Апатитские ученые улучшили характеристики сверхточного гироскопа
Ученые разработали технологию создания сверхпроводящего покрытия для ротора сверхточного гироскопа.
Для того, чтобы сохранять равновесие и отслеживать свое положение в пространстве, человеку нужен вестибулярный аппарат, а созданным человеком механизмам – гироскоп. Гироскопы позволяют определить угол наклона автомобиля или телефона, угловую скорость морского или воздушного судна, помогают при навигации и обеспечении безопасности движения.
Однако добиться того, чтобы гироскопом можно было снабдить практически любое устройство, человечество смогло только в начале XXI века. Принцип действия гироскопа основан на стремлении вращающегося тела вернуться к первоначальному положению при отклонении от оси вращения, несмотря на тряску, плохую видимость и электромагнитные помехи.
Первые гироскопы представляли собой массивные шары либо диски в кардановом подвесе. Массовому распространению гироскопов классического типа мешали размеры и замедление вращения из-за трения. На протяжении всего XX века шел поиск новых идей, позволяющих решить проблему мобильности и чувствительности гиродатчиков.
Например, в гироскопе с воздушной опорой шариковые подшипники заменяет «газовая подушка», что позволяет устранить трение и износ материала опоры. Микромеханический гироскоп имеет относительно невысокую по сравнению с другими новыми типами точность, но за счет низкой стоимости и использования хорошо отработанных современных технологий массово используется в большинстве современных приборов и гаджетов и даже в игрушках.
К устройствам сверхвысокой точности относятся неконтактные гироскопы, реализующие состояние левитации. Ротор в них «парит» в силовом поле подвеса без контакта с окружающими телами. Один из самых перспективных с точки зрения точности – криогенный гироскоп. Сверхпроводящая сфера подвешена в магнитном поле, а рабочий объем охлаждается до сверхнизких температур. Криогироскопы относятся к сложнейшим приборам, изготовление которых находится на стыке науки и технологии.
На прошедших в 2021 году международных конференциях «Пленки и покрытия-2021» (Санкт-Петербург) и «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва) ученые Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН рассказали о своем многолетнем труде: разработке технологии и оборудования для создания сверхпроводящего ниобиевого покрытия на роторе криогироскопа.
На московской конференции доклад по этой разработке получил диплом I степени в номинации «Оригинальность исследования». Статья, написанная по материалам доклада, представлена в Санкт-Петербурге, опубликована в журнале Journal of Physics: Conference Series (издательство Institute of Physics Publishing (IOP), Великобритания).
Для того, чтобы изготовить ротор криогенного гироскопа, необходимо покрыть сверхпроводящим слоем ниобия подложку, отполировать получившееся покрытие и сформировать на нем защитную пленку для предотвращения деградации сверхпроводящих свойств ниобия. Исследователи предложили проводить каждый из этих этапов с использованием электрохимических процессов: электроосаждения, электрополировки, а также электроокисления ниобиевого покрытия.В качестве подложки ротора использовали новый современный материал – углеситалл.
Он имеет низкую плотность, высокую коррозионную стойкость и является хорошим проводником тока. Перед электроосаждением сверхпроводящего покрытия на сферической подложке вдоль ее экватора делали кольцевой вырез, необходимый для обеспечения устойчивого вращения ротора вокруг оси. Для создания сверхпроводящего ниобиевого покрытия на роторе криогироскопа использовался вращающийся катод.
Поскольку после электролитического осаждения ниобиевого покрытия его шероховатость соответствует 9-10 классу чистоты обработки поверхности, требуется дополнительная двухступенчатая обработка, включающая процессы электрохимической и механической полировки. Поверхность металла сглаживалась до зеркального блеска путем анодного растворения в растворе электролита.
Толщина исходного ниобиевого покрытия на сфере диаметром 10 мм составляла 127 мкм. После электрополировки поверхность покрытия обрабатывалась алмазными пастами с размером частиц от 1 до 0,3 мкм для достижения 13 класса чистоты поверхности. Финальная стадия обработки ротора – это образование пентаоксида ниобия на поверхности покрытия методом анодного оксидирования.
Все процессы создания ротора криогенного гироскопа по предложенной учеными технологии проходят при использовании минимального набора реактивов и в узком диапазоне условий, что позволяет экономить время, средства и исключать возможные ошибки при смене среды и условий. На разработанную технологию в 2019 году ученые получили патент, но ее усовершенствование продолжается.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно