00:00 Росэл. Ростех. Микроэлектроника-2025 (часть 4)
00:53 Компания БРИФ 05:12 НПП Исток. Маршрутизаторы, коммутаторы
07:12 НПП Исток. ПАК САПР
09:41 НПП Исток. Работы в сфере медицины
11:02 Цезиевый стандарт частоты и времени
13:13 СВЧ-приборы
14:39 Микроэлектронное СВЧ-производство GaAs и GaN 17:46 Модули СВЧ
Всё началось, конечно, не с шестерёнок и пружин, а с простого взгляда на мир вокруг. Для древних людей время было не какой-то абстрактной штукой, а частью самой природы. Они смотрели на то, что их окружало--солнце, воду, огонь--и пытались приспособить это для измерения дня. Первые приборы были, по сути, просто копией природных циклов, но у них была одна огромная проблема--они целиком и полностью зависели от внешних условий.
Самыми первыми и очевидными были солнечные часы. Обычный столб, гномон, отбрасывал тень, и по её движению люди делили день на части. Египтяне пользовались этим ещё за тысячи лет до нашей эры, а их гигантские обелиски служили не только для времени, но и для определения важных дат, вроде солнцестояния, что для сельского хозяйства было жизненно важно. Но у солнечных часов был жирный минус: ночью или в пасмурную погоду такая штука, понятно, бесполезна.
Чтобы решить эту проблему, придумали водяные часы, или клепсидры. Идея тоже родилась в Древнем Египте и Месопотамии. Вода потихоньку капала из одного сосуда в другой через маленькую дырочку, и по уровню воды судили о прошедшем времени. Это было гениально, потому что такие часы работали и днём, и ночью, и в любом помещении. Но и тут была загвоздка: чем меньше воды оставалось в сосуде, тем слабее было давление, и она начинала течь медленнее, сбивая всю точность. Греческие инженеры, например, один парень по имени Ктесибий, пытались это исправить, создавая сложные системы из нескольких сосудов, чтобы поток был равномерным. Они даже додумывались до механизмов, которые меняли скорость потока в зависимости от времени года, чтобы учесть разную длину дня и ночи.
В других частях света тоже не сидели сложа руки. В Китае, например, с VI века были в ходу свечные и кадильные часы. На свечу наносили деления, и по мере её сгорания можно было примерно прикинуть, сколько прошло времени. Удобно, но точность, конечно, хромала--всё зависело от качества воска и сквозняков. Китайцы, кстати, и водяные часы довели до ума, построив в XI веке астрономическую башню Су Сунга--это было такое мега-сооружение, которое по сложности не уступало европейским механическим часам, появившимся на два века позже. В исламском мире инженеры тоже создавали невероятно сложные водяные часы с движущимися фигурками, которые были не просто приборами, а настоящими произведениями искусства. Необходимость молиться пять раз в день в строго определённое время сильно подстегнула развитие точных измерений. Так что к моменту появления механики мир уже знал кучу способов считать время, но все они, так или иначе, плясали под дудку природы.
А потом, в конце XIII века, в Европе случилась настоящая революция. Идея была в том, чтобы перейти от измерения непрерывного потока, как вода, к подсчёту отдельных, повторяющихся "тиков". В сердце этой идеи был спусковой механизм, который позволял дозировать энергию от гири или пружины и превращать её в равномерные импульсы. Кто именно его изобрёл, мы до сих пор не знаем, но эта штука стала основой всех механических часов на сотни лет вперёд. Первые такие часы были огромными башенными монстрами в монастырях и соборах. Они были жутко неточными, ошибались на минуты в час, но их главной задачей было не показывать время, а звонить в колокол, задавая ритм жизни всему городу. Их "сердцем" был простой стержень с грузиками, который качался туда-сюда, но очень нестабильно. И всё же эти часы навсегда изменили само понятие времени, превратив его из чего-то природного в набор одинаковых, измеряемых отрезков.
Следующий гигантский скачок в точности произошёл в середине XVII века благодаря голландскому учёному Христиану Гюйгенсу. Он использовал открытие Галилея о том, что период колебаний маятника почти не зависит от размаха. В 1656 году Гюйгенс собрал первые маятниковые часы. Точность выросла чуть ли не в сто раз: ошибка сократилась с 15 минут до 15 секунд в день. Это было нечто. Но была проблема--маятник в карман не положишь. Для портативных часов нужно было что-то другое, и решение нашлось в 1675 году, когда Гюйгенс и англичанин Роберт Гук почти одновременно изобрели спиральную пружину-балансир. Эта тонкая пружинка заставляла колёсико баланса колебаться с очень стабильной частотой. Точность карманных часов подскочила настолько, что на них наконец-то появились минутные и даже секундные стрелки.
Появление точных часов перевернуло не только науку, но и всё общество. Раньше рабочий день длился от рассвета до заката. С появлением заводских часов возникло понятие рабочего графика, смен и контроля за временем. Исследования показывают, что города, которые раньше других обзаводились часами, потом и в экономике росли быстрее. Часы стали одним из двигателей промышленной революции.
Ещё одной сферой, где часы сыграли решающую роль, стала морская навигация. Определить широту в море было просто--по высоте солнца или Полярной звезды. А вот с долготой была беда. Чтобы её узнать, нужно было знать точное время в порту, из которого ты выплыл, и сравнить его с местным временем по солнцу. Для этого требовался хронометр, который бы не сбивался от качки, влажности и жары. Без него корабли часто гибли. После жуткой катастрофы 1707 года, когда из-за ошибки в расчётах затонул целый британский флот, парламент объявил огромную премию за решение проблемы долготы. Многие учёные, включая Ньютона, ломали над этим голову, но решил её не именитый учёный, а часовщик-самоучка Джон Харрисон. Он потратил на это десятилетия, но создал свой хронометр H4, который после долгого плавания показал невероятную точность. Его изобретение сделало дальние морские путешествия безопасными и открыло эру глобальной торговли.
Механика правила бал больше четырёхсот лет, пока в середине XX века не пришла новая технология. Появление кварцевых часов в 1969 году вызвало "кварцевый кризис", который почти похоронил швейцарскую часовую промышленность. Вместо механического осциллятора там использовали кристалл кварца, который под действием тока вибрировал с бешеной скоростью и стабильностью. Японская компания Seiko выпустила первые кварцевые наручные часы "Астрон". Они были в сотни раз точнее любой механики, стоили дешевле и почти не требовали обслуживания. Швейцарские мастера с их вековым искусством оказались просто не у дел. За десять лет количество швейцарских часовых компаний сократилось втрое, а десятки тысяч людей остались без работы.
Казалось, что это конец. Но механика выжила, полностью изменив свою суть. Ключевую роль в этом сыграл Николас Хайек, который собрал остатки швейцарских компаний в The Swatch Group. Он понял, что тягаться с кварцем в точности--гиблое дело. Вместо этого он сделал механические часы предметом роскоши, символом статуса и мастерства. Одновременно он запустил бренд Swatch--дешёвые, яркие пластиковые часы, которые вернули интерес к часам как к модному аксессуару. Так механика превратилась из инструмента в произведение искусства, где ценят не точность, а историю, сложность механизма и ручную работу.
А гонка за точностью тем временем ушла в совершенно другую лигу--атомную. Учёные сообразили, что для эталона времени можно использовать колебания атомов. В 1955 году создали первый атомный часовой механизм на цезии-133. Его колебания настолько стабильны, что в 1967 году секунду официально переопределили по ним. Сегодня атомные часы--это мировой стандарт времени. Они лежат в основе работы GPS, синхронизируют финансовые рынки и научные эксперименты. Чтобы вы понимали, ошибка всего в одну наносекунду в сигнале спутника GPS--это погрешность в 30 сантиметров на земле. А новейшие оптические атомные часы настолько точны, что ошибутся на одну секунду за время, сравнимое с возрастом Вселенной.
Ну а на наших запястьях случилась своя маленькая революция. Сначала появились цифровые часы со светодиодами, потом с более экономными ЖК-дисплеями. А в XXI веке пришли смарт-часы. С выходом Apple Watch в 2015 году они стали по-настоящему массовыми. Теперь часы--это уже не просто прибор для времени. Это наш пульт управления цифровым миром: они следят за здоровьем, показывают уведомления, помогают с навигацией и оплатой.
Так история часов прошла путь от тени столба до колебаний атома. И каждый новый шаг не просто делал их точнее, а менял наш мир--от организации рабочего дня до возможности найти себя в любой точке планеты. Сегодня мы живём как бы в двух временах. Одно--это мир сверхточных атомных стандартов, который незаметно для нас держит на себе всю цивилизацию. А другое--на наших запястьях, где механические часы соседствуют со смарт-устройствами, одни как символ вечного мастерства, а другие--как окно в цифровое будущее.
Атомные часы работают на основе лазеров, чья частота излучения точно соответствует энергии, необходимой для перехода электронов между уровнями внутри атома. Эти часы теряют или добавляют всего одну секунду за 40 миллиардов лет.
Ядерные же часы фиксируют переходы внутри ядра — среди протонов и нейтронов, что может сделать их еще точнее. Частицы в ядре менее чувствительны к внешним воздействиям, например к электромагнитным полям.
Для создания ядерных часов требуется рентгеновское излучение с чрезвычайно высокой энергией. Поэтому ученые сосредоточились на тории-229.
Атомные часы играют ключевую роль в работе навигационных систем, интернета, обеспечении надежности сетевых соединений и безопасности цифровых коммуникаций. Если частота «тика» изменится со временем, это может указывать на изменения в фундаментальных силах, удерживающих ядро. Такая чувствительность поможет ученым обнаружить влияние темной материи на вещество.
Узнайте, какие удивительные технологии разрабатываются сегодня и что нас ждет в будущем в мире науки и космоса! Присоединяйтесь к нам!
Ученые опубликовали работу над ядерными часами. Они работают по похожему с атомными принципу, только вместо измерения колебаний целого атома они фокусируются только на ядре. Это может показаться не такой уж большой разницей, но атом в 100 000 раз больше своего ядра, что сопоставимо с черникой, лежащей посреди футбольного стадиона.
Атомные часы отсчитывают время, подсчитывая колебания определенных атомов, которые чрезвычайно регулярны. Например, цезий-133 вибрирует ровно 9 192 631 770 раз в секунду и атомные часы это измеряют, чтобы официально обозначить длительность секунды.
Ядро ядерных часов имеет гораздо большее количество «тиков» в секунду, разбивая секунду на еще более мелкие части для более точного измерения времени.
Больше интересных новостей из мира энергии и энергетики в телеграм-канале ЭнергетикУм
Недавно компания Vector Atomic, известный производитель оборудования для навигации и связи, завершила разработку нового типа атомных часов. Эти часы уже протестировали в морских условиях Тихого океана, сообщает издание Tech Xplore. Команда, состоящая из физиков и инженеров компании, описывает эти часы как наиболее точные и надёжные среди существующих аналогов.
С увеличением сложности оборудования на борту современных кораблей возрастает и зависимость от точности времени, особенно в системах, использующих GPS для навигации. Даже минимальные временные погрешности при передаче сигналов между спутниками могут привести к значительным ошибкам в определении местоположения, что критически важно, особенно для военных кораблей.
Традиционные атомные часы, хоть и достаточно надежны для использования на кораблях, где условия зачастую меняются из-за волнения, все же не могут сравниться по точности с лабораторными моделями. Ответом на эту проблему стали новые часы от Vector Atomic, которые значительно сокращают этот разрыв.
Новинка использует колебания молекул йода и имеет вес в 26 килограммов, что делает их вполне пригодными для установки на различные типы судов. Разработчики заявляют, что новые часы примерно в 1000 раз точнее тех, что обычно используются на кораблях.
Проект был реализован в сотрудничестве с военно-морским флотом Новой Зеландии. В ходе трехнедельных испытаний на борту корабля HMNZS Aotearoa, выполняющего регулярные навигационные задачи, часы показали высокую точность, сравнимую с лабораторными испытаниями, сохраняя время с точностью до 300 триллионных долей секунды каждый день.
Разработчики продолжают работу над усовершенствованием часов, планируя сделать их настолько компактными, что они могли бы использоваться даже на борту малых навигационных спутников.
Часы показывают время с точностью до нескольких наносекунд в день.
Модные прочные ремешки из натурального красного нейлона.
Привлекательный дисплей основан на технологии 7-сегментных красных светодиодов.
В комплект входят батарейки. Их хватает примерно на 45 минут, но они перезаряжаемые. Адаптер переменного тока в комплекте.
Ученые представили суперточную альтернативу системе GPS, которая в будущем даже заменит мобильные и Wi-Fi сети.
(Wwing/E+/Getty Images)
Прочно вошедшая в использование современным человеком система глобального позиционирования (GPS) удобна в определении времени пути, в поиске дорог или отслеживании перемещений детей. Однако система имеет значительные отклонения.
Об этом сообщает Science Alert.
Исследователи представили новую и усовершенствованную технологию, которая в перспективе может заменить GPS. Ее назвали SuperGPS. Согласно испытаниям, она обеспечивает точность в пределах 10 сантиметров, она также не привязана к навигационным спутниковым системам.
Разработанная программа использует сети, которые схожи с сотовыми, но гораздо точнее, поскольку вместо потоковой передачи данных она использует точную привязку к устройству.
Автор исследования физик Йерун Колемей из Амстердамского университета рассказал: «Мы поняли, что с помощью нескольких передовых инноваций телекоммуникационную сеть можно превратить в очень точную альтернативную систему позиционирования, которая не зависит от GPS».
В итоге физики разработали систему, которая может обеспечивать связь аналогичную существующим мобильным и Wi-Fi сетям, а также гораздо более точное позиционирование, чем GPS.
Во время испытаний на полигоне с шестью радиопередатчиками систему проверили в действии на площади 660 квадратных метров. Результаты передаваемых радиосигналов были измерены и интерпретированы для определения расстояния.
Одним из ключевых компонентов новой системы позиционирования сети являются синхронизированные атомные часы, которые обеспечивают идеальное время при позиционировании, с точностью до одной миллиардной доли секунды.
Исследователи с гордостью сообщили, что новая система может быть полезна не только для определения местоположения, но и для разработки сетей следующего поколения для мобильных устройств.
Атомные часы
Одно из этих нововведений заключается в том, чтобы подключить мобильную сеть к очень точным атомным часам, чтобы она могла транслировать точно синхронизированные сообщения для определения местоположения, точно так же, как это делают спутники GPS с помощью атомных часов, которые они несут на борту.
Эти соединения осуществляются через существующую оптоволоконную сеть. «Мы уже изучали методы передачи национального времени, производимого нашими атомными часами, пользователям в других местах через телекоммуникационную сеть», — говорит Эрик Дирикс из VSL.
«С помощью этих методов мы можем превратить сеть в общенациональные распределенные атомные часы — со многими новыми приложениями, такими как очень точное позиционирование через мобильные сети. С гибридной оптико-беспроводной системой, которую мы сейчас продемонстрировали, в принципе любой может иметь беспроводной доступ к национальному времени, произведенному на VSL.
Исследователи сделали GPS с точностью до 10 сантиметров
Кроме того, в системе используются радиосигналы с более широкой полосой пропускания, чем обычно. «Здания отражают радиосигналы, что может сбить с толку навигационные устройства.
Широкая полоса пропускания нашей системы помогает разобраться с этими сбивающими с толку отражениями сигналов и обеспечивает более высокую точность позиционирования», — объясняет Джерард Янссен из Технологического университета Делфта.
«В то же время полоса пропускания в радиодиапазоне ограничена и поэтому дорога. Мы обходим это, используя ряд связанных радиосигналов с небольшой полосой пропускания, распределенных по большой виртуальной полосе пропускания. Преимущество этого заключается в том, что фактически используется лишь небольшая часть виртуальной полосы пропускания, а сигналы могут быть очень похожи на сигналы мобильных телефонов».
Серия экспериментов, проведенных с дорожным транспортным средством с использованием прототипа системы, развернутой в Зеленой деревне на территории кампуса Технического университета в Делфте.
По словам исследователей, разработавших ее, новая система может быть полезна не только для автоматизированных транспортных средств, но и для планирования сетей квантовой связи и сетей следующего поколения для мобильных устройств.
