Не тротилом единым…

На днях президент США Дональд Трамп, выступая на Генеральной ассамблее ООН, заявил о готовности «уничтожить» Северную Корею в случае, если Америке «придется защищать себя и своих союзников». Мир уже не первый месяц следит за эскалацией напряженности в тихоокеанском регионе. До боевых действий пока что дело не доходит, однако у сторонних наблюдателей нет ни малейшего представления о вероятном исходе данного противостояния. Многие из нас считают, что тяжелые последствия могут в равной степени угрожать обеим сторонам конфликта.

Интересно, что в этой связи мало кто вспоминает современные концепции ведения войны, разработанные американскими стратегами. Примечательно, что весной этого года первый заместитель начальника оперативного управления генерал-лейтенант Генштаба РФ Виктор Познихир заявил, что США приступили к созданию «перспективных комплексов мгновенного глобального удара». По его словам, поступление первых комплексов в американские вооруженные силы запланировано на 2020 год.

При этом он добавил, что в настоящий момент американцы способны перехватить российские и китайские баллистические ракеты за счет новой системы противоракетной обороны. Мало того, генерал отметил, что у США есть  возможность для нанесения по нашей стране «скрытого» внезапного ракетно-ядерного удара.

Не могу не заметить, что даже в самый разгар «холодной войны» наши высокие военные чины старались не пугать соотечественников такими подробностями о технических возможностях вероятного противника. Почему наши военные обратили внимание на систему «быстрого глобального удара» (БГУ)? Напомню, что данная система предполагает нанесение упреждающих ударов, способных сокрушить выбранные объекты в течение одного часа. Такими объектами, например, могут стать ядерные арсеналы и соответствующая инфраструктура. О системе БГУ у нас много рассуждали несколько лет назад, но на российских военных, судя по всему, она не произвела сильного впечатления. Во всяком случае, ее долго не воспринимали как реальную угрозу для наших вооруженных сил. Некоторые российские эксперты считают эту угрозу совершенно надуманной, призванной якобы ввязать нашу страну в реализацию разорительных и совершенно «бессмысленных» военных программ. Однако похоже на то, что в настоящее время - на пике обострения отношений с США - военное руководство России стало более внимательно присматриваться к американским инициативам в оборонной сфере.

Попутно хочу обратить внимание еще на одну американскую военную новинку, успешно испытанную в нынешнем году. Совсем недавно прошла информация о начале серийного выпуска боевых лазерных систем. К настоящему времени в США разработаны универсальные модульные блоки оптоволоконных лазеров мощностью 60 КВт, а в ближайшее время появятся еще более мощные системы.Они могут устанавливаться на автомобильных шасси, на эсминцах, а также на истребителях F-15, F-35 и транспортных самолетах AC-130. Как мы понимаем, боевые лазеры могут применяться для уничтожения вражеских ракет. Для повышения эффективности использования такого оружия в вооруженных силах США проводится интеграция боевых систем в единый боевой комплекс – со всеми средствами слежения, средствами обработки полученных данных и средствами поражения.

Таким образом, американские стратеги готовятся не только к наступательным операциям, но и к оборонительным, используя новейшие разработки. А теперь о самом главном: какую роль в создании новых систем играет теплофизика.

Нетрудно догадаться, что для управления подобными интегрированными комплексами необходимы мощнейшие суперкомпьютеры. По сути, именно суперкомпьютер является «мозгом» такой системы, поскольку иными средствами провести мгновенную обработку огромного массива данных невозможно. А для этого нужно создавать мощнейшие процессоры, предназначенные исключительно для применения в военных целях. Однако чем мощнее процессор, тем больше тепла он выделяет, из-за чего необходимо решать проблему охлаждения. С этой задачей как раз и должны справиться специалисты в области теплофизики.

Проблема охлаждения крайне актуальна для военных суперкомпьютеров Как прояснил данный вопрос старший научный сотрудник Лаборатории интенсификации процессов теплообмена Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН Дмитрий Зайцев, «электроника сегодня очень быстро развивается. Тепловыделение в компьютерных чипах возрастает по экспоненциальному закону. Поэтому каждые два-три года требуется совершенствовать систему охлаждения». По большому счету, прогресс в области электроники теперь во многом зависит от творческого взаимодействия «электронщиков» и теплофизиков. Долгое время такая совместная работа во многом носила эпизодический характер. И именно сейчас на это обстоятельство обратили серьезное внимание. По крайней мере, на Западе. Дмитрий Зайцев уверен, что ученые-теплофизики в состоянии предложить здесь оптимальные варианты, которые позволят существенно увеличить скорость работы процессоров.

Отметим, что специалисты ИТ СО РАН в ходе проведенных экспериментов смогли отвести рекордный тепловой поток с поверхности компьютерного чипа - более одного киловатта с квадратного сантиметра (это столько же, сколько выделяет кухонная электроплита). По словам Дмитрия Зайцева, ими было предложено новое решение, которое стало результатом предшествующих научных исследований. Тепловой поток отводился при помощи тонкой пленки жидкости, движущейся в канале под действием газов. «Действие газа, - говорит он, - помогает нам пленку утончить – ее толщина порядка десяти микрон. Она очень интенсивно испаряется и, соответственно, отводит очень большое количество тепла. То есть мы показали потенциальную возможность вот такого способа охлаждения. Теперь мы как раз работаем над тем, чтобы этот способ охлаждения реализовать на практике. Сама по себе это очень сложная задача, которая потребует дополнительных исследований». В целом Лаборатория как раз занимается тем, что разрабатывает принципиально новые, перспективные системы охлаждения, в том числе и для микроэлектронного оборудования.

Казалось бы, в России есть специалисты, есть научные организации, способные дать адекватный ответ «супостату» как раз в сфере создания мощных «числогрызов» для военных целей.

Специально напомню, что Лаборатория интенсификации процессов теплообмена была создана во второй половине 1980-х как раз с целью работы над нашим ответом американской программе «Звездных войн». Иначе говоря, советское руководство также озадачивало ученых по поводу создания отечественного суперкомпьютера для военных целей.

По сути дела, успешные наработки в области проблем теплообмена стали возможны как раз благодаря тому импульсу, который был задан еще в советские годы. И сейчас наши специалисты способны общаться со своими зарубежными коллегами, что называется, на равных.

В общем, в свете работы американцев над программой БГУ и прочими «умными технологиями» в военной сфере, логично было бы предположить, что российское руководство сделает аналогичный шаг в том же направлении и озадачит наших ученых соответствующей темой в целях развития отечественных вооруженных сил. Что же мы видим на самом деле? А на деле мы видим выступления неких экспертов, призывающих руководство страны и оборонные ведомства не повторять «ошибку» прошлого, когда партия и правительство «повелось» на американский блеф о «Звездных войнах». Теперь-де нас на мякине не проведешь, поэтому переживать по поводу какого-то там «Быстрого глобального удара» смысла нет – уверяют указанные эксперты. И похоже на то, что правительство наше пока им внемлет. Из чего я исхожу? Из того, что взаимодействия наших ученых с оборонными структурами по данной тематике стремятся к нулю. Ощущение такое, будто российской оборонке до таких исследований вообще нет никакого дела.

А тем временем Пентагон не дремлет. Специально отмечу, что американские организации, финансирующие подобные исследования для военных целей, по признанию наших же ученых, задают сегодня планку в этих областях. Фактически именно они определяют современные инновационные тематики, актуальные для оборонной промышленности. И как раз ими пять лет назад была сформулирована проблема охлаждения мощного электронного оборудования двухфазными течениями, чем впервые (подчеркиваю – впервые!) стали заниматься именно наши ученые в ИТ СО РАН. Можно ли назвать такую деятельность американцев «блефом», сказать не берусь. Ближайшее время, надо полагать, наглядно покажет, какие преимущества получили американские вооруженные силы от внедрения новейших разработок.

Олег Носков

Что может быть интереснее Н2О

Вода, казалось бы, уже очень хорошо изучена. Каждый школьник помнит простую формулу Н2О, однако проблема описания ее структуры не столь проста. Так, в современной науке предполагается существование короткоживущих группировок молекул воды, характеризующихся тетраэдрическим порядком и хорошо отличимых от окружающих молекул. Но ученые из Института автоматики и электрометрии СО РАН показали, что это не так. Результаты работы опубликованы в Physical Review E.

Как утверждают ученые, вода — самое удивительное и необычное вещество на Земле. Она «не знает» законов физики, ведет себя своенравно, имеет очень много аномальных свойств. При охлаждении ниже +4 °C вода не сжимается, а расширяется; в твердом состоянии она легче, чем в жидком. Если рассматривать воду как совокупность молекул Н2О, то ее удельный вес должен быть 1,84 г/см³ (вместо наблюдаемой плотности 1 г/см³), а температура кипения — 63,5 °C (на самом деле  вода кипит при +100 °C). Предполагается, что некоторые из необычных свойств воды можно объяснить особенностями ее структуры.

Наиболее распространенная гипотеза о строении воды основана на представлении, что она состоит из молекул Н2О, объединенных в группы с помощью так называемых водородных связей. В настоящее время многие исследователи полагают, что вода является флуктуирующей смесью кластеров двух типов, в одном из которых молекулы связаны друг с другом как во льду, а в другом связи нарушены, благодаря чему эти кластеры более плотные. Гипотеза о том, что водная структура содержит два структурных мотива, очень удобна для объяснения ее специфических свойств и поэтому популярна для интерпретации экспериментальных результатов.

Однако прямых экспериментальных доказательств этого утверждения в настоящее время нет, и ученые работают над исследованием характеристик воды, которые могут прояснить вопрос.

Сотрудники лаборатории спектроскопии конденсированных сред ИАиЭ СО РАН также обратили свое внимание на проблему описания структуры воды. Эта лаборатория традиционно исследует жидкости, которые при охлаждении становятся стеклами. «Мы занимаемся вопросом, насколько стеклующиеся жидкости остаются однородными в плане структуры и какими методами это можно изучать. Нами было показано, что их отличие от жидкостей кристаллизующихся заключается в том, что первые при охлаждении, начиная с определенной температуры, образуют локальные группировки, становятся в нанометровом масштабе неоднородными, и это приводит к ряду экспериментальных проявлений, в том числе и к повышенному упругому рассеянию света», — рассказывает заведующий лабораторией член-корреспондент РАН Николай Владимирович Суровцев.

Используя разработанные подходы к описанию стеклующихся жидкостей, исследователи решили посмотреть на свойства воды — предполагалось, что она будет вести себя практически так же, и присутствие двух структурных мотивов в ней приведет к увеличению интенсивности рассеянного света. В этом ожидании практически не было сомнений, поскольку молекулы Н2О способны образовывать водородные связи c соседними молекулами. Таким образом, один атом кислорода оказывается «соединен» ковалентными и водородными связями с четырьмя соседними атомами водорода, которые создают структуру, близкую к фигуре тетраэдра (тетраэдрическая координация). Считается, что с понижением температуры доля молекул воды, вовлеченных в этот процесс, увеличивается, и это приводит к рассеянию света. В таком случае отношение Ландау — Плачека должно резко возрастать по сравнению с теорией для однородных жидкостей. Исследователей интересовал вопрос: на какой температуре происходит такое интенсивное кластерообразование?

Отношение Ландау — Плачека — это отношение интегральной интенсивности упруго рассеянного света к интенсивности двух линий Мандельштама — Бриллюэна, связанных с рассеянием на звуковых волнах. В литературе известны только две работы по определению температурной зависимости отношения Ландау — Плачека для воды, однако они были выполнены в 1967 и1986 годах на аппаратуре с низким спектральным разрешением.

«Эксперимент ставили фактически для того, чтобы увидеть, что вода ведет себя подобно стеклующимся жидкостям, то есть в ней образуются определенные фрагменты структуры, хотя и короткоживущие. Но природа оказалась богаче в своих проявлениях и в очередной раз удивила исследователей», — отмечает главный научный сотрудник ИАиЭ СО РАН доктор физико-математических наук Валерий Константинович Малиновский.

Кластеры и свободные молекулы в воде Как проходил эксперимент? На запаянную ампулу с чистой водой направлялся луч, и рассеянный свет измерялся с помощью уникального 6-проходного интерферометра Фабри — Перо, высокое разрешение которого исключило неоднозначность в описании спектров. Это позволило оценить степень однородности жидкости. Совершенно внезапно для самих ученых эксперимент не оправдал ожиданий — при охлаждении воды во всем исследованном температурном диапазоне никакого дополнительного увеличения упругого рассеяния света обнаружено не было. Вместо этого полученные значения отношения Ландау — Плачека хорошо описывались теорией однородной жидкости.

«Нет сомнений, что тетраэдрические координации присутствуют в структуре воды. Однако идеальных тетраэдров в жидкости быть не может — все они имеют искажения по длине и углам связей. Обычно ученые проводят гипотетическую границу и говорят: вот, начиная с этих параметров для углов и длин связей, мы считаем, что это тетраэдрическая координация, а при превышении определенного интервала — уже не она. При таком разделении в структуре воды естественно возникают две фазы. Результаты нашего эксперимента указывают, что распределение по параметрам плавное, и нет двух обособленных групп, между которыми можно было бы модельно-независимо провести границу», — говорит Николай Суровцев.

Здесь важно отметить, что вода очень изменчивая структура, она существует в каком-то одном состоянии миллионную долю от миллионной доли секунды, а затем молекулы перегруппируются, образовывают новые связи.

«Пусть на эту мельчайшую долю времени, но вода всё равно могла бы образовывать хорошо определенные кластеры на фоне некластерных молекул, но этого не происходит», — отмечает Николай Суровцев.

Взаимодействие молекул в воде можно представить как праздничную площадь, заполненную людьми, которые всё время хаотично перемещаются, где-то стоят плотнее, где-то более отдаленно друг от друга. Вот туда заходят маленькие группки солдат и смешиваются с толпой. Если бы группы солдат образовывали строй, сохраняя порядок шеренги, то их можно было бы считать хорошо различимыми кластерами на фоне остальной публики. Но в эксперименте увеличения упруго рассеянного света подобного положения вещей не наблюдается, что соответствует отсутствию упорядоченных групп.

«Результаты исследования естественно описываются в предположении квазиоднородной жидкости и ограничивают возможности свободного фантазирования по поводу структуры воды», — говорит Валерий Малиновский.

Диана Хомякова

Этот «безумный» Маск

Еще лет двадцать назад казалось невероятным, чтобы запуски космических кораблей осуществлялись частными компаниями. Традиционно считалось – и у нас, и в США, и в Европе, – что освоение космоса – дело сугубо государственное. «Частники» могут работать разве что на подряде, поставляя те или иные комплектующие. Но так, чтобы «частник» делал ракету «под ключ», да еще брался за доставку в космос полезных грузов – воспринималось как что-то из области фантастики. Конечно, такие возможности обсуждались, но до определенного момента трудно было представить себе смельчака, отважившегося на такой риск.

Таким смельчаком оказался глава компании SpaseX Илон Маск, личность которого за последние годы обросла легендами (и не только в связи с космическими инициативами, но  также с инновациями в области «зеленых технологий»). «Наш пострел везде поспел» – это, в общем-то, о нем. Еще весной 2004 года он заявил американским сенаторам, что можно серьезно снизить цену выводимой на орбиту полезной нагрузки. Не приходится сомневаться, что такое заявление многим маститым спецам, работающим в космической отрасли, могло показаться банальным бахвальством выскочки-дилетанта. Как мы помним, на первых порах у компании далеко не все складывалось удачно.

Были и сбои в работе оборудования, и отключения двигателей. Скептики трактовали эти неполадки в свою пользу. Особенно в нашей стране, где отечественные ракетные двигатели считаются лучшими в мире и никем не превзойденными. Поэтому некоторые ревностные патриоты отечественных разработок изображали Илона Маска как шарлатана.

Тем временем компания SpeceX продолжала работы над «инновационной» ракетой-носителем Falcon 9, и относительно недавно продемонстрировала миру свои первые впечатляющие успехи. Как мы знаем, эта ракета создавалась с расчетом на повторное использование первой ступени, что, в принципе, является серьезным шагом вперед. Первая ступень, в которой установлено девять жидкостных двигателей, снабжена специальным оборудованием для ее возврата и вертикальной посадки на земную площадку или на плавающую платформу. В конце декабря 2015 года произошло первое успешное приземление первой ступени. В апреле 2016 года первая ступень совершила посадку на морскую платформу. И уже в конце марта 2017 года та же самая ступень была запущена в космос повторно, после чего вновь совершила посадку на морскую платформу.

Глава Роскосмоса Игорь Комаров  заявил, что у нас в стране Илона Маска никогда не воспринимали как фантаста Интересно, что российское руководство внимательно следит за технологическими прорывами Илона Маска. После повторного запуска и посадки ступени Falcon9 пресс-секретарь президента России Дмитрий Песков заявил, что такие технологии будут «приниматься во внимание специалистами нашей космической отрасли». В то же время, по его убеждению,  Роскосмос в состоянии «достойно конкурировать» с Илоном Маском. Что касается реакции представителей самого Роскосмоса, то в апреле этого года новый глава организации – Игорь Комаров – признался, что у нас в стране Илона Маска никогда не воспринимали как фантаста, и что его разработки – «очень серьезный вызов» нашим специалистам. При этом он с сожалением констатировал, что у России есть «определенное отставание в этих технологиях».

Однако нашу патриотическую общественность такой поворот событий совершенно не устраивал. Признания высокопоставленных чиновников были расценены как предательский «прогиб» под американцев. На интернет-форумах разгорелась бурная дискуссия, где славная когорта российских ИТР-овцев со ссылками на физику, химию и материаловедение стала убеждать общественность в том, что все успехи компании SpaceX – дутые, что Илон Маск просто пускает пыль в глаза и затуманивает мозги умелым «пиаром». И что всё это делается-де под прикрытием американского руководства, дабы в условиях «санкционных войн» дискредитировать российское ракетное двигателестроение. Некоторые договорились до того, будто посадка ступени была обычной кинопостановкой. Тут же кто-то «вспомнил», что и высадка американцев на Луне оказалась такой же липой.

Я не удивлюсь, если половина российских инженеров именно так и воспринимает космические разработки Илона Маска. То есть как агрессивный маркетинг, за которым не стоит ничего существенного. Тем интереснее мне было узнать мнение специалистов, прямо или косвенно участвующих в космических программах.

Такая возможность была предоставлена во время 12-й Международной конференции "Two-Phase Systems for Space and Ground Applications", прошедшей в стенах Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН в сентябре этого года.

Итак, что думают профессионалы, связанные с космическими технологиями, о разработках Илона Маска? Вопрос был задан в присутствии представителей четырех космических агентств (включая Роскосмос) и четырех российских ученых, имеющих известность за рубежом. Сразу отмечу: никто из присутствующих не объявил американского инноватора «шарлатаном», никто не высказал скепсиса и сомнений. Наоборот, отношение к его разработкам оказалось очень серьезным.

Представитель Европейского космического агентства Балаш Тот сказал: «Мы надеемся, что подобные инициативы сделают космические запуски более доступными, что даст нам возможность лучше использовать космос в различных целях. Мы также надеемся, что эти инициативы предоставят и какие-то коммерческие возможности. На мой взгляд, они будут адекватным дополнением к тем научным инициативам, которые сейчас реализуются в космосе при государственной поддержке».

Более конкретен был заместитель директора Объединенного института высоких температур РАН Эдуард Сон:

«Результаты, которые показал Илон Маск, у нас в России имели два эффекта. Первый эффект – это возможность коммерциализации. У нас, действительно, есть некоторые проекты, которые можно было бы коммерциализировать. Речь идет о некоторых небольших объектах, которые могут применять частные компании. Раньше здесь всё было государственным, а теперь есть возможность и для частных компаний. Маск это наглядно показал.

Второй эффект связан с тем, что компании-монополисты, которые производят у нас в России ракетное оборудование, были вынуждены резко снизить стоимость своих изделий. Я имею в виду завод имени  Хруничева, другие организации. Успехи Илона Маска в этом плане оказались очень полезны. Наконец, третье: молодежь вдруг поняла, что космическая отрасль – это не какая-то неповоротливая государственная система, и что там может появиться что-то новое. Отмечу, что в России за работой Маска очень внимательно наблюдают и берут кое-что полезное».

Кстати, не так давно Илон Маск приезжал в Москву, и теперь между ним и нашими учеными намечается сотрудничество, о чем также напомнил Эдуар Сон. Причем наши ученые надеются на успешное развитие этого сотрудничества.

Напомним, что ракеты-носители компании SpaceX признаны на сегодняшний день самыми эффективными с точки зрения стоимости запуска. До конца года компания планирует произвести еще не менее 20 запусков. На сегодняшний день у нее есть подписанные контракты с NASA по доставке грузов на МКС с помощью беспилотного корабля Dragon. Общая сумма контрактов составляет более четырех миллиардов долларов. В настоящее время SpaceX разрабатывает пилотируемый корабль DragonV2, который займется доставкой на МКС астронавтов. Здесь также подписан контракт с NASA на сумму более двух с половиной миллиардов долларов. Первая пилотируемая миссия DragonV2  на МКС запланирована на май 2018 года.

Олег Носков

На крыле самолета

Новосибирский Научно-исследовательский институт электронных приборов (АО «НИИЭП»), входящий в Концерн «Техмаш» Госкорпорации Ростех, приступает к выпуску сигнализатора обледенения (РСО-02С) для перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации.

Конструкторская документация на изделие РСО-02С разработки НИИЭП, которое планируется поставлять для истребителей СУ-35 и перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации Т-50, откорректирована по результатам государственных испытаний с присвоением соответствующей литеры.

Предприятие уже имеет опыт выпуска подобной продукции. Первый сигнализатор обледенения был разработан новосибирским Научно-исследовательским институтом электронных приборов для российского самолета-амфибии Бе-200. Однако работа над РСО-02С для военной авиации потребовала новых подходов.

По словам заместителя генерального директора АО «НИИЭП» по научной работе Евгения Мешкова, в настоящее время НИИЭП – единственное предприятие-разработчик в России, выпускающее сигнализаторы обледенения для военных истребителей. 

- Принципы построения датчиков обледенения, которые устанавливаются на гражданские самолеты, не применимы в военной авиации, поскольку эти самолеты, в отличие от гражданских судов, эксплуатируются в более жестких условиях. Работа датчика обледенения критична к значениям углов атаки, что потребовало другого программного обеспечения и изменения конструкции. Датчик должен сигнализировать не только о начале обледенения, но и измерять толщину льда, а также прогнозировать его интенсивность на защищаемых поверхностях летательного аппарата. Прибор успешно зарекомендовал себя  в ходе испытаний.

В настоящее время на предприятии ведется отработка технологии серийного производства нового изделия. Планируется, что НИИЭП будет выпускать от 50 до 100 сигнализаторов в год.

АО «Научно-исследовательский институт электронных приборов» входит в Научно-производственный концерн «Технологии машиностроения» и занимается разработкой и производством бортовых вычислительных систем неконтактного подрыва и систем управления для различных видов вооружения и военной техники. Разработки и изделия НИИЭП применяются, в частности, в ракетных комплексах «Искандер», «Тор», «Град», «Смерч», «Торнадо-Г» и др.

АО «Научно-производственный концерн «Техмаш» – холдинговая компания в области промышленности боеприпасов и спецхимии. Создана в 2011 году. Концерн выпускает артиллерийские и танковые боеприпасы, артиллерийские выстрелы различного назначения, неуправляемые авиационные ракеты, малокалиберные боеприпасы, авиационно-бомбовые средства поражения и др. Военная продукция холдинга находится на вооружении в 100 странах мира. Среди товаров гражданского назначения – промышленные взрывчатые вещества различного назначения, средства инициирования, пиротехнические изделия; бытовое, промышленное и медицинское холодильное оборудование, оборудование для дезинфекции; технологическое оборудование для топливно-энергетического комплекса и горнодобывающих предприятий; широкая номенклатура оборудования для промышленности, сельского хозяйства и товары народного потребления. Генеральный директор – Сергей Русаков.

Госкорпорация Ростех – российская корпорация, созданная в 2007 г. для содействия разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции гражданского и военного назначения. В её состав входят более 700 организации, из которых в настоящее время сформировано 11 холдинговых компаний в оборонно-промышленном комплексе и 3 – в гражданских отраслях промышленности, а около 80 организаций прямого управления. В портфель Ростеха входят такие известные бренды, как АВТОВАЗ, КАМАЗ, Концерн Калашников, «Вертолёты России», ВСМПО-АВИСМА и т. д. Организации Ростеха расположены на территории 60 субъектов РФ и поставляют продукцию на рынки более 70 стран. Консолидированная выручка Ростеха в 2015 году достигла 1 трлн 140 млрд рублей. Заработная плата в среднем по Корпорации в 2015 году составила 41000 рублей, налоговые выплаты Корпорации в бюджеты всех уровней превысили 160 млрд рублей. Согласно новой стратегии Ростеха, основной задачей Корпорации является обеспечение технологического преимущества России на высококонкурентных мировых рынках. Планируемый объём инвестиций на развитие до 2025 года составляет 4,3 трлн рублей.

Пресс-служба АО «НИИЭП»

Поддержка «высокого градуса»

В нашей стране часто происходит так, что какая-то тема, кажущаяся очень модной и современной, вдруг начинает задавать повестку и бурно обсуждаться, зачастую заслоняя насущные проблемы и действительно актуальные задачи. Прошедший в Санкт-Петербурге очередной Международный экономический форум наглядно продемонстрировал, что желание казаться «современными» в глазах зарубежных инвесторов вынуждает наших экспертов поднимать эти «модные» темы. Причем, поднимать их в такой манере, будто у нас намечается чуть ли не новая «генеральная линия партии». Именно так, например, происходит с альтернативной энергетикой, которой на питерском форуме уделили беспрецедентно большое внимание. В итоге неискушенному наблюдателю могло показаться, будто в России решили полностью воспроизвести европейский путь по части «зеленых» технологий…

На самом же деле всё совсем не так однозначно. И пока в кругу менеджеров рассказывают о головокружительных перспективах ВИЭ, о закате углеводородной эпохи, в кругах российских специалистов поднимаются другие темы – не столь «модные», но при этом не менее актуальные для нашей страны.

Конечно, когда вопрос ставится о солнечной энергетике, это сразу же вызывает бурные дискуссии. И поэтому данная тема очень хорошо вписывается в формат крупных мероприятий с международным участием. Есть о чем поговорить, есть о чем поспорить, есть чем воодушевить прессу. Об этом, естественно, будут много писать. В результате прошедшее мероприятие - с точки зрения пиара - будет казаться очень успешным. Именно так всё и происходит. Будет ли от таких мероприятий какая-то польза – хотя бы для той же солнечной энергетики, я говорить не берусь. Возможно, найдется какой-нибудь очень смелый инвестор, который запустит в России еще одно производство по выпуску солнечных панелей. Однако совершенно ясно, что к «генеральной линии партии» этот шаг не будет иметь ни малейшего отношения.

Проблема в том, что «генеральная линия» очень слабо просматривается в отношении других направлений, обсуждаемых только в кругу узких специалистов. Эти темы, как я сказал, не менее актуальны (а может, и более), но их не выводят на первый план ввиду их специфичности. Бурных дискуссий они вызвать не в состоянии, и потому возникает впечатление, что «партия» до сих пор относится к ним без всякого интереса.

В данном случае речь идет о модернизации традиционной энергетики. В частности, сейчас назревает проблема развития угольных технологий. В России об этом очень мало говорят, несмотря на то, что здесь мы также имеем дело с современным мировым трендом. Очень серьезным трендом.

На долю угля до сих пор приходится не менее 40 процентов произведенного в мире электричества Начнем с того, что в мировом производстве электроэнергии уголь до сих пор занимает лидирующие позиции. На его долю приходится не менее 40 процентов произведенного электричества. Для сравнения: на долю атомной энергетики приходится только 16 процентов. В России угольная энергетика в общих объемах производства электричества составляет только пятую часть (20%). У нас много говорят об успехах ВИЭ, но почему-то не обращают внимания на то обстоятельство, что в развитых странах традиционная энергетика также не стоит на месте, также развивается, причем – при непосредственной поддержке со стороны государства. И вложения здесь тоже немалые. Россия, к сожалению, отстает и по этим направлениям.

Как разъяснил ситуацию академик Сергей Алексеенко (Институт теплофизики СО РАН), для угольной энергетики сейчас актуален переход на сверхкритические и суперсвехкритические параметры пара. То есть вопрос ставится о повышении термического КПД паротурбинного цикла: увеличение температуры и давления пара вплоть до сверхкритических параметров - 25 Мпа и 565 град. Цельсия. Это также один из современных энергетических трендов, в русле которого идут развитые страны. Согласно действующей европейской программе THERMIE, предполагается создание угольных ТЭС мощностью 400-1000 МВТ с еще более высокой температурой пара – 600-700 град. Цельсия и давлением 35 Мпа. Такие параметры классифицируются как суперсверхкритические. Причем, КПД при этом может достигать 55 процентов.

То есть в России назревает необходимость создания тепловых электростанций нового поколения, которые, в свою очередь, требуют новых, более совершенных конструкционных материалов. Отметим, что наши ученые имеют на этот счет определенные наработки.

Так, у нас - еще с советских времен - есть опыт эксплуатации небольших котлов с давлением 30 Мпа и температурой 650 град. Цельсия. Но, как справедливо заметил Сергей Алексеенко, «как всегда – опыт у нас есть, но реально сейчас ничего нет. И хотя есть соответствующие проекты ВТИ, но уже известно, что поддержки эти проекты не получат».

По словам ученого, есть научные предложения по созданию высокотемпературных паровых турбин, когда происходит сжигание водорода непосредственно перед турбиной. Для этого устраивается дополнительная камера, где водород смешивается с кислородом и сжигается в атмосфере пара. Такой проект был сделан под управлением академика Александра Леонтьева. Правда, отметил Сергей Алексеенко, здесь есть опасность взрыва, однако само это направление является, по его мнению, перспективным.

Есть еще как минимум три перспективных направления, связанных с угольной энергетикой. Прежде всего, речь идет о глубокой переработке угля. Недавно, отметил Сергей Алексеенко, в Кемерово был создан Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН. Поэтому есть надежда, что теперь всё здесь сдвинется с места. Тем более что по данному направлению принята государственная программа, предполагающая финансирование. Особый интерес представляет технология «ТЕРМОКОКС», подразумевающая газификацию угля с получением горючего синтез-газа и сорбента (как основного продукта). По словам Сергея Алексеенко, в настоящее время ведутся переговоры с Тепловой станцией № 2 в Академгородке. И уже получено предварительное согласие на использование этой технологии.

Еще два направления – использование микроугля (получаемого посредством механоактивации)  и водоугольного топлива. Специалисты ИТ СО РАН занимаются этим уже давно, и есть определенные результаты. Правда, надежды на то, что оба направления будут финансово поддержаны государством, не так давно умерли окончательно.

Теперь о том, почему перечисленные направления специалисты считают актуальными для России. Ответ очень прост: в нашей стране производство тепла всегда будет важной составляющей хозяйственной жизни. Если европейцам природа «подарила» Гольфстрим, то россиянам отсутствие Гольфстрима «компенсируется» большими запасами ископаемого топлива. Иначе говоря, выработка тепловой энергии в нашей стране всегда будет стоять на первом месте. Отсюда – такая важность тепловых электростанций. Фактически, 44% вырабатываемого в мире тепла приходится именно на Россию. При этом уровень энергоэффективности российской экономики крайне низок (по современным меркам). Энергоемкость российского ВВП в 2-3 раза выше, чем в развитых странах. И в этом смысле прохладное отношение государства к вопросу модернизации ТЭС, к развитию тех же угольных технологий не может не изумлять.

Когда речь заходит о развитии солнечной энергетики, тезис о том, что в России-де не европейские условия, еще как-то можно принять ввиду объективных обстоятельств. Но в отношении проблемы модернизации ТЭС этого сказать никак нельзя. Сегодня  более 60% действующих станций уже находятся не в самом лучшем состоянии и требуют капитального ремонта или же полной замены. Казалось бы, самое время принять соответствующие программы и «подтянуть» наши ТЭС до европейского уровня. Но, как видим, у российских руководителей, в отличие от ученых, совершенно другие образы будущего.

Олег Носков

РАН приходит на Алтай

В регионе представлен широкий спектр научных организаций, прежде всего сельскохозяйственные, есть НИИ в одном из крупнейших наукоградов РФ – Бийске.

Первое в России представительство Российской Академии наук (РАН) планируется создать в Алтайском крае. Такое решение было принято во время рабочей встречи губернатора региона Александра Карлина с президентом РАН Александром Сергеевым, сообщили в среду в пресс-службе правительства Алтайского края.

"Стороны обсудили создание в Алтайском крае регионального представительства РАН для наиболее полной и эффективной реализации инновационного и научного потенциала. Как отметил после переговоров президент РАН, стороны обсудили очень интересные вопросы, касающиеся будущего взаимодействия Российской академии наук с Алтайским краем. Есть договоренность, что в регионе будет открыто первое в РФ представительство РАН", - отметили в ведомстве.

Как сообщила пресс-служба администрации региона, на встрече обсудили возможность участия Алтайского края в реализации государственной научно-технической политики, основные достижения научного сектора региона. В крае создан Федеральный алтайский научный центр агробиотехнологий, который позволил объединить ресурсы ведущих алтайских НИИ в области производства сельхозпродукции и обеспечения продовольственной безопасности страны.

"Главное - договорились о том, чтобы открыть представительство РАН в крае - первое представительство академии в регионах России. Для нас важно, что оно создается по инициативе губернатора. Мы видим в этом хороший пример для других регионов, и для РАН это чрезвычайно важное событие, потому что мы тем самым начнем укреплять нашу региональную сеть", - привела пресс-служба слова Сергеева.

Он напомнил, что в Алтайском крае представлен широкий спектр научных организаций, в том числе академической науки, прежде всего сельскохозяйственные, есть НИИ в одном из крупнейших наукоградов РФ - Бийске. В свою очередь Карлин отметил, что Алтайский край имеет не только значительный производственный, но и научный потенциал.

Глава региона также подчеркнул, что современные реалии диктуют необходимость более эффективно использовать научный потенциал, координировать исследования, и, кроме того, необходимо более динамично интегрировать их в экономику. Карлин пояснил, что создание представительства РАН будет значительным образом способствовать решению этих задач.

Рафаэль Марданов

Инновационная эстафета

Помните девиз советских лет: «Время не ждет!»?  Сегодня, как ни странно, он стал еще более актуальным. Технический прогресс ускоряется, время от разработки до внедрения сократилось с тридцати лет до пятнадцати. Научный процесс и генерация знаний идут сейчас гораздо быстрее, чем было еще полвека назад. И в такой ситуации молодые «мозги» и таланты становятся востребованными, как никогда. России это касается в первую очередь.

К счастью, пока еще далеко не вся российская образованная молодежь уехала за границу. Многие остались и надеются на то, что их способности окажутся нужными в своей стране. О том, что в нашей науке подросла вполне достойная смена, наглядно продемонстрировал прошедший 9 ноября в пресс-центре «ТАСС-Новосибирск» круглый стол «Молодые ученые Академгородка: новые разработки, амбиции, планы».

Как отметил в своем выступлении один из ведущих круглого стола – директор Института цитологии и генетики СО РАН академик Николай Колчанов, – государство с определенных пор пытается увязать стратегию развития с работой ученых, для чего, собственно, и потребовалась реформа Академии. Но есть некоторые моменты, создающие проблемы. Один из них связан с тем, что финансирование научной деятельности распылено по различным ведомствам и инстанциям. Такое положение вещей было закреплено еще при президенте Ельцине, и до сих пор здесь всё осталось по-прежнему. В этом нет ничего хорошего для нормальной организации научной работы, поскольку в таких условиях очень сложно консолидировать средства на науку, считает Николай Колчанов.

Второй момент, на который обратил внимание ученый, касается ранней профессиональной ориентации.

От этого, по мнению Николая Колчанова, во многом зависит выбор научной профессии. Например, в так называемых «научных династиях» интерес к науке пробуждается с раннего детства. Ранний интерес – это очень важное условие. И для его пробуждения у детей в стране должна быть создана целая система, направленная на популяризацию и пропаганду знаний.

Николай Колчанов сослался на советский опыт, где воспитанию подрастающего поколения уделяли повышенное внимание, и это давало свои положительные результаты. Конкретно в Академгородке была огромная станция юннатов, клуб юных техников. Были целые классы, которые поддерживались академическими институтами. В стране было большое количество физико-математических школ. Издавались десятки научно-популярных изданий, ориентированных на детей и молодежь. Этот опыт, безусловно, необходимо использовать и в наши дни, тогда не будет никакой проблемы с профессиональными кадрами для науки.

Солидарную позицию выразил начальник департамента промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии г. Новосибирска Александр Люлько. По его словам, нужно с раннего возраста прививать детям тягу к творческой деятельности. Поэтому департамент подготовил соответствующую программу поддержки детского творчества. Так, недавно был проведен школьный технический форум совместно с колледжем информатики. «Я обратил внимание, что на этом форуме принимали участие дети с пятилетнего возраста. Они уже учатся собирать роботов. Причем, это не какой-то детский конструктор, это были самостоятельно разработанные модели», - сказал Александр Люлько.

Что касается конкретных предложений со стороны молодых ученых, то они касались самых разных тем – от строительства до медицины. В частности, доцент Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС) Андрей Критинин предложил проект роботизированной системы для сетчатых строительных конструкций. Сетчатые конструкции были изобретены русскими инженерами еще 120 лет назад. Их достоинство в том, что они позволяют создавать самые причудливые архитектурные формы, которые могли бы оживить облик нашего города. Идея молодого ученого заключается в том, чтобы уменьшить размеры ячеек и сечений стержней, а стержни стыковать сваркой. Для сборки же нужно использовать специальную автоматизированную установку – «построитель». Большие конструкции предлагается собирать из крупных блоков, изготавливаемых в цеху. В итоге это ведет к снижению трудозатрат, повышению качества и сокращению строков строительства.

Аспирант Института горного дела СО РАН Леонид Рыбалкин рассказал об исследовании полимерных комплексов для создания защитного слоя на внутренней поверхности трубопроводов тепловых сетей. Он сослался на данные департамента энергетики, жилищного и коммунального хозяйства мэрии г. Новосибирска, согласно которым физический износ магистральных тепловых сетей со сроком эксплуатации свыше 25 лет составляет сейчас 148 км (более 47% от общей протяженности сетей).

Предложенное им техническое решение заключается в создании в старой трубе нового слоя с помощью твердеющих составов. На схеме была конкретно показана сама технология такого инновационного «обновления» труб.

Важно то, что данная работа была выполнена при поддержке со стороны новосибирской мэрии в рамках программы: «Муниципальная поддержка деятельности в сфере промышленности и инновационной деятельности на территории города Новосибирска на 2016 — 2020 годы».

Особый интерес вызвала разработка, посвященная борьбе с онкологическими заболеваниями. Ее представила сотрудница Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Анна Немудрая. Речь шла об опухоль-адресующих пептидах – «самонаводящихся пулях» в борьбе с онкологией. По сути дела, речь идет о таргетной терапии онкозаболеваний. Анна Немудрая привела емкую метафору, напомнив мифологический сюжет борьбы Геракла с лернейской гидрой. Геракл, как известно, боролся с чудовищем не один, а напару с Иолаем. Геракл рубил головы гидре, а Иолай их прижигал. Вдвоем они добились победы. Точно так же в борьбе с раком нельзя ограничиться каким-то одним «оружием», считает Анна Немудрая. На этом принципе выстроен научный поиск борьбы со страшной болезнью.

Не меньший интерес вызвало исследование сотрудницы Института цитологии и генетики СО РАН Марии Гридиной. Исследование посвящено изучению хромосомных перестроек в развитии умственной отсталости с применением ИПСК-технологии.

По словам ученого, задержка интеллектуального развития является в наше время глобальной проблемой, на решении которой сосредоточено сейчас немалое количество научных групп во всем мире. На текущем этапе решаются задачи фундаментального уровня, поскольку пока еще не совсем понятны внутренние механизмы, приводящие к умственной отсталости.

Наши ученые, отметила Мария Гридина, уже сделали серьезные шаги к пониманию этой проблемы. В частности, исследования на двух молодых пациентах выявили на генном уровне перестройки, затрагивавшие один-единственный ген, с которым раньше никак не связывали развитие умственной отсталости. Кроме того, было выявлено, что этот же ген участвует в заболевании, связанном с развитием аутического спектра. В общем, отечественная наука уверенно движется к положительным результатам. Хотя нельзя сказать, что сам этот путь совершенно гладок.

Как заметила Мария Гридина, проводить такие исследования с пациентами довольно сложно, поскольку в данном случае проблема касается клеток головного мозга. А получить такие клетки у людей – по понятным причинам – практически невозможно. Однако прогресс не стоит на месте. Не так давно появились технологии, позволяющие получить любой тип клеток, используя несколько капелек крови пациента. Данная технология, по словам Марии Гридиной, была успешно применена в лаборатории Института. Показательно, что сам процесс занимает довольно короткое время – в течение трех недель исследователи получает чистую фракцию нейронов головного мозга, после чего начинается процесс их тестирования.

Таким образом, наши молодые ученые в состоянии решать «взрослые» проблемы. Причем, на мировом уровне. Правда, есть одно обстоятельство, которое ставит их в невыгодное положение по отношению к зарубежным коллегам. Речь идет о «цене вопроса». Мы даже не говорим сейчас о финансировании самих исследований. Дело в том, что оборудование и реактивы, покупаемые за рубежом (а в основном всё это закупается именно за границей), из-за существующих пошлин обходятся нашим научным организациям в три раза дороже, чем для иностранцев. Это неравное положение является вопиющим фактом, ограничивающим возможности нашей талантливой молодежи для самореализации в своей же стране. Полагаю, данным обстоятельством должны серьезно озаботиться российские власти. Иначе «утечка мозгов» станет для нас нерешаемой проблемой.

Олег Носков

И никого не стало

С момента, когда животные начали делить планету с новым биологическим видом — человеком разумным, — среда обитания для них стала в разы враждебнее. Выживает наиболее приспособленный, и успешная адаптация человека к окружающей среде нередко оборачивалась вымиранием других видов. От некоторых из них нам на память остались лишь чучела да очерки в древних энциклопедиях.

Стеллерова корова

Модель стеллеровой коровы в Лондонском музее естествознания Сложно найти какое-нибудь животное, которое было бы истреблено человечеством так же быстро, как стеллерова корова. У нее (или, скорее, у нас?) в этом трагическом зачете абсолютный рекорд — всего 27 лет прошло с момента открытия вида до его полного исчезновения. Первым морскую корову описал в 1741 году врач экспедиции Беринга, Георг Стеллер, в честь которого и было названо животное. Ареал обитания этих коров ограничивался Командорским островами, причем держались они в основном у самых берегов, поскольку, судя по всему, не умели нырять. Морская корова относилась к отряду сирен, к которым принадлежат и их ныне живущие ближайшие родственники — ламантины и дюгони. Из-за поразительного сходства Стеллер даже принял морских коров за ламантинов, а вот выделил их в отдельный вид другой ученый — немецкий зоолог Эберхард Циммерман. Произошло это в 1780 году, когда ни одной стеллеровой коровы уже не осталось на планете. Пятитонные, грузные, малоподвижные и апатичные создания питались в основном водорослями и морской капустой, за что получили еще одно название — капустницы. Человека эти медлительные животные не боялись ни капли — просто потому, что никогда не сталкивались с ним. Все это привело к массовому отлову стеллеровых коров — их мясо помогло экспедиции Витуса Беринга прожить на острове 10 месяцев, в течение которых экипаж занимался починкой корабля. С началом же заселения и освоения новых открытых территорий вымирание этих животных стало делом времени: не прошло и 30 лет, как стеллеровых коров окончательно истребили.

Тасманийский (сумчатый) волк

Наскальный рисунок сумчатого волка в местности Убирр Один из самых известных представителей фауны австралийской Тасмании — тасманийский дьявол, а вот про тасманийского волка, тилацина, вспоминают гораздо реже — вероятно, потому что встретить его в природе уже невозможно. Между тем это было уникальное животное — единственный доживший до исторической эпохи сумчатый волк. Официальное научное описание относится к 1808 году, хотя упоминания о «тигровых кошках» встречались еще в последней четверти XVIII века. Обитали тилацины по всей Тасмании и внешне походили на не очень крупную собаку с серо-бурой шерстью и полосками на спине. Челюсти тилацин мог раскрывать очень широко — на 120 градусов, что породило ряд мифов и предрассудков относительно его кровожадности. Во многом из-за этого в 30-е годы XIX века началось массовое истребление сумчатых волков: местное население верило, что они нападают не только на овец, но и на фермеров. Позже ученые установили, что челюсти тасманийских волков были очень слабо развиты и не позволяли им охотиться ни на овец, ни на людей — только на ящериц, птиц и мелких животных, однако реабилитировать было уже некого: последний представитель вида умер в 1936 году в зоопарке. В дикой же природе сумчатые волки исчезли еще раньше, приблизительно в 1930 году.

Японский волк

Японский волк Еще один волк, который бесследно исчез по вине человечества, — японский. Эти животные традиционно обитали на островах Хонсю, Кюсю и Сикоку и заметно отличались от своих сородичей, населяющих Азию и Европу. Внешне они больше походили на лисиц — и рыжеватым окрасом, и удлиненной мордой, и размерами: рост их не превышал 40 сантиметров. Волков почитали как защитников, а в традиционном японском фольклоре они предстают как духи леса, помощники бедных и беспомощных — их называют оками. Но мифология — это одно, а реальность — совсем другое: в ходе активного освоения новых земель под сельскохозяйственные нужды, которое развернулось во время реставрации Мейдзи, правительство назначило награду за каждого убитого волка. Их массово отстреливали и травили ядом, что привело к полному исчезновению вида к 1889 году — сегодня от них осталось всего несколько чучел в европейских и японских музеях.

Квагга

Квагга Если бы какой-нибудь ребенок увидел кваггу, он бы, вероятно, описал ее как зебру, на которую у природы не хватило краски, поскольку полоски у нее располагались только спереди и неравномерно; задняя же часть корпуса была полностью однотонной. Но проблема в том, что увидеть кваггу уже не получится, по крайней мере, вживую, а не на страницах энциклопедии. Этих животных полностью истребили к 1878 году, а последняя особь умерла в неволе в 1883 году. Обитали квагги в Южной Африке, причем людям удалось их не только одомашнить, но и использовать в качестве сторожей. Отличный слух и чутье этих животных позволяли им заметить приближение хищников к стаду, а человека они предупреждали громким своеобразным криком, который звучал как «куа-га» — отсюда и появилось название. Впрочем, прочные шкуры квагг представляли гораздо большую ценность, чем их охранные качества, из-за чего этих непарнокопытных быстро истребили. В 1987 году был запущен проект по восстановлению вида, а за основу были взяты саванные зебры Намибии. К 2005 году удалось вывести особь, как две капли воды похожую на типичную кваггу, однако генетически они все же являются другим видом. Их называют «квагги рау» — в честь натуралиста Рейнгольда Рау, основавшего проект по восстановлению популяции.

Тайваньский дымчатый леопард

Тайваньский дымчатый леопард Тайваньский дымчатый леопард проживал исключительно на Тайване — такие виды называют эндемиками. Выбраться с острова, окруженного со всех сторон водой, и расселиться на других территориях не представлялось возможным, поэтому он стал для них одновременно и единственным ареалом обитания, и ловушкой, в которой животные оказались заперты вместе с человеком. Необычный окрас тайваньских леопардов делал их похожими на больших оцелотов, а их шкуры — желанным трофеем для любого охотника, поэтому уже к 1983 на острове не осталось ни одного представителя вида. Впрочем, ученые не оставляют попыток обнаружить дымчатых леопардов — для этого используются самые современные камеры видеонаблюдения, но за последние десятилетия, несмотря на все ухищрения, им так и не удалось напасть на след исчезнувших животных.

Чуть больше повезло их родственникам в России — дальневосточным леопардам. Этот вид находится на грани вымирания, поскольку в мире осталось всего 70 особей, и около 50 из них живут в национальном парке в Приморье. Животных различают благодаря пятнам на шкуре, которые так же индивидуальны, как отпечатки пальцев у людей. Работа по восстановлению популяции идет медленно, но все же приносит результаты, ведь в 2015 году дальневосточных леопардов было 56, а в этом — уже 70.

«Три кита» квантовых технологий

Квантовый компьютер с необычайным быстродействием, квантовая связь, которую невозможно взломать, «картирование» человеческого мозга… Футурологи и ученые в последние годы щедро длятся прогнозами развития квантовых технологий. Чем вызван подобный оптимизм и как скоро ожидания станут реальностью. Пробуем разобраться.

Сначала о том, почему в последнее десятилетие эта область физики стала часто упоминаться именно в прикладном аспекте. В прошлом веке квантовая механика прошла этап эпохальных фундаментальных открытий. Планк, Эйнштейн, Гейзенберг, Шрёдингер – эти великие физики стали основоположниками отдельного раздела физики, заметно отличающегося от классической механики. Но дальнейшее развитие этого направления научной мысли ограничивали, прежде всего, технические возможности, которыми располагали физики.

Однако на рубеже веков появилась качественно новая аппаратура для исследований (спасибо очередной технологической революции или новому технологическому укладу – кому какой термин ближе). До этого времени физики в своей работе применяли т.н. «ансамблевый подход»: изучали большие коллективы квантовых частиц. Теперь же – получили возможность работать с индивидуальными объектами. И это принесло свои результаты.

Сегодня мы можем говорить о появлении междисциплинарной области знаний – квантовой обработке информации. В ней выделилось три основных направления: квантовая (коммуникация) связь, квантовые вычисления и квантовое моделирование.

Когда говорят о квантовой связи, имеют в виду, прежде всего, создание таких коммуникаций, которые невозможно взломать. Это обеспечивается созданием принципиально новой концепции обмена информацией, над которой работают научные коллективы по всему миру. Ведутся такие работы и новосибирскими физиками (наш портал уже рассказывал про это). Ведущим разработчиком этого направления в России является Институт физики полупроводников им. Ржанова СО РАН. В 2003 году ученые института собрали первую экспериментальную установку, с которой и началась история отечественной квантовой криптографии.

В силу понятных причин большая часть работ по всему миру выполняется по заказу вооруженных сил и спецслужб, и потому объективно оценить, насколько наука продвинулась в данном направлении, сложно.

Квантовая криптография сосредоточена на физике, рассматривая случаи, когда информация переносится с помощью объектов квантовой механики Но кое о чем рассказывалось и в открытых публикациях. В отличие от традиционной криптографии, которая использует математические методы, чтобы обеспечить секретность информации, квантовая криптография сосредоточена на физике, рассматривая случаи, когда информация переносится с помощью объектов квантовой механики. Процесс отправки и приёма информации всегда выполняется физическими средствами, например, при помощи электронов в электрическом токе или фотонов в линиях волоконно-оптической связи.

Если в классической системе оптоволоконной связи каждый импульс содержит до миллиарда фотонов, несущих информацию (и часть их можно перехватывать системами подслушивания), то в системах с квантовой криптографией действует правило «один импульс – один фотон». И когда «шпион» попытается измерить его, то по законам квантовой механики, произойдут изменения и система связи получит сигнал тревоги (поскольку импульс из одного фотона нельзя поделить и он просто не дойдет до своего получателя или дойдет измененным). Еще более осложняет задачу перехвата установка режима, когда только один из десяти импульсов содержит фотон с нужной информацией. И правильное считывание обеспечивает только наличие у получателя детектора с уникальными настройками регистрации «нужных» фотонов.

Главной задачей для современных исследователей является увеличение дальнодействия и скорости передачи информации. Сегодня передовые модели позволяют передавать данные на расстояние немногим более 100 км со скоростью до Кб/сек. Конечно, с такими характеристиками квантовые сети неспособны конкурировать с обычными «оптоволоконками». Но им уже по силам переслать получателю пароль, который невозможно перехватить. А уже с этим паролем адресат может расшифровывать пакеты информации, полученные по традиционным высокоскоростным каналам. Что делает данную технологию в перспективе интересной для банков. А по мере удешевления и распространения, она может стать такой же обыденностью интернет-платежей, какой сегодня является протокол SSL.

А еще, уверены физики, криптографией квантовую коммуникацию ограничивать не стоит. Ее возможности, связанные с мгновенной передачей информации на расстояние, намного шире.

Равно как и возможности квантовых вычислений. Или – квантового компьютера, о котором также много говорят в последние годы. В настоящее время вычислительная техника подошла к определенному рубежу, за которым должен произойти качественный скачок. Полвека развитие шло в соответствии со знаменитым законом Мура: регулярно (в последнее время – каждые два года) происходило удвоение числа транзисторов, которые размещались на чипе в электронных схемах. Это и было физической основой для того колоссального прогресса в электронике.

Но дальше идти по этому пути мешают физические же ограничения: в настоящее время  количество транзисторов на кристалле интегральной схемы составляет примерно десять в десятой степени. И удваивать его уже некуда. Значит, нужны принципиально иные решения. Одно из них и есть – квантовый компьютер. Первые идеи в этом направлении математики (в том числе, наш соотечественник Юрий Манин) озвучили еще в 1980-е годы. А популярной концепция стала благодаря книгам нобелевского лауреата по физике Ричарда Фейнмана. Он высказал мысль, что для моделирования сложных квантовых систем можно использовать простые квантовые системы, или квантовые симуляторы. И уже потом могут быть созданы квантовые компьютеры, которые позволят решать серьезные вычислительные задачи.

В чем состоит основополагающая идея квантового компьютера? Объясняет доцент кафедры квантовой электроники НГУ Илья Бетеров. В обычном компьютере мы имеем дело с битами, каждый из которых может находиться в двух возможных состояниях – либо ноль, либо единица. В квантовом компьютере используются квантовые биты – кубиты, отличающиеся тем, что они могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, то есть быть и нулем, и единицей одновременно.

В результате, если при классическом вычислении элементарная операция совершается с одним числом, то при квантовых вычислениях – параллельно с огромным массивом чисел. В теории это позволит решать задачи, которые для обычных компьютеров потребовали бы необозримого времени решения, сравнимого современем существования Вселенной.

Что и говорить, перспектива заманчивая. Поэтому над созданием квантового компьютера работает едва ли не больше ученых, чем в области развития квантовых коммуникаций. И в новостях постоянно говорят о новых шагах к квантовому компьютеру. Одни ученые сделали рабочий кубит — элемент квантовой информации, другие — собрали компьютер на десяти кубитах, третьи — показали преимущество квантовых компьютеров над обычными в некоторых частных задачах.

Работают над этой задачей и в институтах Сибирского отделения РАН – все в том же Институте физики полупроводников. Первые простейшие квантовые вычисления были продемонстрированы на органических молекулах в жидкости. Однако твердотельная основа квантового вычислителя считается наиболее практичной и эффективной. В качестве кубитов квантового компьютера хотят использовать одиночные электронейтральные атомы. А управление квантовым состоянием пар этих атомов может осуществляться с помощью лазерных импульсов. Захваченные в созданную лазерным излучением оптическую решетку нейтральные атомы способны образовать квантовый регистр практически любого размера. Главное же их преимущество – возможность управлять межатомным взаимодействием путем лазерного возбуждения, что и стало предметом работы ученых ИФП. Они проводят эксперименты с ультрахолодными атомами рубидия, для возбуждения которых в ридберговское состояние применяют лазеры с высокой частотой следования импульсов. Здесь также разработана методика высокоскоростной регистрации числа атомов, возбуждаемых под воздействием каждого лазерного импульса в серии, независимо от остальных. Исследовательские работы в этом направлении идут и в НГУ (опять же, совместно с учеными ИФП).

Однако, несмотря на все успехи ученых, квантовые компьютеры – это дело будущего еще в большей степени, чем квантовая связь. Впрочем, то же самое можно сказать и о квантовом моделировании. Обычно в первую очередь имеют в виду моделирование новых материалов. В современной промышленности (синтез материалов и сплавов, электроника и т.п.) часто возникает ситуация, когда надо перебрать много так называемых материалов-кандидатов. Проверка каждого методом  in vitro может занять месяцы, а что делать, если в списке тысячи претендентов. Соответственно, предварительно надо быстро выделить десяток пригодных для последующего анализа традиционными методами in vitro.

Еще в прошлом веке выход предложил уже упоминавшийся Ричард Фейнман: «Природа не является классической, поэтому если вы хотите ее моделировать, то лучше используйте какие-нибудь квантово-механические средства».

Сила квантовых вычислений позволит использовать все более сложные модели, которые будут отображать, как молекулы собираются и кристаллизуются с образованием новых материалов. Такие открытия, ведущие к созданию новых материалов, впоследствии приведут к созданию новых структур, имеющих последствия в сферах энергетики, борьбы с загрязнением и фармацевтических препаратов.

И снова, как и в двух предыдущих направлениях, ученые уверены, что мы стоим на пороге прорывных решений. А значит, уже в ближайшем будущем нас ждут еще более интересные времена.

Наталья Тимакова

Вода делает археологические артефакты более «старыми»

Некоторые археологические находки из Алтая и Евразийских степей могут оказаться менее древними, чем считалось ранее: иногда разница между «старым» и «новым» возрастом составляет более тысячи лет. Виной тому — пресноводный резервуарный эффект (ПРЭ). Однако он не только мешает датировать, но позволяет получить некоторые интересные данные. Наряду с изотопным анализом, ПРЭ может рассказать о пищевых предпочтениях наших предков. Так, выяснилось, что древние жители Алтая не ели рыбу.

Сегодня радиоуглеродное датирование является одним из самых распространённых и точных методов как для определения возраста отдельных органических образцов, так и для построения надёжной хронологической шкалы археологических культур и исторических событий. Однако уже не раз было отмечено, что полученные радиоуглеродные данные оказываются гораздо старше, чем ожидалось, исходя из традиционных археологических датировок и других данных из того же памятника. Причина этого — резервуарный эффект, проявляющийся в мнимом более древнем возрасте образца, в чей рацион (или состав) входил так называемый «старый» углерод из пресноводных источников. В результате подводного фотосинтеза растения и водоросли насыщаются этим углеродом, который потом передаётся вверх по пищевой цепочке моллюскам, рыбам, водным млекопитающим, и далее — к наземным животным, потребляющим водную пищу, и человеку. Такой углерод может содержать даже глиняная посуда, сделанная с добавлением костей рыб и моллюсков в качестве примеси.

Источником углерода в организме человека и животных является потребляемая ими пища. Доля радиокактивного углерода в ней зависит от того, из какого источника она происходит. Если из источника с более низким, чем в атмосфере, уровнем изотопа 14С, то в образце потребителя может проявиться резервуарный эффект.

«Старение углерода происходит тогда, когда он прекращает обмен с атмосферой — например, со смертью организма. Важнейшим источником древнего углерода в пресной воде являются карбонатные минералы в грунтовых водах.

Поскольку многие осадочные породы состоят из скелетов морских организмов, умерших миллионы лет назад, они представляют собой своеобразные хранилища мёртвого углерода.

Можно предположить, что наибольшее значение пресноводных резервуарных эффектов будет выявлено в регионах, богатых углесодержащими породами (например, известняком). Хотя сама структура, глубина и расположение слоёв влияют на обмен карбоната с грунтовыми водами», — рассказывает научный сотрудник 14ХРОНО Центра по изучению климата, окружающей среды и хронологии Королевскиого университета Белфаста (Великобритания) доктор Светлана Владимировна Святко.

Другими факторами, которые могут влиять на масштаб пресноводных резервуарных эффектов, являются разложившаяся органика в бассейне водоёма, которая вымывается в сам водоём, долгий период застоя воды, таяние ледников, а также подводные выходы метана и геотермальная активность. Помимо пресноводного, существуют также морской и вулканический резервуарные эффекты.

Величина ПРЭ в пределах одного и того же водоёма может разниться в зависимости от вида, веса и возраста анализируемого животного. Так, из-за более активного углеродного обмена между атмосферой и водой рыбы и моллюски, обитающие на мелководье или ближе к поверхности, будут подвержены резервуарным эффектам в меньшей степени, чем глубоководные животные. Существуют также данные об изменении этого показателя во времени в результате изменения климатических условий.

Радиоуглеродный возраст двух современных проанализированных рыб (хариусов) из верховий р. Катунь - 1097+/-40 лет и 578+/-36 лет! Эти цифры прекрасно иллюстрируют величину пресноводной резервуарной погрешности в этом водоеме на настоящий день.

 Влияние ПРЭ на данные радиоуглеродного датирования костей животных и людей в Сибири в настоящее время исследуют несколько научных групп, в том числе учёные 14ХРОНО Центра и Алтайского государственного университета.

«В отличие от хорошо изученного морского резервуарного эффекта, влияние пресноводного довольно редко учитывалось из-за отсутствия систематических данных. Значительная часть исследований по этой теме была сделана в Европе в Северной Америке. Однако в ходе недавних работ было высказано предположение о достаточно большой доли рыбы в рационе древнего населения северноевразийских степей, — говорит Светлана Святко. — Для нашего исследования были подобраны материалы с совершенно различных регионов Евразийских степей в Сибири из памятников разных эпох. В ходе такого масштабного подхода мы хотели посмотреть общую картину распространения этих эффектов и, возможно, выявить какие-то тенденции».

Как рассчитывается величина резервуарных эффектов? Для современных материалов смотрят, насколько исследуемый образец оказывается древнее современной атмосферы. Для археологических — определяется разница в радиоуглеродном возрасте синхронных образцов наземного и водного происхождения (к последним помимо непосредственно останков рыб также относятся кости животных и человека, в рацион которых могли входить пресноводные продукты). Также учёные проводили анализ стабильных изотопов для оценки водного компонента в рационе людей.

В исследовании приведены результаты по приблизительно 50 археологическим парам из 30 памятников. В целом было проанализировано около 160 образцов (а кроме того, привлекались данные из предыдущих исследований).

 «Оказалось, что резервуарные эффекты очень широко распространены в Евразийских степях. Их величины крайне разнообразны как в современных образцах, так и в археологических парах. В костях человека погрешность может колебаться, по нашим данным, вплоть до тысячи лет», — рассказывает исследовательница.

Величины пресноводных резервуарных эффектов довольно непоследовательны и непредсказуемы даже в пределах одного и того же региона или памятника. В некоторых случаях в останках древних рыб он проявляется, а современных — нет. Кости человека также иногда показывают гораздо большую погрешность, чем современные рыбы.

«В Южной Сибири, например, можно увидеть разнообразие ПРЭ внутри двух областей — на Алтае и в Минусинской котловине. Эти районы хорошо демонстрируют изменчивость резервуарного эффекта в пределах даже одного водоёма. Однако, как ни странно, кости человека из тех мест погрешности не показывают. В случае с Минусинской котловиной, неясно включала ли диета людей рыбу. Люди с Алтая почему-то рыбу не ели. Современная же рыба из сибирских рек, например, из Катуни, даёт очень большую резервуарную погрешность», — говорит исследовательница.

Сейчас исследователи разрабатывают базу данных по пресноводным резервуарным эффектам для Евразийской степи, чтобы учёные имели возможность датировать археологические находки из этих мест более точно. Предварительная версия этой базы уже доступна в сети.

Диана Хомякова

Страницы

Подписка на АКАДЕМГОРОДОК RSS