Часть Первая: Ностальгия по автономной генерации

В свое время мы подробно описали некоторые выступления, прозвучавшие на прошлогоднем научно-производственном форуме «Золотая долина-2024». В связи с этим на память приходит один интересный момент, который вызвал лично у меня яркие воспоминания десятилетней давности. Так, на заседании секции по энергетике прозвучал один доклад, посвященный использованию солнечной энергии для автономного снабжения теплом и электричеством. Ничего особо нового для меня здесь не было, поскольку эту презентацию я видел еще десять лет назад. Мало того, я был лично знаком с докладчиком и когда-то собственными руками трогал «солнечное» оборудование, упомянутое в той самой презентации.

Конкретно речь шла об использовании солнечных коллекторов и фотоэлектрических панелей для снабжение теплом, горячей водой и электричеством отдельных зданий и сооружений в населенных пунктах, где была проблема с сетями. Приводилось несколько таких примеров. Девизом компании, предлагавшей свои технические решения, было: «Мы даем тепло и свет -  там, где их нет!». Допустим, какая-то отдаленная туристическая база в горах Алтая, лишенная доступа к электрическим сетям, решала проблему электроснабжения таким вот образом. Или животноводческое предприятие строило душевые кабинки для своих работников, получая горячую воду за счет солнечных коллекторов (то есть совершенно не тратя ресурсы на нагрев воды).

Подчеркиваем, таких локальных решений было достаточно много, и весьма внушительный набор оборудования показывал, что в данном направлении уже давно работает целая индустрия. Тогда еще, десять лет назад, казалось, что пройдет не так много времени, как многие наши граждане начнут всё это широко использовать. Кто-то искренне считал, что уже к 2025 году солнечные коллекторы и солнечные панели станут для россиян привычной вещью – примерно такой же, как микроволновки или тостеры. Причем, нельзя было сказать, что такое оборудование совсем не по карману простым трудягам или пенсионерам. По крайней мере, относительно недорогие сезонные солнечные коллекторы вполне могли красоваться на дачных участках, решая проблемы с горячей водой без всякого нагрева от печи или электричества.

Или возьмем солнечную панель. Мы не говорим сейчас про автономные электроснабжения отдельных домов или дачных построек.  Есть куда более простые решения. Например, десять лет назад вполне реальным мыслился вариант, когда россияне, выезжая на природу, обеспечивают себе ночное освещение шатров или подзарядку смартфонов с помощью небольших фотоэлектрических панелей.

Однако ничего из сказанного не реализовалось в тех масштабах, как о том мечталось ранее. Упомянутое «солнечное» оборудование в России до сих пор остается «экзотическим». Массового использования солнечных коллекторов на дачных участках мы не наблюдаем. То же самое можно сказать и о туристах, отдыхающих на природе – солнечные панели не стали для них привычной вещью.

Впечатление такое, что пропаганда «зеленых» технологий обошла наших граждан стороной. Хотя на самом деле, как мы знаем, усилия в этом направлении были. Но факт остается фактом: презентация «солнечного» оборудования остается сейчас столь же актуальной задачей, как и десять лет назад. И потому в содержательном плане упомянутое выступление не претерпело никаких изменений. Такое впечатление, что докладчику каждый год приходилось всё начинать сначала.

Почему мы вынуждены обращать на это внимание сейчас? Дело в том, что подобные локальные решения для «зеленых» технологий еще десять лет назад рассматривались в контексте грядущего энергетического перехода, который, в свою очередь, прямо увязывался с Шестым технологическим укладом. Указанные решения вписывались в философию Off Grid, то есть в такое направление, где в приоритете находится максимальная ресурсная автономия, ведущая к независимости от внешних сетей. Эта тема совсем недавно была весьма популярна, причем, так происходило в развитых странах, и особенно – в США (о чем мы тогда очень много писали). Как раз под эту тему были «заточены» некоторые разработки ученых СО РАН (о чем мы тоже писали).

К примеру, часто упоминавшийся нами проект «Экодом», инициированный учеными новосибирского Академгородка, предполагает использование солнечной энергии в качестве дополнительного источника обогрева жилища. Параллельно рассматривались варианты одновременного производства тепла и электричества в отопительной системе дома. Были конкретные примеры использования двигателей Стирлинга, совмещенных с котлом. Двигатель подключался к электрическому генератору. Здесь же предусматривался тепловой аккумулятор, позволявший включать двигатель тогда, когда это было необходимо. Отметим, что все эти системы, включая систему солнечного нагрева воздуха, солнечного нагрева воды и автономной выработки электричества имелись не только на бумаге, но были испытаны на практике (в том числе – во время работы на острове Ольхон).

Интересно, что тема Off Grid подогревалась теми технологическими инициативами (вполне себе приемлемыми и с позиций нашего дня), которые в ту пору реализовывались в западных странах при государственной поддержке. Например, в США и в Европе (особенно – в Германии) принимались программы по установке солнечных панелей прямо на крышах домов (вспомним американскую программу «Миллион солнечных крыш»). В развивающихся странах солнечную энергетику (в указанном здесь формате) также не обошли стороной. В свое время мы писали о соответствующей программе индийского правительства, которая предполагала доставку целых комплектов «солнечного» оборудования (куда входила фотоэлектрическая панель и инвертор) в отдаленные деревни, лишенные централизованного электроснабжения. Аналогичные программы разрабатывались и в некоторых странах Центральной Африки. Даже в Монголии чабанам с отдаленных пастбищ предлагали солнечные панели, чтобы люди могли хотя бы слушать радиоприемники и даже подключать небольшие телевизоры.  Такие панели монтировались прямо над входом в юрту, что выглядело в глазах наших туристов весьма необычно (учитывая, что у нас фотовольтаика вообще не получила распространения в народе из-за полного отсутствия государственной поддержки данных технологий).

Надо сказать, что российских разработчиков очень сильно воодушевляли подобные прецеденты. В Институте теплофизики СО РАН, где также уделялось внимание «зеленым» технологиям (включая возобновляемую энергетику), старались заинтересовать этой темой молодых ученых, поскольку, как тогда считали в руководстве Института, молодежь наиболее креативна. А «зеленые» технологии на тот момент являлись безграничным полем для творческой самореализации и нестандартных решений.

Воображаемые перспективы и впрямь завораживали. Так, в области фотовольтаики шла работа по тонкопленочным полупрозрачным фотоэлементам. Их можно было совмещать с внешней отделкой фасадов, что позволяло даже небольшому дачному строению устанавливать до двух КВт электрических мощностей, не делая никаких дополнительных конструкций. В некоторых западных странах уже испытывали изделия для внешней отделки, включающие в себя фотоэлектрические элементы. Сайдинг и солнечная панель в одном лице – это ли не чудо? Разработчики шли еще дальше, предлагая соответствующее покрытие для фонарных столбов, благодаря чему можно было решать проблему освещения улиц в режиме Off Grid, то есть без подключения к сетям.

В принципе, большое количество таких вот автономных солнечных мощностей могли благоприятно сказаться и на работе сетей, поскольку сглаживали пиковые нагрузки. Причем, не только по части освещения, но также и по части летнего кондиционирования воздуха в помещениях. Почему бы работу кондиционеров не перевести в автономный режим, синхронизировав ее с поступлением солнечной радиации? С утра, когда восходит Солнце, кондиционер автоматически включается от солнечной панели, затем, после заката, он так же автоматически отключается. О том, какие проблемы для сети в летнее время создает работа многочисленных кондиционеров, уже писалось неоднократно. Проблема эта обозначилась не только для таких жарких регионов планеты, как штат Калифорния, но даже для Москвы и Подмосковья. Упомянутые здесь «зеленые» технологии как будто сами напрашивались на то, чтобы решить эту проблему. И десять лет назад было ощущение, что необходимое техническое решение скоро появится. Казалось, ждать осталось не так уж долго, учитывая, какими темпами развивались тогда фотоэлектрические системы.

Мы перечислили далеко не всё, но и этого достаточно, чтобы понять вектор развития «зеленых» технологий в формате Off Grid. В перспективе такие небольшие автономные мощности могли объединяться в локальную «умную сеть» (Smart Grid), работающую в режиме автоматической самонастройки, то есть, не требуя специальных диспетчерских служб. В свою очередь, эту локальную сеть можно уже было связать и с Единой сетью, благо, такие разработки также велись. Лучше всего в этом деле продвинулись специалисты Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). По сути, они работали на перспективу, понимая важность распределенной малой генерации. Напомним, что в Новосибирске целый микрорайон был подключен к собственной газовой электростанции (о чем мы когда-то писали подробно). Как раз данный прецедент подтолкнул наших ученых к работе по теме «умных сетей» для таких автономных объектов.

Собственно, движение в эту сторону было отчетливым (в Новосибирске даже создали Ассоциацию по малой энергетике, как бы предугадывая грядущие перемены). Промышленные предприятия обзаводились собственными газовыми котельными, и недалек был тот час, чтобы перевести это маленькое хозяйство в режим когенерации (то есть параллельной выработки электроэнергии). Соответствующее оборудование также имелось. Например, не так давно (до «адских санкций») на рынке была представлена большая линейка компактных газовых турбин, работающих в широком диапазоне мощностей. Такая турбина позволяла безболезненно сбрасывать мощность с максимума почти до нуля, гибко подстраиваясь под скачки нагрузок. Перед владельцами предприятий и крупных общественных зданий (бизнес-центров, торгово-развлекательных центров, спортивных комплексов и т.д.) открывались интересные перспективы в плане автономного обеспечения энергией. Но, еще раз подчеркнем, что сам этот тон, сама философия Off Grid задавалась в ту пору развитием «зеленых» технологий, где важное место занимали солнечные панели и ветряки. По сути, возобновляемая энергетика прямо ассоциировались с темой энергетической автономии. И надо сказать, что так сложилось исторически.

Но после 2015 года история стала неожиданно меняться. Развитие «зеленых» технологий начало стремительно выстраиваться по другому сценарию. Тема Off Grid отошла на второй план (а в какой-то мере вообще выбыла из публичного пространства). Теперь солнечные панели и ветряки вызывают уже другие ассоциации. Хуже всего – в новом исполнении они стали порождать проблемы, которые уже трудно скрывать.

Андрей Колосов

Окончание следует

Новосибирский государственный университет заключил соглашение о сотрудничестве с руководством Новосибирского метрополитена. Цель – внедрение в работу метро технологий искусственного интеллекта.

«Мы считаем, что метрополитен должен быть в числе лидеров технологического развития в городской инфраструктуре, к сожалению, пока это не так, но мы активно работаем над модернизацией своей инфраструктуры. В частности, готовим переход на пассажирские составы из пяти вагонов и рассматриваем в перспективе внедрение беспилотного управления поездами метрополитена. На этом этапе очень востребованным станет искусственный интеллект», — рассказал начальник МУП «Новосибирский метрополитен» Аркадий Чмыхайло.

В числе других задач — повышение безопасности на станциях метро. Известно, что одним из наиболее травмоопасных участков метрополитена являются эскалаторы. Сейчас за ситуацией на них наблюдают дежурные, но иногда человек может отвлечься и не среагировать вовремя на возникшую проблемную ситуацию.

Руководство метрополитена планирует оснастить эскалаторы интеллектуальными системами, которые автоматически останавливали бы движение в случае падения пассажира или иной опасной ситуации, которая может привести к травмам. А также – интегрировать в систему видеонаблюдения программы, которые могли бы оценивать количество пассажиров на разных участках инфраструктуры метро, позволяя оптимизировать работу станций и поездов в «часы пик». Важными являются также вопросы контроля путей, оставленных вещей, неадекватное поведение пассажиров на станциях метрополитена.

Необходимыми компетенциями для решения этих и других задач, связанных с повышением эффективности и удобства общественного транспорта, обладает Центр искусственного интеллекта Новосибирского государственного университета (ЦИИ НГУ).

«Для нас очень важно, чтобы разработки сотрудников центра воплощались не только в научные статьи и выступления на различных конференциях, но и в конкретные технологии и программные продукты, созданные по запросам наших индустриальных партнеров. И мы очень рады, что Новосибирский метрополитен решил войти в их число, надеемся, это сотрудничество будет плодотворным», — подчеркнул ректор НГУ академик РАН Михаил Федорук.

Как отметили представители метрополитена, перспективы внедрения разработок ЦИИ НГУ не ограничиваются Новосибирском — схожие задачи встают и перед их коллегами в других российских городах. 

«Мы вполне можем выступать как пилотный объект для внедрения, опыт которого потом будет транслироваться в Москву, Санкт-Петербург и далее», — заметил по этому поводу заместитель начальника МУП «Новосибирский метрополитен» Максим Серебренников.

«Следующим шагом после подписания соглашения станет формирование технического задания для сотрудников ЦИИ НГУ, подготовка которого уже началась», — сообщил директор ЦИИ НГУ Александр Люлько.

Кроме того, в руководстве метрополитена рассматривают вопрос отправки в следующем месяце ряда руководителей подразделений на учебу в Центр искусственного интеллекта НГУ, которая поможет им лучше понимать, как использовать возможности искусственного интеллекта в своей работе.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Благодаря переговорам президента США Трампа с президентом РФ Путиным, а ранее – с Зеленским, в фокусе внимания мировых СМИ вновь оказалась тема добычи редкоземельных металлов (РЗМ).

Надо признать, в последние годы, они обращают на себя внимание как экспертов, так и политиков с бизнесменами, все чаще и чаще. И это совершенно обоснованно. «Редкоземы» применяются в электронике, космических технологиях, аккумуляторах, лазерах и, что очень важно, военных технологиях. В результате, контроль над их запасами превращается в стратегический приоритет для ведущих мировых держав, становясь причиной для новой геополитической «большой игры».

Сейчас безоговорочным лидером в этой области является Китай. Он добывает около 70% мирового объема редкоземельных металлов, но что более важно – контролирует до 90% мировых мощностей по их переработке.

И китайское руководство использует свои позиции не только как экономический ресурс, но как геополитический рычаг давления. В 2010 году, когда у Китая разгорелся дипломатический конфликт с Японией, тот резко сократил поставки РЗМ японцам, что оказалось очень чувствительным для японских корпораций.

Китайцы прекрасно понимают потенциал такого рычага и продолжают строить свою систему глобального контроля за производством и переработкой этого стратегического ресурса.

Во-первых, КНР активно инвестирует в африканские страны с большими запасами «редкоземов», получая доступ к их ресурсам. Во-вторых, китайские компании скупают активы в Латинской Америке и Юго-Восточной Азии, обеспечивая себе будущие источники поставок. При этом в самой КНР действует жесткая политика экспортных квот, ограничивающая доступ к переработанному сырью для других стран.

Нельзя сказать, что «коллективный Запад» смотрит на происходящее сквозь пальцы, особенно на фоне развивающейся конфронтации с Китаем. В 2023 году США создали Альянс по критическим минералам (Minerals Security Partnership), включающий союзников по НАТО, Австралию, Канаду и Японию. Целью альянса стала разработка альтернативных китайским источников поставок.

И этот фактор играет существенную роль в целом ряде внешнеполитических конфликтов последних лет. Особенно ярко это стало заметно с приходом в Белый дом Дональда Трампа.

Возьмем, к примеру, Гренландию. Ряд экспертов оценивает ее запасы редкоземельных металлов достигают в 40 миллионов тонн, а урана в 300 тысяч тонн.

Понятно, что это пока предварительные оценки и они не учитывают такие факторы, как стоимость добычи, доступность ресурса и ряд других. Но даже при этом, Гренландия остается очень богатым ресурсами регионом. И Трамп впервые заявил о желании приобрести ее у Дании еще в 2019 году. Тем более, что китайцы уже действовали на этой территории, контролируя одно из ключевых месторождений РЗМ в Гренландии – Kvanefjeld.

Пять лет назад идею Трампа сочли экстравагантной, тем более срок полномочий его первого срока заканчивался. Но за прошедшие годы ситуация изменилась. В 2024 году американская Critical Metals Corporation получила контроль над крупнейшим месторождением Tanbreez. Это сделало остров потенциальной ареной геополитической конкуренции между США и Поднебесной за контроль над его ресурсами. И сейчас, дискуссии вокруг принадлежности Гренландии начали вести уже всерьез, причем, это не только спор между США и Данией, которые явно несопоставимы по влиянию, но и между Америкой и Китаем, а там «весовые категории» стремительно сближаются.

Еще одну потенциальную сырьевую базу в Вашингтоне считают Украину. Тем более, что относительно ее ресурсов эксперты, в том числе, достаточно уважаемые, давали не менее воодушевляющие оценки. Еще недавно в Forbes утверждали, что на Украину приходится 5% общемировых запасов РЗМ, а в денежном эквиваленте, опять же по оценке издания, это почти в $15 трлн. И на полтриллиона из них претендовал Трамп во время недавних переговоров с Зеленским, которые закончились публичной руганью в Белом доме.

С тех пор, страсти вокруг украинских «редкоземов» немного поутихли, но дело тут не в амбициях лидеров, а аналитике других, не менее уважаемых, экспертов. Те указали, что, во-первых, оценки запасов очевидно завышены, и значительная часть их нерентабельна в разработке, а другая, тоже значительная часть, находится на территориях, включенных Россией в свой состав в новой редакции Конституции. И получается, Зеленский пытался продать толи воздух, то ли уже не свои ресурсы.

Впрочем, с Россией американцы тоже готовы вести переговоры о сотрудничестве в области добычи и переработки РЗМ. И речь не только и не столько о «спорных» (с западной точки зрения) территориях, а о тех российских месторождениях, чью принадлежность нашей стране никто не оспаривает. Прежде всего, о Томторе.

Томторский массив – гигантское месторождение редкоземельных элементов, которое занимает первое место в мире как по объему запасов, так и по концентрации полезных компонентов. Это, к примеру, ниобий (сегодня закупаемый в Бразилии), необходимый для современной металлургии. На Томторе содержание его оксида в тонне руды втрое выше, чем на бразильском месторождении Араша: 65 против 23 килограммов.

Томтор может давать скандий, которым легируют алюминий, после чего он приобретает прочность стали, оставаясь таким же легким. Такой металл не корродирует, его можно сваривать в обычной (а не аргоновой) атмосфере, при этом шов становится прочнее листа, что очень важно в современном авиа- и ракетостроении, в автомобильной промышленности.

А содержащийся в томторских рудах празеодим при добавлении в магнитный материал резко повышает точку Кюри — температурный барьер, за которым начинается размагничивание. Это открывает путь к созданию буквально вечных сверхсильных магнитов для принципиально новых конструкций электродвигателей и генераторов.

Томтор огромен: из 250 квадратных километров обследовано только около 40 в центральной части. Но в той же рудоконтролирующей зоне находятся еще три внешне схожих массива, фактически не изученных. И вполне может оказаться, что оценка Минприроды РФ российских запасов РЗМ в 28,5 млн тонн даже несколько занижена. В конце концов, в министерстве оперируют только разведанными и поставленными на учет месторождениями.

Многие годы о Томторе говорили, как о потенциальном источнике ресурсов для нашей экономики. Но ситуация стала меняться, недавно Владимир Путин инициировал национальный проект «Новые материалы и химия», предполагающий создание полного цикла переработки редкоземов. Главным пунктом програмы нацпроекта является как раз разработка Томторского месторождения. Этим будет заниматься Росатом, который уже к 2030 году планирует выйти на объем добычи до 160 тыс тонн РЗМ в год.

Конечно, помимо собственно добычи и переработки руды, для полноценного освоения месторождения потребуется решить ряд не менее сложных смежных задач. Создать соответствующую инфраструктуру в необитаемой тундре, что требует солидных инвестиций (а пока у компании нет даже технико-экономического обоснования для потенциальных инвесторов). Разработать новые технологии добычи руд, соответствующие современным экологическим стандартам. Арктика является зоной международных интересов, и экологическая ситуация в этом регионе влияет на слишком большие территории, чтобы мировое сообщество позволило кому-то осуществлять здесь добычу полезных ископаемых «китайским способом». Кроме того, если мы хотим уйти от роли сырьевого придатка мировой экономики, необходимо развивать производства, потребляющие томторские руды на своей территории, а это вообще из разряда сверхзадач.

Но, все-таки радует то, что, несмотря на низкие темпы. Движение в этом направлении идет. И видимо подвижки видны и за рубежом, поскольку те же американцы уже заявили о готовности инвестировать в добычу «редкоземов» на российской территории. Теперь главное, не соблазнится относительно легкой прибылью от прямой продажи сырья, еще и добытого за счет зарубежных инвестиций. И дело не только в том, что нам надо уходить от «добывающей» экономики к высокотехнологичной, которую без РЗМ не построить. Значение этого сырья в современном мире уже вышло за рамки экономики – это вопрос национальной безопасности и военного превосходства.

Сергей Исаев

Научные сотрудники Аналитического и технологического исследовательского центра «Высокие технологии и наноструктурированные материалы» Физического факультета НГУ изучили механизм переноса заряда в структурах «металл-диэлектрик-проводник» на основе германо-силикатных стекол. Они первыми в мире обнаружили в этих материалах мемристорный эффект или «эффект памяти», изучили их опто-электрические свойства, а сейчас исследуют процессы, происходящие в них в процессе протекания тока. Результаты исследований были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале первого квартиля Applied Physics Letters (Charge transport mechanism in [GeOx](z)[SiO2](1-z) based MIS structures, https://doi.org/10.1063/5.0240239).

Оксид кремния — это наиболее распространенный диэлектрик, он используется для производства различных микросхем. Кремний-германиевые стекла – это смесь оксида кремния и оксида германия. Ранее учеными исследовались отдельно оксиды кремния либо оксиды германия. Ученые АТИЦ ФФ НГУ первыми решили совместить свойства этих двух веществ. Для оксида германия характерна низкая энергия связи. Это значит, что мемристор, созданный с применением данного материала, будет легче переключаться и значит будет более энергоэффективным. У оксида кремния более стабильная структура, поэтому он более вынослив и долговечен — может «пережить» большее количество циклов перезаписи, что делает его пригодным для применения в создании новых, более надежных, элементов памяти. Эти качества, присущие двум разным соединениям, и были совмещены в германо-силикатных стеклах.

— Наша научная группа занимается исследованием германо-силикатных стекол уже более пяти лет. Тогда мы первыми в мире обнаружили в них мемристорный эффект, иначе говоря, эффект переключения памяти, когда образец германо-силикатной пленки переключается из одного состояния  по сопротивлению в другое. И эти состояния хранятся достаточно долго. Мы наблюдали несколько тысяч переключений и пришли к выводу о необходимости исследовать механизмы переноса транспорта в таких материалах, чтобы в дальнейшем оптимизировать конструкцию мемристоров на их основе.

Наши коллеги ранее изучали механизмы переноса транспорта в оксидах кремния и оксидах германия, мы же решили исследовать их в смеси данных соединений. В своей статье мы описали результаты нашей работы, направленной на углубление исследований этого нового материала и его основных характеристик, а также установление физики и первопричины наблюдаемых нами его свойств. Нам необходимо понять механизмы, действующие для материалов германо-силикатных пленок, и узнать, какие процессы протекают в них в процессе прохождения тока, — объяснил ведущий научный сотрудник Лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники отдела АТИЦ Физического факультета НГУ, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В.Ржанова СО РАН, профессор кафедры общей физики, доктор физико-математических наук Владимир Володин.

Для проведения экспериментов были выращены пленки четырех составов с разными соотношениями оксидов германия и кремния. Затем ученые изготовили специальные МДП-структуры (металл-диэлектрик-полупроводник) с очень тонким слоем германо-силикатного стекла и приступили к проведению температурных исследований вольтамперных характеристик — зависимости тока от напряжения. При этом исследователь задает напряжение, а затем регистрирует зависимость тока в образце при его изменении. Исследования проводились в определенном температурном диапазоне — от комнатной температуры до 102°C. Этот диапазон соответствует рабочим температурам мемристоров. По этим зависимостям ученые моделировали свойства исследуемых образцов, аппроксимируя вольтамперные характеристики с применением существующих моделей проводимости. Они использовали 8 признанных в мире моделей электрической проводимости. Одна из них — Ток, Ограниченный Пространственным Зарядом» (ТОПЗ), — в отличие от других показала наиболее реалистичные параметры.

— Мы можем с помощью ТОПЗ теоретически предугадать параметры будущего мемристора как одного из новых типов памяти. Также у нас есть возможность, исходя из модели ТОПЗ более точно определять электрическое напряжение и переключение, то есть диапазон работы моделируемого нами прибора. Кроме того, мы можем предсказывать токи в каждом конкретном образце, исходя из параметров его химического состава, толщины слоев диэлектрика и других задаваемых параметров модели. Накладывая разные модели на измеренную нами вольтамперную зависимость, в модели ТОПЗ мы достаточно точно определили энергию и концентрацию ловушек, участвующих в транспорте заряда. Мы исследовали серию образцов с разным соотношением оксида германия и оксида кремния. И по данной зависимости обнаружили, что в ней с увеличением доли оксида кремния в образцах монотонно уменьшается глубина ловушек. Мы определили, что концентрация ловушек не меняется, по крайней мере заметным образом. Более значительные изменения – на порядок или более, — могли бы стать поводом для негативной оценки применимости модели, отбрасывания ее валидности, невозможности применения к расчету и экспериментальным значениям, что было бы нежелательным результатом, — рассказал младший научный сотрудник Лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники АТИЦ ФФ НГУ, аспирант Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН Иван Юшков.

Значимость исследования заключается в том, что благодаря его результатам исследователи могут определить параметры мемристора теоретически, не выращивая наноструктуру. К тому же у большинства мемристивных диэлектриков основным механизмом транспорта заряда также является ТОПЗ. Во-первых, это подтверждает, что в пленках кремний-германиевых оксидов, как и в основном в мемристорах, применима модель ТОПЗ, а во-вторых, с помощью такой модели можно предсказывать параметры будущих структур и устройств, либо, по крайней мере, регулировать параметры относительно выращиваемого слоистого образца.

— Наше исследование представляет ценность для фундаментальной науки, потому что механизмы транспорта именно в этих пленках мы получили первыми в мире, но практическая значимость тоже есть: германо-силикатные стекла с таким составом кроме нас пока не исследовал никто, а мы хотели бы получить в перспективе из данного материала современные элементы памяти, которые превосходили бы привычную нам флеш-память (Flash USB drive) по количеству циклов перезаписи, долговечности, эффективности и надежности. В настоящее время технологии дошли до того рубежа, когда человечество из флеш-памяти выжало «максимум»: достигнуто максимальное количество циклов перезаписи, максимальная продолжительность использования, максимальные объемы по емкости на один элемент. Дальше, используя эту же технологию, кратно увеличить параметры памяти электронных приборов не представляется возможным. Помочь преодолеть эти ограничения может новый тип памяти, вроде мемристора. Существуют и другие типы памяти, но именно мемристор отличается тем, что при его применении можно на порядки увеличить количество циклов перезаписи по сравнению с флеш-памятью. У флеш-памяти максимум 10⁶ циклов перезаписи, а у мемристора — до 10¹². Кроме того, имеются публикации, в которых авторы показывают, что у мемристоров один цикл перезаписи более краткий по длительности: если у флеш-памяти это доли микросекуд, то у мемристоров — десятки наносекунд или даже пикосекунды, то есть в тысячу и миллион раз быстрее соответственно. Так что с помощью мемристоров память может стать гораздо более «быстродействующей», — пояснил Иван Юшков.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Проект, реализующийся в Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ, направлен на повышение доступности и бесперебойности энергоснабжения в малых и средних городах (МСГ) путем создания гибкой энергетической инфраструктуры. Предлагаемые решения создадут условия для социально-экономического развития МСГ, что в определенной степени повысит их инвестиционную привлекательность, снизит уровень социальной напряженности и повысит деловую активность.

Актуальность проекта обусловлена тем, что в России около 30% населения проживает в малых и средних городах. В крупнейших и крупных городах основой систем теплоснабжения служат крупные ТЭЦ, доля комбинированного производства энергии составляет 50–70%, что обуславливает высокий уровень энергоэффективности при производстве энергии. В МСГ доминирует раздельное производство энергии: электроснабжение  осуществляется от крупных районных подстанций, а основными источниками тепловой энергии являются изношенные котельные с высоким удельным расходом топлива.

«В малых и средних городах проблемы по оказанию коммунальных услуг во многом обусловлены низкой надежностью систем теплоснабжения и высокой стоимостью тепловой энергии. Поэтому на первом этапе исследования большое внимание уделяется вопросам теплоснабжения. Управление развитием систем теплоснабжения зачастую осуществляется по принципу «поддержания работоспособности», но темп роста износа тепловых сетей значительно превышает темп замены оборудования. Увеличение числа аварий в сочетании с отсутствием экономической доступности приводят к социальной напряженности. Муниципальные власти оказываются в сложной ситуации, так как не обладают возможностью создать условия для повышения эффективности энергоснабжения. Недостаточно реконструировать тепловые сети и модернизировать котельные. Необходим комплексный подход к совершенствованию энергетической инфраструктуры, включающей системы тепло- и электроснабжения», — рассказала ассистент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ НЭТИ Елизавета Иванова.

В рамках проекта был проведен анализ состояния энергетической инфраструктуры рабочего поселка Линево. Источник тепловой энергии в поселке — котельная, изначально предназначенная для того, чтобы обеспечивать паром промышленное предприятие. Опираясь на открытые данные, ученые НГТУ НЭТИ провели оценку количества прерываний теплоснабжения в Линево за год. Оно составило более 45 отключений со средней продолжительностью 35 часов. Снижение экономичности и надежности производства и передачи тепла указывает на отсутствие необходимой гибкости системы теплоснабжения р. п. Линево. Необходимо рассматривать различные инновационные технические решения, которые позволили бы повысить надежность и экономичность энергоснабжения в малых и средних городах. 

Как отмечает Елизавета Иванова, применительно к энергетике гибкость — это способность экономически эффективно справляться с изменчивостью и непредсказуемостью генерации и спроса на электрическую и тепловую энергию, притом повышая надежность энергоснабжения. В малых и средних городах в качестве первого шага на пути к гибкой энергетической инфраструктуре следует рассматривать создание мини-ТЭЦ с газопоршневыми установками, так как совместное производство тепловой и электрической энергии позволяет полезно использовать до 87% сжигаемого топлива. Для конечных потребителей повысится надежность электроснабжения за счет двустороннего независимого питания электроприемников. Возрастет техническая и экономическая доступность электричества для субъектов реального сектора экономики, что повысит деловую активность в МСГ. 

Эффективность использования топлива на когенерации максимальна при условии 100-процентного использования попутного тепла в системе теплоснабжения, однако в межотопительный период спрос на тепло снижается в 3—4 раза. Отсутствие тепловой нагрузки приводит к «удорожанию» электричества, поэтому предлагается сохранять избыточное тепло в сезонных тепловых аккумуляторах и использовать его для покрытия пиковых нагрузок зимой. Избыточное тепло также может быть преобразовано в холод при помощи холодильных машин. 

Наличие «недорогой» электроэнергии обеспечит развитие МСГ, кроме этого, появляются предпосылки использования электроэнергии для производства тепловой энергии. Появление электрокотлов позволит снизить выработку тепла на углеводородных котельных, что улучшит экологическую обстановку в регионе.

Ученые НГТУ НЭТИ предложили трансформировать индивидуальные тепловые пункты в  активные интеллектуальные тепловые пункты за счет установки электрокотла, что позволит сохранить отопление при авариях во внешней системе и «догревать» теплоноситель вблизи к потребителю, т. е. обеспечить качество отопления. Предлагаемое техническое решение повысит надежность домовой системы теплоснабжения и позволит «облегчить» режим работы тепловых сетей. Еще один перспективный вариант — накопитель тепловой энергии, выполняющий функцию регулятора тепловой нагрузки. Его включение в систему теплоснабжения позволит снизить влияние температуры окружающей среды на режим работы источника тепловой энергии.

Предлагаемые решения могут стать методической основой при разработке и актуализации схем теплоснабжения МСГ. Апробация результатов на примере муниципальных образований Новосибирской области позволит выбрать МСГ для трансформации энергетической инфраструктуры и повысить ее инвестиционную привлекательность, определив потенциальные технические, экономические и социально значимые эффекты.

В качестве апробации предложенного в исследовании подхода к формированию гибкой системы теплоснабжения выполнен раздел «Схемы теплоснабжения рабочего поселка Линево», где предложен энергоэффективный вариант развития системы теплоснабжения с мини-ТЭЦ, состоящей из газопоршневых и котельных установок.

Проект «Трансформация коммунальных систем энергоснабжения малых и средних городов» реализуется при поддержке Российского научного фонда. 

«Точка кипения – Новосибирск» в новосибирском Академпарке запустила новый проект «Точка.Логия», в рамках которого предполагается проведение ежемесячных открытых лекций-встреч с ведущими учеными и популяризаторами науки. Первым гостем проекта стала старший научный сотрудник лаборатории поведенческой экологии сообществ Института систематики и экологии животных СО РАН, доцент НГУ, к.б.н. Софья Пантелеева, рассказавшая том, как животные создают сложные организации без центра управления.

Простые правила волчьей охоты

Несмотря на то, что основными объектами лекции стали насекомые, начала исследовательница с гораздо более крупных животных – волков. Благодаря «Маугли» и великому множеству других произведений мировой культуры все мы хорошо знаем, что волки предпочитают жить стаями, внутри которых существует вожак и есть своя строгая иерархия.

Но, как объяснила Софья Пантелеева, взаимодействие волков устроено так, что там немалую роль играет и самоорганизация. В качестве примера она привела охоту. Известно, что волки охотятся коллективно и в погоне за добычей применяют самые разные, часто довольно сложные, тактические приемы – загонную охоту, эстафетное преследование, засады и прочее.

Раньше считалось, что всеми этими маневрами каким-то образом руководит вожак стаи. Но когда ученые смоделировали разные ситуации, возникающие при преследовании добычи, оказалось, что все разнообразие охотничьих действий стаи можно свести всего к двум простым правилам.

«А правила эти такие. Двигайтесь к добыче, пока не достигнете минимального безопасного расстояния до нее, в том смысле, что с этого расстояния атака будет скорее всего успешной. И второе правило – находясь на этом расстоянии, отойди от других волков, находящихся в пределах безопасной зоны», - объяснила Софья Пантелеева.

Следование этим двум правилам, позволяет волкам практически в любой ситуации, используя разные охотничьи приемы, в итоге распределиться кольцом вокруг добычи. Более того, сам выбор приемов охоты во многом обусловлен задачей выполнения этих правил.

И что самое интересное – отпадает нужда в «руководстве» со стороны вожака. Он, конечно, выполняет свои лидерские функции в повседневной жизни стаи, например, принимает решение, когда и куда выдвигаться на охоту. Но, когда она началась, волки сами знают, что им делать, выучив в процессе взросления два простых правила. И такой подход лежит в основе многих моделей самоорганизации животных. Например, в мурмурации огромных птичьих стай, которые в ходе перелетов строят загадочные трехмерные фигуры в небе.

Шестиногие фермеры и архитекторы

Главными героями лекции Софьи Пантелеевой стали все же не волки, а насекомые – муравьи, пчелы, термиты, которые несмотря на, казалось бы, довольно примитивное устройство организмов, способны решать очень сложные задачи.

Они обследуют огромные территории и организуют эффективную логистику доставки ресурсов в свои гнезда, осуществляют коллективные переезды с места на место. Им свойственны разделение труда и совместные организованные действия при решении сложных задач.

И даже больше. Разные виды муравьев создают «фермы», в которых разводят тлю (и охраняют ее от других) и строят внутри своих муравейников «теплицы», в которых растят грибы для пропитания. Любой, кто занимался выращиванием грибов, подтвердит – это не самый простой процесс, который требует соблюдения ряда условий, включая стабильный температурный режим в камере выращивания.

Еще больших успехов добились в этом термиты: термитники (которые могут достигать в высоту несколько метров – их строительство само по себе яркий пример успешной самоорганизации насекомых) пронизаны внутри системой охлаждающих туннелей, поэтому, несмотря на тропическую жару снаружи, внутри всегда поддерживается комфортная температура.

Лектор рассказала, что как-то в Африке попробовали строить здания, используя в их конструкции принципы, подсмотренные у термитов. И хотя, как выяснилось позже, не все эти подходы скопировали правильно, эффект был ощутимый – здания охлаждались с гораздо меньшими энергозатратами.

Но вот как насекомые приспособились решать эту сложную инженерную задачу, ученые пока до конца не выяснили. Да и в целом, в теме самоорганизации коллективных насекомых «белых пятен» еще хоть отбавляй.

Порядок. основанный на феромонах

И все же, определенные результаты исследований есть, и они показывают, что тем же муравьям в решении задач самоорганизации помогает тот же метод простых правил. Только вместо зрительного контакта (как у волков, например), решающую роль играют запахи.

Вот, к примеру, муравей находит пищу и отщипнув кусок он возвращается к муравейнику, попутно помечая свой маршрут специальным ароматизатором-феромоном. Другой муравей почувствует этот запах и пойдет по нему, найдет искомый ресурс, ухватит порцию и тоже отправится к муравейнику, также помечая маршрут.

«Если в ходе поисков к ресурсу выйдет несколько муравьев, причем. Разными маршрутами, то каждый из них проложит поначалу свою дорожку туда и обратно. Но затем, поскольку по самому оптимальному маршруту насекомые будут проходить быстрее, число тех, кто двигался по этому маршруту будет больше, запах их феромонов сильнее и вскоре уже все муравьи будут выбирать его. Так им удается строить очень эффективную логистику», - пояснила Софья Пантелеева.

Точно так же, феромоны используют при строительстве стен нового муравейника, помечая ими «кирпичики», из которых эти стены устроены и еще в ряде случаев.

В других ситуациях важную роль играют временные интервалы. Например, когда муравьи-разведчики отправляются искать место для нового гнезда. Если место вызывает сомнения, то муравей начинает его дополнительно осматривать и задерживается. А тот, кто находит очевидно подходящую площадку, расположенную относительно рядом. Сразу возвращается и начинает тащить туда собрата, помечая маршрут. Затем эта процедура повторяется. В итоге, когда задержавшиеся в менее подходящих местах разведчики все же возвращаются, процесс переезда идет полным ходом. Причем, это решение принято рядовыми муравьями, а не импульсом от некой матки, как любят показывать фантасты в историях про коллективный разум.

Понятно, пока рано говорить о том, что наука досконально разобралась с принципами и механизмами самоорганизации братьев наших меньших и нас, без сомнения, ждет еще немало интересных открытий на этом пути. Но слушатели лекции стали лучше ориентироваться, как обстоят дела с этим в настоящее время и как природа с помощью довольно простых правил научилась решать очень сложные задачи. Возможно, и человечеству не помешало бы почаще использовать этот подход.

Проект «Точка.Логия», между тем, продолжится 9 апреля лекцией заведующего лабораторией психологической генетики Института цитологии и генетики СО РАН, ведущего научного сотрудника НИИ нейронаук и медицины, д.фил.н., к.б.н. Александра Савостьянова «Где я в моем мозге?» Во время этой встречи, ученый вместе со слушателями обещает разобраться с процессами самореференции в мозге человека.

Сергей Исаев

Планета, которую с древних времен наблюдали люди, оставляя свидетельства и в письменных источниках, и в более ранних петроглифах, — это, конечно, одна из самых заметных и ярких планет на небесном своде — Венера. 

Разные народы называли ее по-разному, и в числе прочих названий наиболее часто использовались Утренняя звезда и Вечерняя звезда, потому что иногда наблюдать эту особую планету можно и утром, и вечером.

Так и в этом году у нас будет возможность увидеть Венеру и утром, и вечером в период с 17 по 25 марта в средней полосе России: в Москве, Нижнем Новгороде, Казани, Екатеринбурге, Новосибирске и Красноярске. Такая видимость планеты называется «двойной видимостью», она возможна во время нижних соединений Венеры, то есть когда планета оказывается между Землей и Солнцем на одной эклиптической долготе. В этот момент данные космические объекты располагаются близко на небесной сфере подобно «параду планет». При этом возможны два варианта: Венера располагается на небе выше Солнца или ниже, поскольку орбита планеты имеет наклон к эклиптике 3.4°. Если Венера располагается выше Солнца, то она заходит за горизонт позже Солнца и видна вечером. Но в эти же дни она и восходит раньше Солнца, когда еще относительно темно, и ее можно увидеть и рано утром. Это простое пояснение «двойной видимости».

Более сложное пояснение, понятное астрономам-любителям, приводит Михаил Маслов, инженер обсерватории «Вега» НГУ: 

— Такая возможность возникает потому, что Венера визуально оказывается заметно выше эклиптики — линии на небе, которая является проекцией плоскости земной орбиты. Такое положение приводит к тому, что нижнее соединение Венера проходит как бы «над Солнцем» с позиции земного наблюдателя и элонгация планеты не уменьшается до околонулевых отметок. Благодаря этому Венера восходит над горизонтом раньше Солнца, что создает некоторый утренний период видимости, и в этот же день заходит после Солнца, что создает и вечернюю видимость. Таким образом, в течение дня Венеру можно увидеть как утром, так  и вечером.

Стоит отметить, что эта видимость довольно плохая, поскольку Венера во время соединения с Солнцем все же находится на небе довольно близко к нему, но заинтересованные наблюдатели могут, тем не менее, попробовать зафиксировать такую ситуацию, пронаблюдав Венеру утром и вечером, соблюдая необходимые предосторожности из-за присутствия яркого Солнца на небольшом угловом расстоянии.

Венеру можно будет наблюдать вечером сразу после заката Солнца низко над западной частью горизонта и утром перед восходом Солнца над восточной частью горизонта. Такие условия повторяются каждые 8 лет. После 25 марта мы сможем видеть Венеру только по утрам.

При наличии хорошего, даже любительского телескопа в период с 17 по 25 марта и «совы» по вечерам, и «жаворонки» по утрам смогут попытаться увидеть и изменения фаз Венеры, и «рога» Венеры. Кончики «рогов» — это как раз признаки атмосферы Венеры, очень плотной относительно атмосферы Земли.

20 марта наступит весеннее равноденствие, когда длительность дня и ночи сравняется и начнется увеличение продолжительности светлого времени суток. В дни весеннего и осеннего равноденствий Солнце расположено строго перпендикулярно экватору Земли, и в этот момент оба полушария планеты освещены одинаково, время светового дня становится равно времени ночи. 

Альфия Нестеренко, заведующая обсерваторией «Вега» НГУ

Коллектив ученых из Института цитологии и генетики СО РАН, Института биологических проблем Севера ДВО РАН (Магадан) и Международного Томографического Центра СО РАН (Новосибирск) изучали, как организмы чесночниц Палласа (Pelobates vespertinus) — вид лягушек, обитающий на территории Восточной Европы и, частично, Западной Сибири — справляются с длительным кислородным голоданием во время зимовки. Исследование проводилось на средства гранта Российского научного фонда № 21-74-20050. Результаты работы опубликованы в Journal of Comparative Physiology.

Ранее этот коллектив уже изучал схожие механизмы адаптации у другой амфибии – сибирской лягушки (Rana amurensis), которая проводит зиму в заморных водоемах, где к концу зимы в воде практически не остается кислорода. Профессор Д.И. Берман с соавторами показали, что лягушки не только месяцами способны жить в этих условиях, но и даже сохраняют двигательную активность. Как выяснили ученые, пережить зиму им помогают серьезные изменения в метаболизме (повышение уровня глутатиона и др.).

В новом исследовании ученые изучали, как справляется с длительным недостатком кислорода чесночница Палласа, которая проводит зиму не под водой, глубоко в земле. «В ходе исследования мы помещали лягушек в специальные герметичные банки, где содержание кислорода было примерно в десять раз ниже атмосферного – это предельный уровень, который животные могут пережить, и смотрели, как меняется их метаболизм», — рассказал ведущий научный сотрудник сектора геногеографии Палеарктики, д.б.н. Сергей Шеховцов.

Оказалось, что у чесночниц изменения в метаболизме слишком слабые, чтобы их вклад в выживание можно было назвать существенным. Лягушки при этом зимой не впадают в анабиоз. И хотя большую часть времени они проводят неподвижно, но сохраняют способность шевелиться и реагировать на внешние раздражители.

«Можно предположить, что вместо активации других метаболических путей, гликолиза, как это происходит у сибирских лягушек, мы видим просто подавление метаболической активности. Стало меньше кислорода, организм может получить меньше энергии, соответственно и затраты ее максимально снижаются, что позволяет сохранять энергобаланс, необходимый для поддержания жизни», — объяснил Сергей Шеховцов.

Ученые допускают, что этими способами механизмы адаптации амфибий к недостатку кислорода не исчерпываются и дальнейшее изучение других видов покажет иные способы решения природой этой сложнейшей задачи.

Добытая информация имеет значение не только для биологов, но и для медицинской науки. Как известно, есть много заболеваний, связанных с ишемическими состояниями (локальное ограничение кровообращения, сопровождающееся в том числе гипоксией). И проведенные учеными исследования могут задать направление для работ по преодолению последствий ишемических стрессов для наших организмов. «Когда мы знаем, как с проблемой гипоксии справляются другие животные, становится понятнее, где надо искать решение, подходящее для человека», — подчеркнул исследователь.

Ученые сектора геногеографии Палеарктики не собираются ограничиваться в своей работе только амфибиями. «Мы продолжаем изучать зимовку разных организмов в условиях Севера, сейчас речь идет о некоторых рептилиях, а в планах еще и беспозвоночные», — подытожил Сергей Шеховцов.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Ученые Института гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) совместно с инженерами Конструкторско-технологического филиала ИГиЛ СО РАН (КТФ ИГиЛ СО РАН) провели успешные вакуумные и взрывные испытания стальной камеры, изготовленной для исследований в Центре коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). В ходе тестовых экспериментов в камере произведены взрывы мощностью до 2,5 кг в тротиловом эквиваленте. Результаты испытаний показали стабильность и безопасность работы камеры.

Испытания камеры проходили в три этапа. На первом этапе ученые протестировали автоматизированную систему запирания и отпирания корпуса и крышки камеры для обеспечения герметичности, и безопасности эксперимента.

На втором этапе были проведены вакуумные испытания, в ходе которых были достигнуты требуемые параметры вакуума – 0,001 атм.

После подтверждения вакуумных параметров прошли взрывные испытания. Специалисты провели четыре серии взрывов мощностью от 1 кг до 2,5 кг в тротиловом эквиваленте.

«Мы впервые в мире будем работать на источнике синхротронного излучения со взрывной камерой такого объема – 5 кубических метров, рассчитанной на взрыв мощностью два килограмма в тротиловом эквиваленте. Взрывные испытания – важный этап, который показал, что камера стабильна, безопасна для проведения экспериментов и готова к эксплуатации. В ближайшее время камера будет транспортирована и установлена в здании экспериментальной станции 1-3 «Быстропротекающие процессы» на площадке СКИФа», – рассказал координатор разработки и создания станции «Быстропротекающие процессы», ученый секретарь ЦКП «СКИФ» к.ф.-м.н. Иван Рубцов.

В ходе эксперимента ученые применили четыре различные методики. 

«Первая методика – тензометрическая. Мы установили по всему корпусу камеры тензометрические датчики, которые позволяют определить, какие механические деформации она испытывает во время взрыва. Исходя из этих данных можно впоследствии восстановить напряжения, испытываемые корпусом камеры во время эксперимента. Вторая методика – пьезорезистивная – позволяет проанализировать, как глушится ударная волна на выходе из глушителя камеры. Третья методика – оптическая – для измерения колебаний глушителей камеры относительно неподвижного репера. Скоростная оптическая камера снимает 10 тысяч кадров в секунду. Наконец, четвертая методика – вибрационная. Виброметр измеряет колебания грунта, вызванные взрывом, это важно учитывать для работы в помещениях с большим количеством чувствительного оборудования», – прокомментировал младший научный сотрудник ИГиЛ СО РАН Алексей Студенников.

Для управления экспериментом сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН разработали автоматизированную систему управления (АСУ) – программное обеспечение, которое обеспечивает полный цикл управления экспериментом.

«Совместно с коллегами был разработан алгоритм управления экспериментом, позволяющий контролировать ход всего технологического процесса и безопасно эксплуатировать оборудование в режиме реального времени. Так, оператору необязательно знать всю технологию. АСУ сама контролирует все параметры и знает последовательность действий при каждом процессе, а в случае нарушения способна вывести ошибки на экран и отправить протокол», – пояснил Алексей Студенников.

О взрывных экспериментах

Взрывные эксперименты будут проводиться на экспериментальной станции 1-3 «Быстропротекающие процессы» ЦКП «СКИФ». Интегратором создания оборудования станции выступает ИГиЛ СО РАН. Стальная взрывная камера разработана учеными КТФ ИГиЛ СО РАН, изготовлена при участии специалистов Общества с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие «Сибэлектротерм» (ООО НПП «Сибэлектротерм»).

В условиях взрыва в режиме реального времени изучаются процессы, характерное время протекания которых достигает миллионной доли секунды. Такие исследования необходимы для моделирования свойств авиационных и космических материалов, испытывающих экстремальные нагрузки, уточнения параметров взрывчатых веществ, а также решения задач фундаментальной физики.

Ранее мы рассказывали про знаменитый эксперимент академика Д.К, Беляева по ускоренной доместикации животных. В его рамках были успешно одомашнены лисица, американская норка и норвежская крыса. Но этими животными научная работа в области доместикации не ограничивалась. И сегодня коснемся исследований, связанных с еще одним представителем семейства куньих – соболем.

Товарообмен соболиным мехом Древней Руси с окружающими государствами начался очень давно – еще в I в. до н.э. соболиные украшения пользовались особым спросом в Римской империи. Позднее в IX веке внешняя торговля Руси (сбыт полюдья) достигает значительного размаха и со скандинавами и с арабским Востоком.

Особенно активизировалась торговля соболиным мехом во времена правления Василия III (1505-1533) с появлением в Риме русского посла Дмитрия Герасимова. В 1570 годах Строгановы через торговца Брюнелла налаживают поставки соболя северным морским путем в Дортрехт, Антверпен, Париж. Для них этот вид торговли оказался выгоднее местной продажи в 2,7 раза.

Ну а в 1585 г. русские соболиные сорокá стали особенно знамениты. Дело в том, что царь Федор Иоаннович “Блаженный” (1584-1587) оказывает поставками соболя австрийскому цесарю Рудольфу серьезную финансовую помощь на ведение войны с турками. Эта поддержка произвело тогда на Вену особое впечатление.

В конце XVI века с походом Ермака завершится окончательное вытеснение с территории Западной Сибири последнего Сибирского ханства Золотой Орды и соболиный ясак, взимаемый с местного самоедского населения, поступает уже не в Оттоманскую империю, а в Московское государство.

Но особая роль соболя в финансовой деятельности нашего государства приходится на XVII век – потрясающий, грозный, наполненный великими и трагическими событиями. В России его называли «бунтарчным» веком.

Котировка курса соболя в ту пору на внутреннем рынке видна из следующих данных. По сведениям Таможенных книг Московского государства XVII века, в Сольвычегодском и Устюге Великом, куда по Великому речному пути поступала пушнина из Сибири, одна шкурка соболя равнялась стоимости рабочей лошади. Средний доход от соболиного промысла покрывал годовой расход крестьянского хозяйства.

В XVII в. в российской, преимущественно сибирской, геральдике появился соболь В это время Сибирская земля ассоциировалась прежде всего с соболем. Изображения соболя так или иначе присутствовали на печатях семи сибирских городов, изображая реальных промысловых зверей. Два соболя изображены и на титулярном гербе Сибирского царства.

К началу XX века истощение природных ресурсов соболя стимулировало попытки разведения этих ценных пушных зверей в специальных питомниках. Постановление Совета Министров от 16 апреля 1912 г. положило началу государственной работы по соболеводству
В 1913-1915 гг. на северо-восточном побережье Байкала были организованы специальные “соболиные экспедиции” по живоотлову племенного материала. Учитывали при этом исключительную ценность меха тёмного соболя-баргузинца, обитающего на западных склонах Баргузинского хребта.

Сегодня на специализированный международный пушно-меховой аукцион в Санкт-Петербург без всякого ущерба для ареала этого вида поступает 500 тысяч шкурок соболя, добытого промысловой охотой.

Специалисты Российского пушно-мехового союза и торгового обьединения  «Союзпушнина» в Санкт-Петербурге комментируют: “Ценовой уровень на шкурки соболя достиг наивысшего показателя за последние 15 лет”. И это при значительном росте поголовья дикого соболя.

В начале 1960-х исследованиями соболей, в рамках своей масштабной работы по изучению и гибридизации куньих занялись известные новосибирские биологи, сотрудники Института систематики и экологии животных СО РАН - супруги Дмитрий и Юлия Терновские. «Они работали на Алтае, с дикой популяцией соболя. В результате, некоторое количество соболей оказалось на звероферме Института цитологии и генетики СО РАН и к их исследованию уже подключились наши ученые. В результате исследовательской работы, проведенной сотрудниками Института цитологии и генетики СО РАН Сергеем Вепревым и Николаем Нечипоренко, в природной популяции соболей Горного Алтая зафиксировано присутствие соболей аберрантной окраски», - вспоминает ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и селекции сельскохозяйственных животных, д.б.н. Олег Трапезов.

Как было показано ранее на других животных, процесс одомашнивания запускает изменения в геноме, многие из которых связаны с фенотипом (достаточно вспомнить разнообразие собачьих пород и как сильно не похожи таксы, сенбернары и болонки на волков, от которых они все в свое время и произошли). Соболя в этом плане не стали исключением и в ходе доместикации у них стало появляться потомство с самыми разными окрасочными формами. Встречались серо-голубые, золотистые и крапчатые шкурки

Соболь как вид хорош своей востребованностью на мировом пушном рынке, отмечали ученые. В этой связи звучали предложения вывести породу с необычной расцветкой. Ведь если найти чрезвычайно редкий, необычный и при том очень красивый окрас, то это будет иметь еще и дополнительную коммерческую ценность в плане развития промышленного звероводства.

Понять, какие именно гены стали меняться у животных, как эти изменения влияют на их внешний облик и почему важно и для фундаментальной науки. Ведь в дикой природе у соболей тоже встречаются примеры изменения окраски (например, пятнистость) и они часто связаны с понижением плодовитости. Необходимо определить – какой в этом эволюционно-генетический смысл. Исследования в этом направлении продолжаются сотрудниками ИЦиГ СО РАН по сей день. Допускается, что мутации окраски у соболя, обладая системным плейотропным действием, могут ускорять процесс одомашнивания. Накопившиеся экспериментальные данные, дают основание говорить о том, что гены окраски меха вполне можно назвать «генами доместикации».

«Вообще, главной задачей всех работ в области доместикации, которые ведутся в нашем институте является познание принципов эволюционного процесса и поиск возможных инструментов управления эволюцией», - отметил Олег Трапезов.

Есть у дальнейшей доместикации соболя и еще одна важная задача, связанная с сохранением вида. Да, сегодня популяции соболей не грозит исчезновение, но это не значит, что такая опасность не возникнет в дальнейшем. Но одними ограничениями промысла тут не обойтись.

Вырубка лесов, лесные пожары, эпизоотии (массовые заболевания среди животных) тоже могут значительно сократить их численность, и подобное уже случалось. И тогда восстановление численности вида эффективнее всего проводить через разведение соболей в специальных питомниках, а ручные соболя, как уже было сказано выше, размножаются заметно лучше.

Исследования, проведенные в Институте цитологии и генетики СО РАН по выяснению связи между поведением соболей и их плодовитостью показали: чем спокойнее животные по отношению к человеку, тем выше их потенциальная плодовитость, а значит, разведение соболей в условиях клеточного разведения с отбором на положительную реакцию на человека будет выгодно для звероводческой отрасли.