в медицинские сервисы, которые помогли бы пользователю самостоятельно снизить уровень стресса

Когда спутники «молчат», а знать, где ты — нужно

На глубине шахты, в промзоне, под землей — там, где сигнал GPS не проходит, может быть заглушен, подменен или недостаточно точен для критичных задач — появляется вопрос: как определить местоположение техники или человека. И зачастую это не про удобство, а про производственную необходимость: где находится робот? как управлять складской логистикой? как сориентировать сельскохозяйственный дрон?

Какие возможны решения

Внутри зданий, тоннелей, ангаров сигнал от спутников теряется. Вдобавок все чаще встречаются системы активного подавления и фальсификации сигнала. Чтобы обеспечить навигацию в таких условиях, инженеры используют локальные навигационные системы, независящие от спутников.

Существуют разные подходы: оптические (лидары), ультразвуковые, машинное зрение, навигация по Wi‑Fi и Bluetooth-маячкам. Каждая технология дает разные точности, требует различной инфраструктуры и по-разному ведёт себя в условиях зашумлённой или динамичной среды. Выбор решения зависит от конкретной инженерной задачи.

Один из подходов — система ПИРС

В ИРЭ им. В. А. Котельникова МЭИ создаётся программно-аппаратный комплекс ПИРС — навигационная система для работы в замкнутых пространствах, с точностью позиционирования до 30 см. В ее основе — технология сверхширокополосной радиосвязи (UWB), которая позволяет определять расстояние до опорных точек с помощью коротких радиоимпульсов.

Навигационный радиомодуль ПИРС работает как замена GPS-приёмника в условиях, где сигнал со спутников недоступен. Чтобы система работала, в помещении или на объекте заранее размещаются опорные точки — якоря. Взаимодействуя с ними, модуль позволяет точно определить местоположение носителя — будь то робот, дрон или транспортная единица.

Где используется ПИРС

Сегодня комплекс применяется как основа навигации для:
— автономных наземных роботов;
— дронов и БПЛА в закрытых помещениях;
— задач производственной автоматизации;
— логистики на складах и в цехах;
— инженерных соревнований;
— образовательной робототехники.

Разработкой занимается команда преподавателей, инженеров и выпускников кафедры радиотехнических систем. Система неоднократно тестировалась в реальных условиях и используется в демонстрационных проектах и прототипах.

Какие перспективы

Локальная навигация становится фундаментом для робототехники и автоматизации. Она помогает решать задачи управления беспилотными системами там, где невозможно использовать классический GPS. Это направление активно развивается, и в него можно включиться ещё на старших курсах — от построения архитектуры до настройки алгоритмов.

Ничего интереснее нет, чем то, чем вы [инженеры] занимаетесь

Согласны с Владимиром Владимировичем на 110%

https://news.1rj.ru/str/nos_mediaa/13114

Робо-Окунь: какую жизнь ему предстоит прожить

Недавно силами инженеров Самарского университета на свет появился робо-окунь. Пусть забавный внешний вид не вводит вас в заблуждение — он будет решать серьезные технические задачи.

Подобные подводные роботы нужны для точечной инспекции конструкций, оперативного экологического мониторинга и поиска мелких предметов после ЧП; манёвренность и невысокая стоимость делают частые проверки реалистичными там, где большие аппараты не подходят.

Датчики и батарея
В корпусе обычно стоят камера с подсветкой, сканирующий или многолучевой сонар и набор датчиков качества воды (температура, солёность, примеси). Для ориентирования используются IMU и энкодеры, а источник энергии — литий-ионный аккумулятор; из-за ограниченного объёма батареи ключевая задача — энергосбережение и приоритезация задач на борту.

Связь и навигация
Ориентирование обеспечивают DVL (доплеровский измеритель скорости) и инерциальная подсистема; для коррекции позиции и поиска применяют акустические приёмопередатчики и локальные маяки. В некоторых системах добавляют UWB или радиомодули для ближней связи и обмена телеметрией в защищённой зоне.

Главные сложности
Среда создаёт помехи: акустические отражения и шум судов искажают измерения, течения уводят аппарат, в мутной воде бесполезна оптика. Малые габариты лимитируют ёмкость батареи и полезную нагрузку, а логистика замены и возвращения аппарата в полевых условиях остаётся нетривиальной задачей.

Он пока выглядит как игрушка, но это игрушка с задачей: маленький, шустрый и бесстрашный — готов зайти туда, где человеку нельзя. Пусть инженеры ещё доведут его до ума, а робо-окунь отплатит делом: найдёт, измерит и вернёт важные данные — и, возможно, спасёт чей-то объект или чей-то день.

Беспроводная зарядка: что в ней такого?

Кладёте телефон на площадку — и он заряжается. За этой удобной повседневностью стоят чёткие инженерные шаги по созданию поля, его приёму и безопасному управлению энергопотоком.

Как это работает (на примере технологии Qi)

1. Зарядная площадка подключается к розетке; через её катушку течёт переменный ток и возникает переменное магнитное поле.
2. В телефоне под корпусом есть компактная приёмная катушка.
3. Когда телефон кладут на площадку, магнитное поле индуцирует переменный ток в приёмной катушке.
4. Этот ток проходит через выпрямитель и стабилизатор, превращается в постоянный ток и идёт на заряд аккумулятора. По сути это трансформатор с воздушным зазором — без общего сердечника, но с точным согласованием.

А можно так заряжать что-то большое?
Теоретически да.
Главные препятствия тут — дальность передачи, падение эффективности с рассеянием поля, нагрев и требования по безопасности. При увеличении мощности сложнее соблюдать нормы по излучению и предотвращать помехи для окружающей электроники.

Какие еще есть варианты?
— Резонансная магнитная передача: расширяет зону действия за счёт резонанса.
— Радиочастотная (RF) передача: питает низкоэнергетические датчики на метры.
— Лазерная/оптическая передача: высокая плотность в точке при прямой видимости, требует трекинга.
— Ультразвук/акустика: нишевые применения, пока с низкой эффективностью.

Над чем работают инженеры, чтобы все получилось?
— минимизируют потери и нагрев при высоких мощностях;
— разрабатывают динамическое согласование и трекинг приёмника;
— создают надёжную инфраструктуру «баз» и стандарты взаимодействия устройств.

Одна из кафедр МЭИ работает с технологиями беспроводного заряда. Скоро о них расскажем!