Проект Neptune национальной лаборатории Сандии направлен на разработку системы, способной обнаруживать среди громких сигналов большого количества газов слабые сигналы определенных газов, которые являются признаками распространения ядерного оружия. Исследователи полагают, что их метод газовой корреляции окажется идеальным для простого и недорогого датчика, который отслеживает эти несколько призрачных газов.
«Есть надежда обнаружить газ на раннем этапе, чтобы получить доказательства, прежде чем страна зайдет слишком далеко в программе распространения», — сказал Джефф Мерсье, менеджер отдела исследований и анализа миссий Sandia и главный исследователь Нептуна.С учетом того, что примерно один фотон из миллиона поступает от сигнала, который ищет датчик Нептуна, «это очень, очень сложная проблема», — сказал он.
«Цель состоит в том, чтобы создать метод визуализации, который можно было бы использовать в системах воздушного или космического базирования», — сказал Стив Виджил, руководитель группы проекта. Трехлетний проект завершен, но продолжается анализ данных декабрьских испытаний прототипа системы газовой корреляции Neptune.
Полевые испытания собирают данныеПолевые испытания в Зоне национальной безопасности штата Невада были дополнены большим отдельным испытанием. Тест был откалиброван, «поэтому мы знали, где они выпускают вещи, что они выпускают и когда выпускают», — сказал Виджил.
Хотя датчик и программное обеспечение работали хорошо, условия испытаний отличались от тех, для которых был разработан прибор. Команда планировала сделать снимок чего-то размером около метра с расстояния в полкилометра, но в конечном итоге попыталась запечатлеть что-то размером всего около сантиметра, сказал Виджил.Neptune финансировался в рамках портфеля дистанционного зондирования ядерного топливного цикла Управления по обнаружению распространения Национального управления ядерной безопасности.
Небольшой бизнес в Альбукерке, CIC Photonics, который разрабатывает и производит аналитические и промышленные приборы и системы отбора проб, работал с Sandia над проектированием и созданием газовых ячеек Нептуна и выполнял калиброванные измерения ячеек.Газовые ячейки — это ключ. Инструмент Сандии содержит два инструмента, каждый из которых весит около 20 фунтов, в ящике из нержавеющей стали размером примерно 3 квадратных фута на 16 дюймов в высоту.
Делитель луча разделяет солнечный свет, попадающий в окно датчика, на два пути: один идет к ячейке, заполненной искомым газом, а второй — к ячейке с другим газом.Исследователи не говорят, какие газы они хотят обнаруживать, но Мерсье сказал, что операторы могут определить, присутствует ли газ, который они ищут, сравнивая сигналы на двух путях.Новый поворот в старых технологияхОн назвал эту работу «новым, более действенным поворотом проверенной научной концепции».
Технология газовой корреляции существует уже несколько десятилетий, но современные матрицы в фокальной плоскости, оптическая конструкция, компьютерные коды и новые материалы сделали ее практичной для системы визуализации, сказал менеджер портфеля дистанционного зондирования Прабал Нанди.
Команда использует солнечный свет для калибровки прибора, который должен работать в дневное время, поскольку он измеряет поглощение определенных длин волн солнечного света.Подвальная оптико-механическая исследовательская лаборатория, где был построен и испытан прототип, оснащена системой зеркал, похожей на перископ, которая называется гелиостат. 40-дюймовое зеркало, отслеживающее солнце, установленное на столбе снаружи здания, направляет солнечный свет по выложенной бетоном шахте, а зеркало в нижней части шахты направляет солнечный свет в лабораторию.
Нептун обнаруживает сигналы в инфракрасном, а не в видимых для человека цветах. Оператор следит за показаниями выбранного газа на экране компьютера, который отображает обработанное изображение с чувствительных матриц фокальной плоскости.Возьмем, к примеру, выбросы из дымовой трубы.«Если наш газ не выходит из дымовой трубы, мы просто видим дымовую трубу.
Если наш газ выходит, он выглядит как пар», — сказал Виджил. По его словам, оператор также может измерить концентрацию газа.Нептун отличается от других систем обнаружения
По словам исследователей, для мониторинга парниковых газов используется аналогичная технология. Виджил сказал, что Нептун отличается, потому что в конечном итоге он нацелен на обнаружение определенных газов с помощью космической системы, «а это не то, что обычно делается».
Мерсье сказал, что технологии, которые обнаруживают более распространенные газы, недостаточно чувствительны к газам, которые команда хочет найти.Портативный прототип работает на базе мобильной лаборатории дистанционного зондирования Департамента исследований и анализа миссий — 16-футового трейлера, модифицированного для полевых испытаний. Передние две трети занимают компьютерный зал; в задней трети находятся инструменты дистанционного зондирования, которые использует департамент, в том числе Нептун.
Операторы просто опускают заднюю дверь прицепа на 8 футов высотой, чтобы использовать датчик.Поскольку газовая корреляция может обнаруживать чрезвычайно низкие концентрации газа, Нанди предполагает, что она также может заполнить важную нишу: обнаружение предполагаемых утечек на крупных промышленных объектах. Группы промышленных инспекций могут легко использовать датчик корреляции газов, отображающий изображение, поскольку он не имеет движущихся механических частей, работает как видеокамера, не требует дорогостоящей компьютерной постобработки и достаточно мал, чтобы его можно было перемещать по фабрике на грузовике. По словам Нанди, он предназначен для определения места происхождения определенных газов, даже если они не присутствуют постоянно.
Новый способ мониторингаПо словам Нанди, это может изменить то, как нация думает о мониторинге. По его словам, вместо одноточечных измерений, проводимых с помощью дорогостоящих датчиков, развернутых после того, как кто-то подозревает о проблеме, непрерывный мониторинг может обнаружить утечки на раннем этапе.
«Почему бы не проводить круглосуточный мониторинг, когда данные легко интерпретировать? Вам не нужно годами ждать последствий для здоровья или ущерба окружающей среде, прежде чем станет известен источник утечки или утечки», — сказал он. «Выявление утечек в режиме реального времени означает, что мы можем отказаться от режима наказания промышленности за несчастные случаи после того, как ущерб был нанесен, и вместо этого работать с ними, чтобы выявить проблемы до того, как они превратятся в проблемы.
Это означает меньший ущерб окружающей среде, более эффективный и прибыльная деятельность для компании и более здоровая окружающая среда для всех.«Новые формы технологии мониторинга, разработанные здесь, в Sandia, позволят производственным операциям стать более эффективными, чистыми и рентабельными, что приведет к следующему возрождению американской промышленности».
По словам Нанди, Sandia может решать такие сложные задачи благодаря своей способности превращать идеи в прототипы — в данном случае от научной концепции до полевой демонстрации за три года.«Это то, что мы предлагаем уникальному, — сказал он. «Эта ниша не только в газовой корреляции, но и в вещах, которые никогда не делались, идеях, которые никогда не рассматривались таким образом, приложениях, в которых никогда не использовалась эта технология».