Aeronautical Engineering: A special bibliography, supplement 60

This bibliography lists 284 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in July 1975

Data acquisition for Germanium-detector arrays

Die Wandlung von analogen zu digitalen Signalen und die anschließende online/offline Verarbeitung ist die technologische Voraussetzung zahlreicher Experimente. Für diese Aufgaben werden häufig sogenannte Analog-Digital-Wandler (ADC) und FPGAs („field-programmable gate array“) eingesetzt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Evaluierung der FPGA und ADC Komponenten für die geplante FlashCAM 2.0 DAQ (FC2.0 DAQ). Die Entwicklung der ersten FlashCAM (1.0) DAQ (FC1.0 DAQ) wurde unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik im Jahre 2012 begonnen und war ursprünglich eine exklusive Entwicklung für das Cherenkov Telescope Array (CTA) Experiment. In der Zwischenzeit wird FlashCAM in zahlreichen Experimenten (HESS, HAWK, LEGEND-200, etc.) eingesetzt, die sowohl Photomultiplier (PMTs) als auch High Purity Germanium (HPGe) Detektoren umfassen. Beide Detektorentypen unterscheiden sich massiv in ihren Anforderungen und können auch von der neuen DAQ abgedeckt werden. Das Themengebiert der Arbeit umfasst den gesamten funktionellen Umfang einer modernen DAQ. Moderne DAQ Systeme benötigen eine möglichst hohe Read Out Performance zwischen dem DAQ Board und dem es kontrollierenden Server. Die Umsetzung eines leistungsfähigen Firmware Designs und das Design einer hierauf angepassten Hardware/Softwareschnittstelle wird am Beispiel der Zynq Familie vorgestellt. Die Zynq-Familie von Xilinx ist von besonderem Interesse, da der Hardwarehersteller Trenz Elektronik ein flexibles, einfach aufsteckbares Modulkonzept mit verschiedenen SoCs der Zynq-Serie anbietet. Neben der Read Out Performance einer DAQ ist ihre Auflösungsgrenze von entscheidender Bedeutung für das Gelingen des finalen Experiments. Die verwendete FADC Karte muss sich daher durch exzellente SNR und Linearitätseigenschaften auszeichnen. Die Evaluierung solcher FADC Karten setzt ein Testsetup voraus, dass in Signalreinheit und Stabilität die hohen Anforderungen der devices under test übertreffen muss. Praktisch sind diese Bedingungen nur unter hohem (Kosten) Aufwand erreichbar. Im Rahmen der Arbeit wurden daher auch alternative Testkonzepte entwickelt, die mit akzeptablen Abstrichen in der Genauigkeit eine Messung im experimentellen Umfeld ermöglichen können. Da sich die Themengebiete in ihrem Inhalt deutlich unterscheiden, wurde die vorliegende Arbeit in zwei Themenkomplexe aufgeteilt. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz der Zynq Familie in der geplanten „FlashCAM“ Nachfolger DAQ. Der zweite Teil widmet sich der ADC Nichtlinearitätsbestimmung. Die wichtigsten Ergebnisse der Arbeit lassen sich folgt zusammenfassen: ▪ Die „High Performance“ (HP) Schnittstellen der Zynq-UltraScale+ haben eine aussetzerfreie Bandbreite von 2.4 GB/s in den externen Arbeitsspeicher der Trenz Module. Wird noch zusätzlich die standardmäßig vorhandene 1 Gb PS-Ethernet Verbindung betrieben, verbleibt der CPU noch eine Bandbreite von mindestens 0.5 GB/s in den Arbeitsspeicher. Im Fall der Zynq-7000 Serie ist eine effiziente Implementierung der HP Schnittstellen schwierig, da die CPU nur vergleichsweise niedrige Arbeitsspeicherzugriffsraten erreicht. Die HP Schnittstellen sind eine wichtige Designalternative da ein durchgehender Datentransfer in den externen Arbeitsspeicher ein Design ermöglichen würde dass weniger stark durch den verfügbaren FPGA internen Speicher begrenzt ist. Dies wäre besonders für Anwendungen in der HPGe-Spektroskopie wünschenswert, da der praktische Nutzen des verwendeten Designs stark von der zur Verfügung stehende Puffergröße abhängt. ▪ Die “Accelerator Coherency” Schnittstelle (ACP) ermöglicht ein direkter Datentransfer aus der FPGA in den Cache der Zynq-CPU. Die entworfene ACP-CMA hat eine Bandweite von bis zu 2.4 GB/s und bietet für Cache-CPU Zugriffe noch ausreichend Reserve. Dass die Zynq-CPU die Cachedaten ohne ein Abwürgen der ACP-CMA verarbeiten kann, ist entscheidend. Wäre dies nicht der Fall könnte die CPU im Parallelbetrieb von Ethernet und ACP-CMA nicht die notwendigen Vorarbeiten zur Ethernet-Übertragung („Event Building“) bewältigen. In der Evaluierung wurde eine maximale Event Building Bandbreite von 0.7 GB/s festgestellt. Wahrscheinlich ist die reale maximale Bandbreite deutlich höher anzusiedeln. Einschränkend muss betont werden, dass in praktischen Applikationen zusätzliche Einschränkungen in Kraft treten, die de-facto einen kontinuierlichen Betrieb der ACP-CMA unmöglich machen. Diese Einschränkungen – die nicht prinzipieller Natur sind - wurden in der durchgeführten Ermittlung nicht berücksichtigt. Da weiterhin alle Zynq-FPGAs über einen Cache verfügen, ist die ACP-CMA eine Designlösung, die auf allen verfügbaren Zynq-FPGAs sinnvoll implementiert werden kann. Dies unterscheidet sie von der entwickelten HP-DMA, die häufig nur für Implementierungen in einer Zynq-UltraScale FPGA interessant ist. ▪ Der neuentwickelte FC2.0 Prototype wurde bereits in experimentellen Setups eingesetzt. Als Anwendungsbeispiel dient die Messung und Analyse eines γ-ray Spektrums eines HPGe-Detektors. ▪ Der Erfolg einer ADC Nichtlinearitätsbestimmungen ist stark von der Signalreinheit des verwendeten Eingangssignal abhängig. In Simulationen konnte gezeigt werden, dass die neu entwickelten Verfahren nur relativ schwach durch Pulsernichtlinearitäten verfälscht werden. Einen praktischen Vergleich zwischen den neuen und einer klassischen Methode konnte keinen signifikanten Unterschied feststellen. Die untersuchten Methoden können daher für eine zukünftige Implementation in FC2.0 empfohlen werden

Spinor Bose-Einstein condensates

An overview on the physics of spinor and dipolar Bose-Einstein condensates (BECs) is given. Mean-field ground states, Bogoliubov spectra, and many-body ground and excited states of spinor BECs are discussed. Properties of spin-polarized dipolar BECs and those of spinor-dipolar BECs are reviewed. Some of the unique features of the vortices in spinor BECs such as fractional vortices and non-Abelian vortices are delineated. The symmetry of the order parameter is classified using group theory, and various topological excitations are investigated based on homotopy theory. Some of the more recent developments in a spinor BEC are discussed.Comment: To appear in Physics Reports. The PDF file with high resolution figures is available from the following website: http://cat.phys.s.u-tokyo.ac.jp/publication/review_of_spinorBEC.pd

Research Reports: 1984 NASA/ASEE Summer Faculty Fellowship Program

A NASA/ASEE Summer Faulty Fellowship Program was conducted at the Marshall Space Flight Center (MSFC). The basic objectives of the programs are: (1) to further the professional knowledge of qualified engineering and science faculty members; (2) to stimulate an exchange of ideas between participants and NASA; (3) to enrich and refresh the research and teaching activities of the participants' institutions; and (4) to contribute to the research objectives of the NASA Centers. The Faculty Fellows spent ten weeks at MSFC engaged in a research project compatible with their interests and background and worked in collaboration with a NASA/MSFC colleague. This document is a compilation of Fellows' reports on their research during the summer of 1984. Topics covered include: (1) data base management; (2) computational fluid dynamics; (3) space debris; (4) X-ray gratings; (5) atomic oxygen exposure; (6) protective coatings for SSME; (7) cryogenics; (8) thermal analysis measurements; (9) solar wind modelling; and (10) binary systems

Stability of magnetic skyrmions in ultrathin films

Fundamental aspects of the stability of magnetic skyrmions have been studied with atomistic spin simulations based on an extended Heisenberg model parameterised by first-principles calculations in the ultrathin film system Pd/Fe/Ir(111). The atomistic model contains exchange interaction beyond nearest neighbours, Dzyaloshinskii-Moriya interaction, magnetocrystalline anisotropy and the Zeeman interaction. The minimum energy paths of skyrmion creation and annihilation are calculated with the geodesic nudged elastic band method. By comparison of the fully parameterised model with an effective nearest neighbour approximation of exchange interaction it is shown, how exchange frustration can enhance the energy barriers of metastable skyrmions and antiskyrmions, improving their stability against a collapse into the ferromagnetic state. The prefactor in the Arrhenius-law for skyrmion collapse is calculated within transition state theory and is demonstrated to be strongly affected by external magnetic fields and system parameters. By decomposing the prefactor, localised low-energy eigenmodes of the skyrmion state are identified to be responsible for this effect. A novel skyrmion transition mechanism is predicted by the atomistic spin simulations and confirmed by comparison to recent experimental measurements. The energy barrier and prefactor of this mechanism, coined the chimera transition mechanism, is analysed and compared to the conventional radial symmetric collapse mechanism. For this purpose, the mode following method is introduced. It allows the analysis of low-energy eigenmodes beyond the harmonic and Goldstone mode approximation and the calculation of skyrmion and antiskyrmion lifetimes in temperature regimes and via transition mechanisms not accessible previously.Grundlegende Aspekte der Stabilität von magnetischen Skyrmionen werden mit atomistischen Spinsimulationen im Ultradünnschichtsystem Pd/Fe/Ir(111) auf der Basis eines erweiterten Heisenbergmodells untersucht. Das Modell wird durch first-principles Methoden parametrisiert und berücksichtigt die Austauschwechselwirkung über nächste Nachbarn hinaus, die Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung, die magnetokristalline Anisotropie und die Zeeman Wechselwirkung. Die Pfade minimaler Energie zur Erzeugung und Vernichtung von Skyrmionen und Antiskyrmionen werden mithilfe der geodesic nudged elasic band Methode berechnet. Durch den Vergleich mit einer effektiven Nächstenachbarnäherung der Austauschwechselwirkung wird gezeigt, wie Austauschfrustration die Energiebarrieren von metastabilen Skyrmionen und Antiskyrmionen und damit ihre Stabilität gegenüber dem Kollapse in den ferromagnetischen Zustand erhöht. Der Vorfaktor eines Arrhenius-Gesetzes für den Skyrmionkollapse wird innerhalb der transition state theory berechnet, was eine starke Abhängigkeit des Vorfaktors von der Magnetfeldstärke und der Wechselwirkungsparameter offenbart. Durch Zerlegung des Vorfaktors in seine Bestandteile werden lokalisierte, niederenergetische Eigenmoden des Skyrmionzustandes als Ursache für diese Effekte identifiziert. Der Chimeraübergang, ein neuer Mechanismus zur Skyrmionvernichtung, wird mit atomistischen Spinsimulationen vorhergesagt und durch den Vergleich mit experimentellen Messungen bestätigt. Die Energiebarrieren und Vorfaktoren des Chimeraübergangs werden analysiert und mit dem konventionellen, radialsymmetrischen Kollapsemechanismus verglichen. Für diesen Zweck wird die mode following Methode eingeführt. Sie erlaubt die Analyse der niederenergetischen Eigenmoden jenseits der harmonischen und Goldstonemoden Näherung, sowie die Berechnung von Skyrmionen- und Antiskyrmionenlebenszeiten in Temperaturbereichen und für Übergangsmechanismen, die zuvor nicht zugänglich waren

Regulation of South African agriculture : performance of agricultural marketing boards

Bibliography: p. 207-217.The object of this thesis is to examine the policies of South African agricultural marketing boards, both as separate entities and within the broader context of South African agricultural policy. Stabilisation and subsidisation are examined from a theoretical standpoint and the analysis supported with empirical evidence. The possibility of a centralised policy of price control is considered and a technique suggested whereby such a policy might be implemented. It is suggested, however,· that market uncertainty and the vast amount of information necessary make such an ambitious programme of market control unworkable in practice. The policies followed by some of the major marketing boards are examined. Three possibilities are identified: i) Revenue maximisation ii) Revenue stabilisation iii) Price/quantity stabilisation In view 6f the wide differences between the boards in respect of type of product handled and export possibilities, it is to be expected that they will follow divergent policies. The evidence presented suggests, however, that the boards have not used their monopoly powers in the manner predicted by conventional economic theory. In the case of several of the boards, price policy seems to have been neutral. The reason for this disparity between theory and empirical obsel'.lvat:ion is discussed. The behaviour of South African agricultural marketing boards is related to evidence on regulatory authorities in the United States. It is suggested that close parallels exist. Due to different property rjghts arrangements, the conventional monopoly profit maximisation mode.I is inapplicable. Instead, marketing boards follow a variety of other policies. Whilst the objectives of the marketing boards may not always be clear, it can be concluded that in certain significant cases, the results have been little different from those generated by the free market. It is stressed, however, that marketing boards are political rather than economic organisations and political constraints are likely to be overriding. This view is further confirmed by an examination of agricultural policy over the last fifty years. It is argued that policy has been dictated by political reality rather than economic rationality. The role of the economist has been to offer evidence in support of predetermined policies