S'inspirer du livre de la nature pourrait permettre aux humains d'atténuer les températures inférieures à zéro sans nuire à l'environnement
Sudip Sharma, chercheur postdoctoral en science et ingénierie des matériaux qui travaille dans le laboratoire d'Anish Tuteja, ajoute des gouttes d'eau dans une unité de refroidissement. Chaque goutte contiendra un mélange chimique différent qui peut modifier la température à laquelle l'eau gèle. Sharma et d'autres du laboratoire Tuteja espèrent que ces tests les aideront à trouver des produits de dégivrage plus respectueux de l'environnement. Crédit image : Marcin Szczepanski, Michigan Engineering.Sudip Sharma, chercheur postdoctoral en science et ingénierie des matériaux qui travaille dans le laboratoire d'Anish Tuteja, ajoute des gouttes d'eau à une unité de refroidissement conçue pour mesurer la température de congélation de l'eau. La plaque contient 96 puits, chacun pouvant contenir une goutte d'un mélange chimique unique qui fait geler l'eau à des températures plus chaudes ou plus froides que la normale. Au-dessus de chaque puits de la plaque se trouvent des lentilles de caméra individuelles qui permettent aux chercheurs de voir quand les gouttelettes gèlent à mesure que la température de l'enceinte baisse. À l’heure actuelle, Sharma doit traiter chaque échantillon manuellement, mais l’équipe travaille sur un moyen d’automatiser le processus afin de pouvoir tester rapidement des milliers d’échantillons. Crédit image : Marcin Szczepanski, Michigan Engineering.
De nouveaux matériaux non toxiques pourraient un jour protéger les panneaux solaires et les ailes d’avion de la glace, protéger les premiers intervenants des engelures et bien plus encore, grâce à un nouveau projet dirigé par l’Université du Michigan avec le financement de la Defense Advanced Research Projects Agency.
L’équipe de recherche étudiera les molécules biologiques que d’autres organismes utilisent pour survivre à des températures glaciales. Le projet est officiellement lancé cette semaine et inclut des chercheurs de Raytheon Technologies, de l'Université d'État du Dakota du Nord et de l'Université du Minnesota.
Les matériaux existants utilisés pour accomplir ces exploits présentent de sérieux inconvénients. Par exemple, les sels de voirie empêchent les trottoirs et les rues de geler, mais érodent également le béton et l'eau douce naturelle pénètre dans les eaux de ruissellement par ruissellement. Dommage pour la vie aquatique.
Pulvérisation d'aéronefs b Liquides de dégivrage Les vols hivernaux sont garantis sûrs, tout comme les produits chimiques contenus dans ces fluides. Toxique Ça peut aussi Pollution des cours d'eau. Une partie de ce que les chercheurs visent à réaliser grâce à ce projet de 11,5 millions de dollars n'a pas d'équivalent actuel, comme une lotion qui protège contre les engelures sans lourdes couches hivernales.
« Depuis sept ou huit ans, mon groupe fabrique des surfaces avec une très faible adhérence à la glace. Ces couches de déglaçage pourraient être très utiles pour un certain nombre d'applications telles que les éoliennes, les lignes électriques ou les ailes d'avion », a-t-il déclaré. Anish Tutejachercheur principal du projet et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Michigan.
Le coussin réfrigérant du laboratoire Tuteja repose sur un maillage fin recouvert d'une matière déperlante. Le revêtement permet à chaque cocktail chimique de rester sur la plateforme sous la forme d'une sphère presque parfaite, minimisant ainsi l'effet du matériau de la plateforme sur le point de congélation de la goutte. Crédit image : Derek Smith et Marcin Szczepanski, Michigan Engineering.
« Cependant, pour de nombreuses autres applications, il serait avantageux d'éliminer complètement la formation de glace. Empêcher la formation de glace pendant des heures dans des conditions glaciales a été très difficile jusqu'à présent. »
Le projet vise à trouver des molécules qui peuvent être utilisées pour manipuler la glace et la neige de plusieurs manières, notamment en modifiant la température à laquelle l'eau gèle, en augmentant et en diminuant la force d'adhérence de la glace aux surfaces, en modifiant la structure de la glace qui se forme et en décourageant ou en encourageant glaçage. Les cristaux poussent sur les surfaces.
Pour atteindre leurs objectifs, l’équipe de recherche s’inspire des plantes, des animaux et des microbes. De nombreux organismes produisent des molécules qui leur permettent de survivre au gel ou qui empêchent leur corps de geler. Grenouilles des boisPar exemple, des lipides antigels sont produits pour empêcher la glace d'endommager les membranes cellulaires lorsqu'elles gèlent pendant l'hiver.
Tyler Olson, doctorant en physique appliquée qui travaille dans le laboratoire d'Anish Tuteja, teste la force avec laquelle les morceaux de glace adhèrent aux couches conçues pour maintenir les surfaces libres de glace. Vous utilisez un marteau pour déplacer des blocs de glace sur la surface et mesurez la force nécessaire pour déplacer la glace à l'aide d'un dynamomètre. Grâce à ces types de tests, le laboratoire de Tuteja peut voir si ses nouvelles molécules bio-inspirées peuvent faciliter l'élimination de la glace des surfaces. Les meilleurs revêtements permettront de déplacer la glace avec peu d'effort. Crédit image : Marcin Szczepanski, Michigan Engineering.
D'autres organismes produisent des molécules « nucléatrices de glace » qui stimulent la formation de glace à des températures plus chaudes que la normale. Bactéries Fausses seringues Produit des protéines nucléaires de glace pour geler les feuilles des plantes. La glace aide à décomposer les cellules végétales afin que les bactéries puissent accéder aux nutriments qu'elles contiennent.
En créant ces molécules naturelles et en les mélangeant en laboratoire, les chercheurs espèrent trouver des alternatives moins toxiques et biodégradables aux produits chimiques utilisés aujourd'hui dans le dégivrage, ainsi que des cocktails moléculaires qui pourraient permettre des technologies entièrement nouvelles.
« Si vous combinez les molécules dans les bonnes proportions, le point de congélation peut être abaissé davantage que ce que chaque molécule pourrait atteindre individuellement », a déclaré Tuteja.
Même si l’on part d’un petit sous-ensemble de molécules connues, le nombre de combinaisons et de rapports possibles peut devenir compliqué. L’équipe de recherche doit mesurer l’efficacité de plus de 5 000 molécules différentes de formation de glace et d’antigel au cours de la première année du projet. Ce nombre peut doubler ou tripler au fur et à mesure de l'avancement du projet.
Les grenouilles des bois gèlent complètement chaque hiver, mais reprennent vie au printemps. Ils survivent aux températures glaciales en fabriquant des produits chimiques qui protègent leurs cellules des dommages causés par la glace et abaissent les températures auxquelles l'eau gèle. De telles molécules donneront aux Laboratoires Toteja un point de départ pour concevoir de nouveaux produits de dégivrage. Crédit image : Jean Storey, fourni par la National Science Foundation.
Pour étudier rapidement ces amas moléculaires, l’équipe prévoit de construire une plateforme automatisée permettant de déterminer les températures de congélation de jusqu’à 1 500 échantillons par jour. L’équipe espère limiter sa recherche aux 30 molécules candidates les plus prometteuses pour des études plus approfondies d’ici la fin de leur première année.
Au cours de la deuxième année du projet, l'équipe testera la sécurité et la toxicité de chaque molécule candidate ainsi que son efficacité à plus grande échelle et sous plusieurs formes, telles que des liquides, des crèmes et des revêtements.
Non seulement ces expériences aideront les chercheurs à trouver les meilleurs mélanges d’antigivrage et de formation de glace, mais le vaste ensemble de données aidera également à révéler comment les différentes molécules formant de la glace et les inhibiteurs de glace font leur travail.
« Une fois que nous aurons commencé à collecter beaucoup de données sur le fonctionnement de ces molécules, nous travaillerons avec des experts en apprentissage automatique qui seront en mesure d'identifier quelles parties de la molécule peuvent être modifiées pour améliorer encore leurs performances », a déclaré Tuteja.
Un système de fusée innovant pourrait révolutionner les futures missions spatiales lointaines vers Mars, en réduisant leur nombre temps de voyage Sur la Planète Rouge pour quelques mois seulement.
L’objectif de faire atterrir des humains sur Mars a présenté une myriade de défis, notamment la nécessité de transporter rapidement de grosses charges utiles vers et depuis la planète lointaine, ce qui, selon l’emplacement de la Terre et de Mars, prendrait environ deux ans pour un aller-retour en utilisant technologie de propulsion actuelle.
La fusée à plasma pulsé (PPR), en cours de développement par Howe Industries, est un système de propulsion conçu pour être bien plus efficace que les méthodes actuelles de propulsion dans l’espace lointain, permettant le voyage entre la Terre et la planète rouge en seulement deux mois. Plus précisément, la fusée aura une impulsion spécifique élevée, ou Isp, qui mesure l’efficacité avec laquelle le moteur génère la poussée. Ainsi, cette technologie pourrait permettre aux astronautes et aux marchandises de voyager vers et depuis Mars plus efficacement et plus rapidement que les vaisseaux spatiaux actuels, selon un permis De la NASA.
à propos de: Combien de temps faut-il pour arriver sur Mars ?
Basé sur le concept de fusion par fission pulsée, PPR utilise un système basé sur la fission énergie nucléaire Le système, qui obtient l’énergie de la division contrôlée des atomes, génère une poussée pour propulser l’engin spatial. Cependant, le PPR est plus petit, plus simple et plus abordable que les concepts précédents.
En plus de permettre davantage de missions, le PPR peut prendre en charge des engins spatiaux beaucoup plus lourds, ce qui signifie qu’un blindage supplémentaire peut être installé pour réduire l’exposition de l’équipage aux radiations. Particules nocives à haute énergieappelés rayons cosmiques galactiques, qui peuvent être ressentis lors de missions spatiales de longue durée.
« Le PPR ouvre une toute nouvelle ère dans l’exploration spatiale », ont déclaré les responsables de la NASA.
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« Les performances exceptionnelles du PPR, combinant poussée élevée et propulsion élevée, ont le potentiel de révolutionner l’exploration spatiale », indique le communiqué. « La haute efficacité du système permet d’effectuer des missions habitées vers Mars en seulement deux mois. »
Le concept PPR entre désormais dans la phase 2 de l’étude Innovative Advanced Concept (NIAC) de la NASA, après avoir terminé la phase 1, axée sur les neutrons du système de propulsion, la conception du vaisseau spatial, du système d’alimentation et des sous-systèmes nécessaires, ainsi que l’analyse des capacités magnétiques de la tuyère. Déterminez les chemins et les avantages, selon la déclaration.
Au cours de la phase 2, les développeurs s’appuieront sur les évaluations de la phase 1 pour affiner la conception du moteur, mener des expériences de validation de principe et concevoir un concept de vaisseau spatial pour mieux protéger les vols humains vers Mars. Actuellement visité uniquement par des explorateurs robotiques, PPR pourrait un jour rapprocher la NASA de la création d’un projet Base permanente sur Mars.
Au cours des cinq dernières années, les astronomes ont découvert un nouveau type de phénomène astronomique qui existe à grande échelle, plus grande que des galaxies entières. Appelés ORC (circuits radio individuels), ils ressemblent à des anneaux géants d’ondes radio s’étendant vers l’extérieur comme une onde de choc.
Jusqu’à présent, les ORC n’ont jamais été observés à d’autres longueurs d’onde que la radio, mais selon une nouvelle… papier Libérés le 30 avril 2024, les astronomes ont capturé pour la première fois des rayons X associés à ORC.
Cette découverte fournit de nouveaux indices sur ce qui pourrait se cacher derrière la création de l’ORC.
Alors que de nombreux événements astronomiques, tels que les explosions de supernova, peuvent laisser des restes circulaires, les ORC semblent nécessiter une explication différente.
« L’énergie nécessaire pour produire une émission radio aussi étendue est très puissante », a déclaré Israa Bulbul, auteur principal de la nouvelle recherche. « Certaines simulations peuvent reproduire leurs formes mais pas leurs densités. Aucune simulation n’explique comment les ORC sont créés. »
Les ORC peuvent être difficiles à étudier, en partie parce qu’ils ne sont généralement visibles qu’aux longueurs d’onde radio. Ils n’ont jamais été associés à des émissions de rayons X ou d’infrarouges, et il n’y a aucun signe d’eux aux longueurs d’onde optiques.
Parfois, les ORC entourent une galaxie visible, mais pas toujours (huit ont été découverts jusqu’à présent autour de galaxies elliptiques connues).
À l’aide du télescope XMM-Newton de l’ESA, Bulbul et son équipe ont observé l’un des ORC connus les plus proches, un objet appelé Cloverleaf, et ont découvert une composante de rayons X frappante de cet objet.
Cette image multi-longueurs d’onde de l’ORC Cloverleaf (circuit radio unique) combine les observations de lumière visible de l’ancienne enquête DESI (Dark Energy Spectral Analyser) en blanc et jaune, les rayons X de XMM-Newton en bleu et la radio d’ASKAP (Australien). Carré) Matrice de kilomètres Pathfinder) en rouge. (X. Zhang et M. Kluge/MPE/B. Koribalski/CSIRO)
« C’est la première fois que quelqu’un voit l’émission de rayons X associée à un ORC », a déclaré Bulbul. « C’était la clé manquante pour percer le secret de la Formation Cloverleaf. »
Une radiographie d’une feuille de trèfle montre un gaz qui a été chauffé et déplacé par un processus. Dans ce cas, les émissions de rayons X révèlent deux amas de galaxies (environ une douzaine de galaxies au total) qui ont commencé à fusionner à l’intérieur de la feuille de trèfle, chauffant le gaz à 15 millions de degrés Fahrenheit.
Les fusions chaotiques de galaxies sont intéressantes, mais elles ne peuvent pas expliquer à elles seules une feuille de trèfle. Les fusions de galaxies se produisent dans tout l’univers, tandis que les ORC sont un phénomène rare. Il y a quelque chose d’unique qui se passe pour créer quelque chose comme Cloverleaf.
« Les processus de fusion constituent l’épine dorsale de la formation de la structure, mais il y a quelque chose de spécial dans ce système qui déclenche l’émission radio », a déclaré Bulbul. « Nous ne pouvons pas savoir de quoi il s’agit pour l’instant, nous avons donc besoin de données plus nombreuses et plus approfondies provenant à la fois des radiotélescopes et des télescopes à rayons X. »
Cela ne veut pas dire que les astronomes n’ont aucune idée.
« Un aperçu fascinant du signal radio puissant est que les trous noirs supermassifs résidents ont connu des épisodes d’activité intense dans le passé et que les électrons restants de cette activité ancienne ont été réaccélérés par cet événement de fusion », a déclaré Kim Weaver, scientifique du projet de la NASA, à XMM. -Newton.
En d’autres termes, les ORC comme Cloverleaf peuvent nécessiter une histoire d’origine en deux parties : de puissantes émissions provenant de trous noirs actifs et supermassifs, suivies d’ondes de choc de fusion de galaxies qui donnent un deuxième coup de pouce à ces émissions.
Un exemple de données radar aéroportées du DLR montre un changement d’altitude de plusieurs dizaines de mètres autour du volcan volcaniquement actif Litli-Hrútur causé par la formation de nouvelles roches. Le rouge indique la plus grande quantité de changement ; Bleu, au moins. Crédits : DLR
Avec sa pression atmosphérique écrasante, ses nuages d’acide sulfurique et sa température de surface torride, Vénus est un endroit particulièrement difficile à étudier. Mais les scientifiques savent que l’observation de sa surface peut fournir des informations clés sur l’habitabilité et l’évolution de planètes rocheuses comme la nôtre. Ainsi, pour avoir une perspective globale sur Vénus tout en restant au-dessus de son atmosphère infernale, la mission VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) de la NASA devrait être lancée d’ici une décennie pour étudier la surface de la planète depuis l’orbite et découvrir des preuves. . À propos de sa nature intérieure.
Pour jeter les bases de la mission, les membres internationaux Vérité, honnêteté L’équipe scientifique s’est rendue en Islande pour une expédition de deux semaines en août afin d’utiliser l’île volcanique comme substitut ou analogue de Vénus. Les emplacements sur notre planète sont souvent utilisés comme analogies avec d’autres planètes, notamment pour aider à mettre en place des technologies et des technologies destinées à des environnements peu attractifs.
« L’Islande est un pays volcanique situé au sommet d’un panache chaud. Vénus est une planète volcanique et possède de nombreuses preuves géologiques de panaches actifs », a déclaré Susan Smrekar, chercheuse scientifique principale au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et chercheuse principale au sein du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Veritas. « Cela fait de l’Islande un excellent endroit pour étudier Vénus sur Terre, aidant ainsi l’équipe scientifique à se préparer pour Vénus. »
La mission Veritas s’appuiera sur un radar avancé à synthèse d’ouverture pour créer des cartes globales 3D et une spectroscopie proche infrarouge afin de distinguer les principaux types de roches à la surface de Vénus. Mais pour mieux comprendre ce que le radar du vaisseau spatial verra sur la planète, l’équipe scientifique de Veritas devra comparer les observations radar du terrain islandais depuis les airs avec les mesures prises au sol.
Au cours de la première moitié de la campagne, l’équipe scientifique de Veritas a étudié les gisements volcaniques d’Askja et Champ de lave d’Holohraun Dans les hautes terres islandaises, zone active caractérisée par de petits rochers et de jeunes coulées de lave. En seconde période, ils se sont rendus à l’activité volcanique Région de Fagradalsfjall Sur la péninsule de Reykjanes, au sud-ouest de l’Islande. Le paysage aride et rocheux ressemble à la surface de Vénus, qui aurait été rajeunie par des volcans actifs.
Dix-neuf scientifiques des États-Unis, d’Allemagne, d’Italie et d’Islande ont campé et travaillé de longues heures pour étudier la rugosité de la surface et d’autres propriétés des roches dans ces régions, ainsi que pour collecter des échantillons de laboratoire. Pendant ce temps, des vols dirigés par le Centre aérospatial allemand (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ou DLR) collectaient des données radar d’en haut.
Les membres de l’équipe scientifique VERITAS descendent une falaise sur une nouvelle roche formée par une récente coulée de lave lors de leur expédition sur le terrain en Islande début août. L’équipe a utilisé le paysage volcanique comme analogue de Vénus pour tester les techniques et la technologie radar. Source de l’image : NASA/JPL-Caltech
« L’équipe scientifique dirigée par le JPL travaillait sur le terrain pendant que nos partenaires du Centre aérospatial allemand survolaient les lieux pour collecter des images radar aériennes des sites que nous étudiions », a déclaré Daniel Nunes, scientifique adjoint du projet Veritas au JPL et responsable de l’Islande. planification de campagne. « La luminosité radar d’une surface est liée aux propriétés de cette surface, notamment sa texture, sa rugosité et sa teneur en eau. Nous avons collecté des informations sur le terrain pour vérifier les données radar que nous utiliserons pour informer la science sur ce que VERITAS fera sur Vénus. «
Alors qu’il pilotait un avion Dornier 228-212 du Centre aérospatial allemand (DLR) à une altitude d’environ 20 000 pieds (6 000 m) au-dessus du sol, un radar à synthèse d’ouverture en bande S (ondes radio d’une longueur d’onde d’environ 12 centimètres, ou 4,7 pouces) collectés) et la plage X (environ 3 centimètres (ou 1,2 pouces)) des données. La longueur d’onde plus courte des données en bande X – la fréquence radio utilisée par VERITAS – permet l’utilisation d’une antenne plus compacte que la bande S, utilisée par la mission Magellan de la NASA pour cartographier la quasi-totalité de la surface de Vénus au début des années 1990.
En observant la surface dans les deux chaînes d’Islande, l’équipe scientifique améliorera les algorithmes informatiques qui aideront Veritas à déterminer les changements de surface sur Vénus survenus depuis la mission Magellan. La détection des changements survenus au cours des 40 dernières années leur permettra d’identifier les principales zones d’activité géologique (telles que les volcans actifs) sur Vénus.
Les membres de l’équipe scientifique internationale VERITAS se préparent à imager des roches en Islande avec LIDAR (Light Detection and Ranging). Les mesures LiDAR de terrains rocheux peuvent fournir des informations sur le matériau. Source de l’image : NASA/JPL-Caltech
L’objectif principal de la campagne était également de créer une bibliothèque de modèles d’autant de tissus volcaniques de surface en Islande que possible afin de mieux comprendre l’éventail des modèles d’éruption sur Vénus. Une équipe de terrain du Centre aérospatial allemand (DLR) a également collecté des informations sur la composition à l’aide d’une caméra simulant l’instrument Venus Emission Mapper (VEM) que le DLR est en train de construire pour VERITAS. Ces données soutiendront la bibliothèque spectrale en cours de construction au Laboratoire de spectroscopie planétaire de Berlin.
« Les diverses caractéristiques et caractéristiques de la surface observées sur Vénus sont liées aux processus volcaniques, qui sont liés à l’intérieur de Vénus », a déclaré Smrekar. « Ces données seront précieuses pour VERITAS pour nous aider à mieux comprendre Vénus. Elles aideront également la mission EnVision de l’ESA, qui étudiera la surface de Vénus à l’aide d’un radar en bande S, ainsi que la communauté dans son ensemble qui souhaite comprendre les observations radar des planètes volcaniques. surfaces. »
Mais Nunes a déclaré que la valeur de la campagne islandaise de deux semaines allait au-delà de la science, offrant une opportunité de consolidation d’équipe qui trouvera un écho dans les années à venir. « C’était une belle dynamique », a-t-il ajouté. « Nous avons travaillé dur et nous nous sommes entraidés, qu’il s’agisse d’emprunter du matériel, de nous rendre sur les sites d’étude ou d’acheter des fournitures, tout le monde s’est mobilisé pour y parvenir.
À l’aide d’un scanner lidar monté sur un trépied, l’équipe scientifique a créé cette image qui met en évidence la texture rocheuse de nouvelles roches formées à partir d’une récente coulée de lave près du volcan Litli-Hrútur en Islande. Ceci sera utilisé pour comparer avec les images radar aéroportées de la même zone. Source : NASA/JPL-Caltech
En savoir plus sur la mission
La mission VERITAS et la mission 2021 Deep Venus Atmospheric Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI) de la NASA dans le cadre du programme d’exploration de la NASA ont été sélectionnées comme les deux prochaines missions de l’agence vers Vénus. Les partenaires de VERITAS comprennent Lockheed Martin Space, l’Agence spatiale italienne, le DLR et le Centre national d’études spatiales en France. Le programme Discovery est géré par le bureau du programme des missions planétaires du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pour la division des sciences planétaires de la direction des missions scientifiques de la NASA à Washington.
