Модернизация лаборатории холодного атома космической станции с помощью смешанной реальности

Лаборатория холодного атома НАСА – первая в своем роде физическая лаборатория, работающая на околоземной орбите.

Примерно размером с мини-холодильник, в нем проводится множество экспериментов, в которых исследуется фундаментальная природа атомов, охлаждая их почти до абсолютного нуля (самой холодной температуры, которую может достичь материя). Ультрахолодные атомы открывают окно в квантовую сферу, где материя демонстрирует странное поведение, лежащее в основе многих современных технологий.

В 2020 году во время своего длительного пребывания на борту космической станции астронавт НАСА Кристина Кох работала с членами команды наземной миссии над установкой модернизированного оборудования в лаборатории холодного атома. Наряду с добавлением новых возможностей к новому объекту, усилия доказали еще кое-что: такое обслуживание может выполняться без необходимости тащить лабораторию обратно на Землю.

В ближайшие годы разрабатываются планы по серии дополнительных обновлений Cold Atom Lab, поэтому команда миссии изучает способы сделать эту деятельность более эффективной. Ранее этим летом они успешно протестировали новый инструмент, который может помочь в достижении этой цели: Microsoft HoloLens, гарнитуру смешанной реальности (также известную как дополненная реальность или AR). 15 июля астронавт Меган Макартур использовала гарнитуру AR, когда она заменяла часть оборудования в лаборатории Cold Atom Lab, что позволило предприятию производить ультрахолодные атомы калия в дополнение к атомам рубидия, которые использовались с момента запуска объекта в 2018 году.

Гарнитуры смешанной реальности, такие как HoloLens, выглядят как солнцезащитные очки с запахом, и в отличие от гарнитур виртуальной реальности (которые создают полностью виртуальную обстановку), HoloLens имеет прозрачные линзы, которые объединяют виртуальный и реальный миры вместе. Это позволило МакАртуру видеть пространство вокруг нее, а небольшая камера на гарнитуре, обращенная вперед, позволяла членам команды Cold Atom Lab, наблюдающим на больших экранах в Центре управления орбитальными полетами вокруг Земли в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, наблюдать за происходящим. видеть то, на что она смотрела. Напротив, во время активности Кристины Кох в 2020 году команда могла видеть прямую видеотрансляцию только с фиксированной камеры, расположенной позади или над астронавтом, оставляя их обзор оборудования в основном закрытым.

See also  Wondery теперь транслирует некоторые подкасты в Dolby Atmos

МакАртур также могла видеть виртуальные графические аннотации, такие как текст и стрелки, помещенные в ее поле зрения группой эксплуатации Cold Atom Lab. Например, когда она смотрела на серию кабелей, команда миссии могла поместить стрелку в ее поле зрения, указывая на конкретный кабель, который ей нужно было отключить. Даже если бы она повернула голову в сторону и назад, стрелка осталась бы указывать в том же месте кабеля.

Гарнитуры виртуальной реальности использовались для различных приложений на борту космической станции, а в нескольких случаях использовалась смешанная реальность. Но обычно цель этих занятий – облегчить космонавту выполнение задачи в одиночку. Мероприятие по замене оборудования Cold Atom Lab ознаменовало первое использование гарнитуры смешанной реальности для улучшения живого взаимодействия между астронавтом и инженерами на Земле; это также стало первым использованием смешанной реальности для ремонта научного эксперимента на станции. Подготовка к мероприятию заняла шесть месяцев при сотрудничестве между Лабораторией реактивного движения НАСА, Космическим центром Джонсона в Хьюстоне и Центром космических полетов Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама.

«Cold Atom Lab инвестирует в использование этой технологии на космической станции не только потому, что она интригует, но и потому, что она может предоставить дополнительные возможности для этих сложных задач, которые мы полагаемся на астронавтов», – сказал Камал Удрири, проект Cold Atom Lab. менеджер в JPL. «Это мероприятие стало прекрасной демонстрацией того, как лаборатория холодного атома и квантовая наука могут использовать преимущества технологии смешанной реальности».

Квантовая наука выявила многие неинтуитивные особенности физического мира, такие как тот факт, что атомы ведут себя как твердые объекты, так и как волны. Некоторые из этих открытий привели к развитию технологий, которые многие из нас используют каждый день, таких как транзиторы и микрочипы.
Cold Atom Lab – первая лаборатория квантовой науки на околоземной орбите. Охлаждение атомов заставляет их двигаться медленнее, что облегчает их изучение. А ультрахолодные атомы также могут образовывать пятое состояние материи, называемое конденсатом Бозе-Эйнштейна, которое обычно проявляет микроскопические квантовые особенности в макроскопическом масштабе.

В условиях микрогравитации ученые могут сделать атомы холоднее и изучать их дольше, чем на Земле. Это открывает возможности для исследований, недоступные на местах. Сделав Cold Atom Lab обновляемой, члены команды могут добавлять новые инструменты и возможности по мере продвижения своих исследований, чтобы они могли искать ответы на новые вопросы и проводить все более сложные и эффективные эксперименты.

See also  Процессоры вернулись в некоторые магазины России, а местами даже подешевели

«Эта деятельность по восстановлению позволяет также изучать газы калия в лаборатории холодных атомов, что позволит ученым проводить десятки новых экспериментов в области квантовой химии и фундаментальной физики с использованием многовидовых газов, в которых атомы взаимодействуют друг с другом интересным образом на сверхвысокой скорости. «низкие температуры достижимы только в условиях микрогравитации», – сказал Джейсон Уильямс, ученый проекта Cold Atom Lab. «Наша цель состоит в том, чтобы Cold Atom Lab стала развивающимся научным центром, чтобы мы могли быстро развивать наши исследования и работать с астронавтами над добавлением новых аппаратных возможностей без необходимости строить и запускать новые объекты на каждом этапе пути».

Апгрейд оборудования на таком объекте, как Cold Atom Lab, обычно выполняется только кем-то, хорошо знакомым с оборудованием, поскольку ошибка во время процесса может повлиять на способность Cold Atom Lab работать. МакАртуру пришлось работать с тонкими, плотно упакованными внутренними компонентами, включая более дюжины электронных плат, лабиринт проводов и кабелей и оркестр тонко настроенных лазеров, используемых для охлаждения атомов почти до абсолютного нуля внутри герметичной вакуумной камеры во время инфракрасного излучения. камеры наблюдают за ними.
Будущие обновления Cold Atom Lab также будут включать взаимодействие в реальном времени между астронавтами на станции и членами команды на земле. Вот почему это пробное использование смешанной реальности так вдохновило команду.

«Подобная задача требует большого количества наставлений в режиме реального времени с экспертом на земле, и именно здесь HoloLens может быть очень полезен», – сказал Джим Келлог, руководитель интеграции ракет-носителей и космических станций в лаборатории Cold Atom Lab в JPL, которая управляет миссией.

Чтобы узнать больше о Cold Atom Lab, перейдите сюда:
https://coldatomlab.jpl.nasa.gov/

See also  Поиск звезды: канадский ученый отправится в прошлое с помощью крупнейшего в мире космического телескопа

Чтобы узнать больше об обновлении объекта в 2020 году, перейдите сюда:
https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7660

Следите за SpaceRef на Твиттер и ставьте нам лайки на Facebook.

Leave a comment

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.