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Le prototype de lidar quantique acquiert des images 3D en temps réel alors qu’il est entièrement immergé sous l’eau

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Le prototype de lidar quantique acquiert des images 3D en temps réel alors qu’il est entièrement immergé sous l’eau

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Les chercheurs ont développé un système lidar qui utilise la technologie de détection quantique qui peut capturer des images 3D lorsqu’il est immergé sous l’eau. Ils ont montré le système l’utilisant pour prendre une image 3D (à gauche) d’un tuyau (à droite). Les scans ont été acquis dans des conditions de faible diffusion avec le système à photon unique immergé dans un réservoir. Crédit : Aurora Maccarone, Université Heriot-Watt

Pour la première fois, des chercheurs ont présenté un prototype de système lidar qui utilise la technologie de détection quantique pour obtenir des images 3D en immersion sous l’eau. La haute sensibilité de ce système peut permettre de capturer des informations détaillées même dans des conditions sous-marines extrêmement peu éclairées.

« Cette technologie pourrait être utile pour un large éventail d’applications », a déclaré Aurora Macaroni, membre de l’équipe de recherche et chercheuse à la Royal Academy of Engineering de l’Université Heriot-Watt au Royaume-Uni. « Par exemple, il peut être utilisé pour inspecter des installations sous-marines, telles que des câbles de parcs éoliens sous-marins et des coques de turbines immergées. Le lidar sous-marin peut également être utilisé pour surveiller ou étudier des sites archéologiques immergés et pour des applications de sécurité et de défense. »

Obtenir des images 3D à travers l’eau de l’océan peut être difficile car elle est limitée par la lumière, et toute particule dans l’eau dispersera la lumière et déformera l’image. Cependant, la détection de photon unique, qui est une technologie quantique, permet une pénétration très élevée et fonctionne même dans des conditions de faible luminosité.

dans Optique ExpressDes chercheurs de l’Université Heriot-Watt et de l’Université d’Édimbourg décrivent des expériences dans lesquelles un système entier de lidar à photon unique a été immergé dans un grand réservoir d’eau. Les nouvelles démonstrations rapprochent la technologie des applications pratiques que les expériences précédentes de l’équipe de recherche avec la détection sous-marine d’un seul photon, qui ont été menées dans des conditions de laboratoire soigneusement contrôlées avec la configuration optique située à l’extérieur d’un réservoir d’eau et l’analyse des données effectuée hors ligne.

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Ils ont également développé de nouveaux matériels et logiciels qui permettent la reconstruction en temps réel des images 3D obtenues par le système.

Cette animation montre un profil 3D du tube capturé lors d’expériences avec le système. Crédit : Aurora Maccarone, Université Heriot-Watt

« Ce travail vise à rendre les techniques de détection quantique disponibles pour les applications sous-marines, ce qui signifie que nous pourrons imager la scène d’intérêt dans des conditions de très faible luminosité », a déclaré McCarron. « Cela affectera l’utilisation des câbles sous-marins et des installations énergétiques, qui sont utilisées par tout le monde. Cette technologie peut également permettre une surveillance sans la présence humaine, ce qui signifie moins de pollution et moins de présence dans le milieu marin. »

Détection plus rapide en basse lumière

Les systèmes Lidar créent des images en mesurant le temps nécessaire à la lumière laser pour se refléter sur les objets de la scène et revenir au récepteur du système, appelé « temps de vol ». Dans le nouveau travail, les chercheurs ont cherché à développer une méthode pour obtenir des images 3D de cibles qui sont obscurcies par de l’eau trouble et donc invisibles pour les systèmes d’imagerie lidar conventionnels.

Ils ont conçu un système lidar qui utilise une source laser verte pulsée pour éclairer la scène d’intérêt. L’éclairage pulsé réfléchi est détecté au moyen d’un réseau de détecteurs de photons uniques, ce qui permet une détection ultra-rapide de faible luminosité et réduit considérablement le temps de mesure dans les environnements pauvres en photons tels que l’eau très diluée.

« En prenant des mesures de temps de vol avec une précision de chronométrage à la picoseconde, nous pouvons résoudre de manière routinière les détails millimétriques des cibles sur les lieux », a déclaré Macaroni. « Notre approche nous permet également de distinguer les photons réfléchis par la cible de ceux réfléchis par les particules dans l’eau, ce qui la rend particulièrement adaptée à la réalisation d’images 3D dans des eaux très troubles où la diffusion optique peut détruire le contraste et la résolution de l’image. »

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Le fait que cette approche nécessite des milliers de détecteurs à photon unique, produisant tous plusieurs centaines d’événements par seconde, rend extrêmement difficile la récupération et le traitement des données nécessaires à la reconstruction d’images 3D en peu de temps, en particulier pour les applications en temps réel. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé des algorithmes spéciaux pour l’imagerie dans des conditions de dispersion élevée et les ont appliqués en conjonction avec du matériel de processeur graphique (GPU) largement disponible.

La nouvelle technologie est basée sur des développements technologiques importants. « L’Université Heriot-Watt a une solide expérience dans les techniques de détection à photon unique et le traitement d’image des données à photon unique, ce qui nous a permis de démontrer l’imagerie avancée à photon unique dans des conditions très difficiles », a déclaré McCarron.

« L’Université d’Édimbourg a fait des progrès fondamentaux dans la conception et la fabrication de réseaux de détecteurs d’avalanche à photon unique, nous permettant de construire des systèmes d’imagerie compacts et robustes basés sur des technologies de détection quantique. »

Essai sous-marin

Après avoir optimisé la configuration optique sur un banc d’éclairage de laboratoire, les chercheurs ont connecté le système lidar à une unité de traitement graphique pour obtenir un traitement des données en temps réel tout en mettant en œuvre un certain nombre d’approches de traitement d’image pour l’imagerie 3D. Une fois que le système fonctionnait correctement, ils l’ont transféré dans un réservoir mesurant 4 mètres de long, 3 mètres de large et 2 mètres de profondeur.

Comme le système était immergé dans l’eau, les chercheurs ont ajouté un agent diffusant de manière contrôlée pour rendre l’eau plus trouble. Des expériences à trois niveaux de turbidité différents ont démontré une imagerie réussie dans des scénarios de diffusion élevée contrôlée à des distances de 3 m.

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« Les technologies à photon unique se développent rapidement et nous avons montré des résultats très prometteurs dans les environnements sous-marins », a déclaré McCarron. « L’approche et les algorithmes de traitement d’image peuvent également être utilisés dans une grande variété de scénarios pour améliorer la visibilité dans des espaces clairs tels que le brouillard, la fumée ou d’autres obscurités. »

Les chercheurs travaillent maintenant à réduire la taille du système afin qu’il puisse être intégré dans un véhicule sous-marin. Par le biais du UK Quantum Technology Hub Network et d’InnovateUK, les chercheurs s’associent à l’industrie pour rendre la technologie disponible pour une gamme d’applications sous-marines.

Plus d’information:
Aurora Maccarone et al, un capteur d’imagerie LiDAR monophotonique immersif utilisé pour la reconstruction de scènes 3D en temps réel dans des environnements sous-marins clairsemés, Optique Express (2023). DOI : 10.1364 / OE.487129

Informations sur la revue :
Optique Express


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Le chef de l’Agence spatiale américaine veut parler avec la Chine des débris spatiaux

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Le chef de l’Agence spatiale américaine veut parler avec la Chine des débris spatiaux

29 août 2024

Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.

Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.

« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »

L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.

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Missile Longue Marche 6 modifié. Image de la China Aerospace Science and Technology Corporation

Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.

« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.

Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.

Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.

« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »

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Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.

« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »

En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.

« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.

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À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides

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À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides
À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides

Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP

Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.

Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».

Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.

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Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.

Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg

Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694

Astrobiologie

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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.

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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.

La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.

après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.

Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.

Une image à exposition temporelle capture la trajectoire enflammée d'une fusée Falcon 9 alors qu'elle s'éloigne de la station spatiale de Cap Canaveral tôt mercredi pour un vol visant à déployer 21 satellites Internet Starlink.
Une image à exposition temporelle montre la trajectoire enflammée d’une fusée Falcon 9 alors qu’elle s’éloignait de la station spatiale de Cap Canaveral tôt mercredi pour un vol visant à déployer 21 satellites Internet Starlink. Cette photo a été prise depuis le Pad 39A du Kennedy Space Center voisin, où la mission Polaris Dawn attend son lancement sur un vol commercial comportant la première sortie dans l’espace non gouvernementale. Ce vol est désormais suspendu dans l’attente d’une enquête sur les raisons pour lesquelles le premier étage d’une fusée Starlink s’est brisé lors de l’atterrissage sur un drone SpaceX au large des côtes.

EspaceX


La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.

« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.

« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.

Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.

L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.

L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.

Une caméra montée sur le premier étage d'une fusée Falcon 9 a capturé une vue du drone
Une caméra montée sur le premier étage d’une fusée Falcon 9 a capturé une vue du « manque de gravité » du drone quelques instants avant l’atterrissage. Une caméra sur le drone montre le pont d’atterrissage éclairé par les gaz d’échappement de la fusée alors qu’elle s’approche du navire.

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Au moment de l'atterrissage, un incendie s'est déclaré et l'une des jambes d'atterrissage s'est effondrée.
Au moment de l’atterrissage, un incendie s’est déclaré et l’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée.

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Le missile est ensuite tombé dans l'océan Atlantique.
Le missile est ensuite tombé dans l’océan Atlantique.

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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »

Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.

Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.

« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »

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