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Un missile survole la Norvège dans une expérience menée par des scientifiques dans l’atmosphère

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Les nuages ​​de vapeur provenant de la libération chimique de la fusée forment un motif en treillis pour montrer le mouvement des vents dans la haute atmosphère. L’image a été prise depuis un avion de la NASA au large de la côte nord-est du Groenland. Crédit : Jason Arns

Une fusée-sonde de la NASA a volé haut depuis une rampe de lancement en Norvège mercredi matin dans une quête de plusieurs décennies pour comprendre pourquoi il existe une zone dense et persistante de haute atmosphère du côté de la Terre face au soleil.


L’expérience dans la région de Cusp, ou C-REX-2, est dirigée par le physicien spatial Mark Condy de l’Institut de géophysique Fairbanks de l’Université d’Alaska et financée par la NASA. La fusée à quatre étages a été lancée depuis le centre spatial d’Andoa, sur la côte nord de la Norvège.

« Nous avons attendu plus de deux ans pour lancer cette charge utile à l’aube, et les conditions météorologiques spatiales que nous avons connues aujourd’hui étaient parfaites », a déclaré Conde. « Les évaluations initiales indiquent que tous les aspects du missile, sa charge utile et les observatoires de soutien ont fonctionné comme prévu. Nous n’osions pas espérer un ajustement aussi parfait des conditions, certainement pas le premier jour de la fenêtre de lancement. »

Ce qui a intrigué les scientifiques : la région avec la forme ovale la plus intense la couche d’ozone À une altitude d’environ 250 milles, il ne devrait pas exister sans des changements correspondants de vent, de température ou de mouvement d’ions pour soutenir la masse excédentaire. Plus d’une décennie d’études n’a trouvé aucun de ces changements.

« Il n’y a vraiment que deux possibilités », a déclaré Conde à propos de la Norvège avant le lancement. « Cela impliquera soit des changements importants dans le vent, soit des changements importants dans l’environnement électrodynamique – la façon dont l’ionosphère interagit avec l’atmosphère. Le but de cette expérience est de rechercher les signaux attendus de vents turbulents et de turbulence dans l’ionosphère . « 

Comprendre la cause de l’augmentation de la densité et découvrir les actions atmosphériques associées est important, par exemple, pour apporter des corrections aux orbites des satellites. Les opérateurs des nombreux satellites en orbite autour de la Terre doivent constamment envisager d’ajuster les orbites pour éviter les collisions avec les débris orbitaux. Une meilleure compréhension du comportement atmosphérique pourrait améliorer la certitude des calculs d’orbite et, en fin de compte, économiser du carburant en réduisant le nombre de lancements de moteurs de satellites.

La recherche a montré que des régions de densité inexpliquée se produisent près de la Terre champ magnétique Régions bordées, « trous » en forme d’entonnoir dans le bouclier magnétique qui protègent l’atmosphère terrestre du vent solaire. Ces cônes atteignent l’atmosphère du côté ensoleillé de la Terre, à des latitudes comprises entre 70 et 80 degrés dans les hémisphères nord et sud.

Les changements de densité elliptique se produisent constamment à des altitudes supérieures à 250 milles, mais uniquement du côté de la planète faisant face au soleil. Il représente une augmentation de masse densité De 30% à 100% au dessus de l’atmosphère environnante.

Mais qu’est-ce qui supporte cette masse supplémentaire dans les hémisphères nord et sud ? Les matériaux plus lourds, y compris l’air, sont censés couler à moins qu’une force correspondante ne les rencontre.

« Vous ne pouvez pas simplement ajouter cette masse supplémentaire et ne rien faire d’autre », a déclaré Condé. « Quelque chose doit être changé dans le système afin de l’arrêter. » « Les gens ont remarqué cette masse supplémentaire sur le vaisseau spatial, mais personne d’autre n’a rien vu de similaire turbulence dans cette zone.

« La seule preuve que nous ayons est une signature de courant électrique folle qui l’accompagne, mais nous ne comprenons pas exactement comment la présence de ces courants alignés sur le champ conduit au mécanisme de support qui permet à cette chose d’exister », a-t-il déclaré. . « Mais cela doit définitivement faire partie de l’histoire. »

C-REX-2 mesuré Vent La vitesse de l’ion à une altitude d’environ 250 miles à la recherche de réponses. Vient maintenant l’analyse des données, qui prendra des mois. L’équipe d’expérimentation est convaincue que les données feront grandement progresser la compréhension de cette énigme.

L’expérience a été menée par l’UAF mais a également impliqué une grande équipe de scientifiques, d’ingénieurs et d’étudiants de plusieurs pays. Les employés de l’UAF comprennent l’étudiant diplômé Jason Arns, qui a photographié l’expérience à bord d’un Gulfstream 4 de la NASA qui a volé d’Islande, et l’étudiant diplômé de l’UAF Matthew Blanden, qui a photographié l’expérience de Ny-lesund, une petite communauté de l’archipel norvégien de Svalbard.

Il était membre du corps professoral de l’Institut de géophysique, Don Hampton, à Longyearbyen à Svalbard pour filmer l’expérience. L’étudiant diplômé de l’UAF, Cameron Westerlund, était stationné sur le site de lancement et chargé de surveiller l’intégrité des instruments de la charge utile.

« Voir les choses dont nous parlons en classe de manière très directe et apprendre dans un cadre académique formel, et les voir se produire en temps réel sur le terrain est le genre d’expérience à laquelle je ne m’attendais vraiment pas », a déclaré Westerlund, qui est installé dans une salle de télémétrie et a l’autorité de nettoyage de lancement si les lectures ne semblent pas correctes. » « Mais cela arrive tout d’un coup, ce qui est vraiment autre chose.

L’expérience comprenait également des chercheurs et des équipements de l’Université de Calgary au Canada, de l’Université du New Hampshire, du Dartmouth College, de l’Université Clemson, de l’University College London et de l’Université d’information de Hokkaido au Japon, ainsi que du personnel de la NASA, des entrepreneurs de la NASA et d’Andoa Space. en Norvège.

Le C-REX-2 est le dernier des neuf lancements d’un effort de recherche international connu sous le nom de Grand Challenge-Cusp, qui a exploré de nombreux aspects liés à la région de la rive nord. C-REX-2 devait être lancé en 2019, mais a été annulé en raison de niveaux insuffisants d’activité solaire.

L’Angleterre, la Norvège, le Canada et le Japon sont d’autres pays qui ont lancé des essais dans le cadre d’efforts de recherche coordonnés. Tous les lancements ont eu lieu depuis l’île d’Andoya en Norvège ou de Ny-lesund au Svalbard, avec des observations terrestres et aériennes effectuées à partir de nombreux endroits de l’Arctique nordique.


La science à l’aube : une fusée de la NASA pour étudier une région mystérieuse au-dessus du pôle Nord


la citation: Rocket Fly High Over Norway in Atmospheric Scientists Experiment (2021, 6 décembre) Récupéré le 6 décembre 2021 sur https://phys.org/news/2021-12-rocket-flies-high-norway-scientist.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Nonobstant toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

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Faire monter la température sur les semi-conducteurs de nouvelle génération

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Faire monter la température sur les semi-conducteurs de nouvelle génération

La surface brûlante de Vénus, où les températures peuvent atteindre 480 degrés Celsius (suffisamment chaudes pour faire fondre le plomb), est un endroit inhospitalier pour les humains comme pour les machines. L’une des raisons pour lesquelles les scientifiques n’ont pas encore pu envoyer de rover à la surface de la planète est que les composants électroniques à base de silicium ne peuvent pas fonctionner à des températures extrêmes pendant une longue période.

Pour les applications à haute température telles que l’exploration de Vénus, les chercheurs se sont récemment tournés vers le nitrure de gallium, un matériau unique capable de résister à des températures de 500 degrés ou plus.

Le matériau est déjà utilisé dans certains appareils électroniques terrestres, tels que les chargeurs de téléphone et les tours de téléphonie cellulaire, mais les scientifiques ne comprennent pas bien comment les dispositifs au nitrure de gallium se comportent à des températures supérieures à 300 degrés, la limite opérationnelle de l’électronique traditionnelle au silicium.

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dans Nouvel article publié dans Lettres de physique appliquée, Dans le cadre d’un effort de recherche pluriannuel, une équipe de scientifiques du MIT et d’ailleurs a cherché à répondre à des questions clés sur les propriétés et les performances du matériau à des températures extrêmement élevées.

Ils ont étudié l’effet de la température sur les contacts ohmiques dans un dispositif au nitrure de gallium. Les contacts ohmiques sont des composants clés qui connectent un dispositif semi-conducteur au monde extérieur.

Les chercheurs ont constaté que les températures extrêmes n’entraînaient pas de dégradation significative du matériau en nitrure de gallium ou de ses contacts. Ils ont été surpris de constater que les points de contact restaient structurellement solides même lorsqu’ils étaient maintenus à 500°C pendant 48 heures.

Comprendre le fonctionnement des communications à des températures extrêmes constitue une étape importante vers le prochain objectif du groupe : développer des transistors hautes performances susceptibles de fonctionner à la surface de Vénus. De tels transistors pourraient également être utilisés sur Terre en électronique pour des applications telles que l’extraction d’énergie géothermique ou la surveillance des composants internes des moteurs à réaction.

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« Les transistors sont le cœur de la plupart des composants électroniques modernes, mais nous ne voulions pas nous lancer directement dans la fabrication d’un transistor au nitrure de gallium, car trop de choses pourraient mal tourner. Nous voulions d’abord nous assurer que les matériaux et les contacts restaient et voir à quel point ils changeaient. à mesure que la température augmentait. Étudiant diplômé en génie électrique et informatique (EECS) et auteur principal de cet article : « Nous concevrons notre propre transistor à partir de ces éléments de base des matériaux de base. »

Augmenter la température

Bien que le nitrure de gallium ait récemment attiré beaucoup d’attention, ce matériau est encore en retard de plusieurs décennies sur le silicium lorsqu’il s’agit de comprendre comment ses propriétés changent dans différentes conditions. L’une de ces propriétés est la résistance, qui est la circulation du courant électrique à travers un matériau.

La résistance totale de l’appareil est inversement proportionnelle à sa taille. Mais les appareils comme les semi-conducteurs ont des points de contact qui les connectent à d’autres appareils électroniques. La résistance de contact résultant de ces connexions électriques reste constante quelle que soit la taille de l’appareil. Une résistance de contact trop importante peut entraîner une dissipation de puissance plus élevée et des fréquences de fonctionnement plus lentes pour les circuits électroniques.

« Surtout lorsque l’on utilise des dimensions plus petites, les performances des appareils sont souvent limitées par la résistance de contact. Les gens ont une relativement bonne compréhension de la résistance de contact à température ambiante, mais personne n’a vraiment étudié ce qui se passe lorsque la température atteint 500 degrés », explique Niroula. .

Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé les installations du MIT.nano pour construire des dispositifs en nitrure de gallium appelés structures de méthode de longueur de transfert, constitués d’une série de résistances. Ces appareils leur permettent de mesurer la résistance à la fois du matériau et des contacts.

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Ils ont ajouté des contacts ohmiques à ces appareils en utilisant les deux méthodes les plus courantes. La première méthode consiste à placer le métal dans du nitrure de gallium et à le chauffer à 825 degrés Celsius pendant environ 30 secondes, un processus appelé recuit.

La deuxième méthode consiste à retirer des morceaux de nitrure de gallium et à utiliser une technologie à haute température pour faire repousser du nitrure de gallium hautement dopé à leur place, un processus dirigé par Rajan et son équipe de l’Ohio State. Un matériau hautement énergétique contient des électrons supplémentaires qui peuvent contribuer à conduire le courant.

« La méthode de repousse entraîne généralement une faible résistance de contact à température ambiante, mais nous voulions voir si ces méthodes fonctionnaient toujours bien à des températures élevées », explique Niroula.

Une approche compréhensive

Ils ont testé les appareils de deux manières. Leurs collaborateurs de l’Université Rice, dirigés par Zhao, ont effectué des tests à court terme en plaçant les appareils sur un mandrin chauffé à 500 degrés Celsius et en prenant des mesures de résistance instantanées.

Au MIT, ils ont mené des expériences à long terme en plaçant les appareils dans un four spécialisé que le groupe avait précédemment développé. Ils ont laissé les appareils à l’intérieur pendant 72 heures maximum pour mesurer l’évolution de la résistance en fonction de la température et du temps.

Des experts en microscopie du MIT (Aubrey N. Penn) et de l’Institute for Technology Innovation (Nitul S. Rajput) ont utilisé des microscopes électroniques à transmission de pointe pour voir comment ces températures élevées affectent le nitrure de gallium et les contacts ohmiques dans l’atome. niveau.

« Nous pensions que les contacts ou le matériau en nitrure de gallium lui-même se dégraderaient considérablement, mais nous avons constaté le contraire. Il semblait que les contacts établis par les deux méthodes étaient remarquablement stables », explique Niroula.

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Bien qu’il soit difficile de mesurer la résistance à des températures aussi élevées, leurs résultats indiquent que la résistance de contact semble constante même à des températures de 500 degrés, pendant environ 48 heures. Comme à température ambiante, le processus de repousse a entraîné de meilleures performances.

Le matériau a commencé à se dégrader après avoir été placé au four pendant 48 heures, mais les chercheurs travaillent déjà à améliorer ses performances à long terme. Une stratégie consiste à ajouter des isolants de protection pour empêcher le matériau d’être directement exposé à un environnement à haute température.

À l’avenir, les chercheurs prévoient d’utiliser ce qu’ils ont appris lors de ces expériences pour développer des transistors au nitrure de gallium à haute température.

« Dans notre groupe, nous nous concentrons sur la recherche innovante au niveau des dispositifs pour repousser les frontières de la microélectronique, en adoptant une approche systématique à travers la hiérarchie, du niveau des matériaux au niveau des circuits. Ici, nous avons atteint le niveau physique pour comprendre les choses en profondeur. En d’autres termes, nous avons traduit les développements au niveau des appareils jusqu’à l’impact au niveau des circuits pour l’électronique à haute température, grâce à une conception, une modélisation et une fabrication complexes. Nous avons également la chance d’avoir noué des partenariats étroits avec nos collaborateurs de longue date au cours de ce voyage. .

référence: Nirula G, Shih Q, Rajput NS et al. Stabilité à haute température des contacts ohmiques régénérés alliés à l’hétérostructure AlGaN/GaN jusqu’à 500 °C. Lettres de physique appliquée. 2024;124(20):202103. est ce que je: 10.1063/5.0191297

Cet article a été republié ci-dessous Matiéres. Remarque : Le matériel peut avoir été modifié en termes de longueur et de contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source susmentionnée. Vous pouvez accéder à notre politique de communiqués de presse ici.

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La Chine dévoile une technologie de radar de météorologie spatiale

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La Chine dévoile une technologie de radar de météorologie spatiale

La Chine affirme avoir créé sa propre technologie radar pour l’aider à prédire la météo spatiale et affirme avoir réalisé des percées en cours de route.

selon Médias parrainés par l’État Les premiers résultats du système de prévision et d’alerte de météorologie spatiale ont été publiés lundi à Pékin lors d’un concours international. Atelier Du Super Double Auroral Radar Network (SuperDARN) – un réseau d’organisations qui exploitent des installations d’observation de l’espace proche de la Terre.

Le système chinois consiste en un réseau de radars à moyenne latitude et haute fréquence construits dans la province chinoise du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang. Sa construction a été achevée par le National Space Science Center (NSSC) en octobre dernier.

Le réseau est censé « permettre une détection continue à grande échelle des irrégularités ionosphériques aux latitudes moyennes et élevées dans le secteur asiatique ». Sa portée de détection du sud au nord atteint 4 000 km, et sa portée est-ouest dépasse 12 000 km, selon le Centre national pour la sécurité intérieure.

Il surveille en permanence toute anomalie dans l’ionosphère, la région de l’atmosphère terrestre qui abrite de fortes concentrations de particules chargées, ainsi que des engins spatiaux et des stations spatiales. Le gouvernement chinois a déclaré que les radars ont été rendus possibles grâce à « de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente haute fréquence ».

La technologie radar fait partie de la deuxième phase en Chine Projet Méridien – Un « méga-projet » de systèmes d’observation au sol à grande échelle.

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L’une des principales caractéristiques de l’ionosphère est sa capacité à réfléchir et à réfracter les ondes radio. Cette propriété les rend essentiels pour les communications radio longue distance et constitue la base de technologies telles que la radiodiffusion AM et les communications sur ondes courtes.

Les perturbations ionosphériques, telles que les éruptions solaires ou les tempêtes géomagnétiques, peuvent perturber les communications entre les satellites et les engins spatiaux. Ainsi, un radar qui surveille l’ionosphère est utile, étant donné la dépendance de la Chine à l’égard des ressources orbitales à la fois à des fins quotidiennes et stratégiques. Par exemple, la Chine exploite sa propre constellation de navigation par satellite.

D’autres efforts orbitaux récents incluent des atterrissages sur la Lune et des retours d’échantillons, des satellites contrôlés par l’intelligence artificielle et des bras de grappin qui pourraient être conçus pour arracher les satellites des pays rivaux de leur orbite.

L’Empire du Milieu prévoit d’effectuer environ 100 lancements rien qu’en 2024, il disposera donc bientôt de nombreux atouts ionosphériques à surveiller.

Les annonces de la Chine déclarent que sa nouvelle technologie radar « devrait rejoindre SuperDARN… et permettre l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada ».

La coopération internationale peut profiter aux populations du monde entier. Cependant, les bulletins de Pékin ne fournissent pas de calendrier pour l’interopérabilité ou l’échange de données. Ainsi, dans l’environnement diplomatique glacial actuel, il faudra peut-être un certain temps avant que le monde ne comprenne le point de vue chinois sur la météorologie spatiale. ®

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Un nouveau capteur qui ressemble à un nez artificiel peut sentir des composés organiques

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Un nouveau capteur qui ressemble à un nez artificiel peut sentir des composés organiques

La plupart d’entre nous portent un téléphone doté d’un microphone et d’une caméra capables de simuler nos sens de la vision et de l’ouïe. Ce que nos téléphones ne peuvent pas faire, et ce qu’aucun autre appareil ne peut faire, c’est imiter notre odorat. Mais maintenant, une équipe de chercheurs en Corée du Sud a développé un appareil électronique organique capable, au moins en partie, de détecter et d’identifier les molécules odorantes dans l’air (La science-fiction. Statut. 2024, identification numérique : 10.1126/sciadv.adl2882).

Les composants essentiels de ce capteur prothétique ressemblant à un nez sont en réalité trois protéines de récepteurs olfactifs humains différentes à partir desquelles ils ont été conçus et purifiés. Escherichia coli. Le capteur contient des groupes de ces trois récepteurs olfactifs liés à une fine couche de graphène. Les récepteurs sont ensuite connectés à des neurones artificiels qui forment un réseau neuronal. Lorsque des molécules d’odeur gazeuse se lient à ces récepteurs, elles s’activent et créent un signal électrique à travers la feuille de graphène qui est unique à cette odeur.

Le modèle d’activation qui en résulte est ce qui permet à l’appareil de « distinguer les odeurs ainsi que la concentration », dit-il. John Hak Oh, ingénieur en polymères à l’Université nationale de Séoul qui a dirigé l’équipe de recherche. Les capteurs commerciaux d’aujourd’hui ne peuvent détecter que la présence et la concentration de composés organiques dans l’air. La capacité du capteur OH à identifier un composé dans l’air en fait donc « une percée dans la détection chimique ».

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Jianguo MeiUn chimiste des polymères de l’Université Purdue qui n’a pas participé à la recherche est d’accord, qualifiant le travail de « grand pas vers l’objectif tant recherché de créer un nez électronique ».

Dans l’étude, Oh et son équipe ont formé le réseau neuronal de l’appareil en leur fournissant quatre acides gras à chaîne courte différents, allant de trois à six molécules de carbone. À partir de là, l’appareil peut distinguer ces quatre acides gras avec une précision de plus de 90 % et déterminer leur concentration dans l’échantillon d’air. « Malgré les structures chimiques [of the fatty acids] « Ils sont vraiment similaires et ce capteur peut faire la différence », explique Oh.

Ces acides gras ont été choisis parce que leur présence a été impliquée dans des maladies telles que le cancer de l’estomac. C’est pourquoi Oh dit qu’un capteur comme celui-ci pourrait éventuellement aider au diagnostic médical. Il imagine également placer des capteurs sur des drones pour surveiller le contenu des émissions de la fabrication industrielle.

À l’heure actuelle, l’appareil n’a pas été testé de manière approfondie sur autre chose que ces acides gras. Oh dit que la méthodologie de l’étude n’était qu’un « point de départ pour une preuve de concept ». Son équipe teste actuellement plus de 20 récepteurs différents pour créer des capteurs d’odeurs plus avancés, capables de détecter d’autres types de molécules.

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