Пока одни эксперты предрекают мировую рецессию и обнищание целых стран, другие рисуют привлекательное будущее, где человечество пользуется плодами очередной технической революции. Термоядерные электростанции, электромобили, хорошая экология, персонализированная медицина, победа над раком – вот неполный перечень того, что нас должно ожидать в не столь уж отдаленной перспективе. Да, в условиях приближающегося кризиса сознание постоянно отвлекается на текущие проблемы, однако не допускаем ли мы оплошность, забывая в такие моменты о техническом прогрессе? Может, наступающий кризис есть неизбежная ломка старого мира перед наступлением нового, а падающая цена на нефть знаменует конец углеводородной эпохи и вхождение в эпоху термоядерного синтеза?

Понимаю, что упоминание в данном контексте термоядерной энергетики вызовет скептическую ухмылку у немалой части российских физиков. Но не будем торопиться. Давайте оценим исторический опыт, который наглядно показывает, что изобретения, сильно преобразившие нашу жизнь, с первых своих шагов никогда не принимались на «ура». Даже сама их возможность зачастую ставилась под сомнение величайшими умами.

Когда незадолго до второй мировой войны Альберта Эйнштейна спросили о том, может ли человечество в текущем столетии освоить энергию атома, великий ученый, не задумываясь, ответил: «Нет, это совершенно невозможно!».  Примерно через десять лет американцы взорвали атомную бомбу. Поучительная история, не так ли?

Причем, больше всего в ней поражают американские военные, оказавшиеся самыми главными скептиками в отношении возможностей ядерного оружия: «Бомба, способная уничтожить целый город? – Чепуха!».

Интересно, что военные на протяжении многих лет показали себя неисправимыми ретроградами, яростно отрицавшими внедрение технических инноваций. Например, генералам когда-то претила мысль об использовании телеграфной связи: «Как, передавать команды без депеши, без моей личной подписи? Ни за что!». А как было воспринято предложение ученых относительно разработки систем противоракетной обороны: «Сбивать ракету ракетой – это то же самое, что сбивать пулю пулей. Ерунда!». Когда-то подобное отношение высказывалось со стороны армейских чинов в отношении бронетехники, пулеметов, да и огнестрельного оружия вообще. Изобретатель пороха – монах Бертольд Шварц – трудился, конечно же, не по заказу военных. Порох он изобрел, сидя в тюрьме, куда угодил по обвинению в колдовстве. И при тогдашних умонастроениях использование пороха в военных целях натыкалось не столько на технологические, сколько на психологические преграды.

Хорошей иллюстрацией подобных умонастроений служит эпизод с одним изобретателем XVII века, будто бы предложившим королю Людовику XIV конструкцию первого… пулемета. Вместо милостей и похвал он получил в свой адрес королевское проклятие за свое «жестокое, бесчеловечное изобретение». Да что там Людовик XIV. Даже такой прогрессивный во всех отношениях император-полководец Наполеон, искренне уважавший науку, показал себя как непробиваемый ретроград при общении с американским инженером-изобретателем Робертом Фултоном.

Фултон несколько лет проработал в революционной Франции, экспериментируя с паровым двигателем для использования его в создании парохода. Однако Наполеон, весьма скептически относившийся к самой идее такого корабля, счел американского инженера мечтателем и фантазером, и во время одного приема выгнал его из своего кабинета. Дальнейшие работы Фултон продолжил уже в Нью-Йорке, запатентовав изобретение парохода в 1809 году.

Но только ли полководцы оказывались скептиками в отношении значимых изобретений? Об Эйнштейне мы уже упомянули. Но он – не единственный в этом списке.

Знаменитый американский астроном Саймон Ньюком, получатель многочисленных научных наград, когда-то с помощью математики «убедительно доказал» невозможность создания летательных аппаратов тяжелее воздуха, то есть самолетов. По его словам: «Никакие сочетания механизмов и известных форм энергии не могут заставить полететь любой аппарат тяжелее воздуха». По курьезному совпадению, это было сказано им в 1903 году. Но как раз в декабре 1903 года братья Райт подняли в воздух первый аэроплан. А в 1909 году (спустя всего каких-то шесть лет) французский пилот Луи Блерио перелетел на своем хрупком аэроплане через Ла-Манш.

Кстати, с такой же уверенностью ведущие авиационные эксперты разных стран когда-то отрицали возможность создания вертолетов. Кто бы сегодня отнесся к их заявлениям серьезно?

Еще один показательный пример. Знаменитый немецкий физик Генрих Герц, доказавший существование электромагнитных волн, исключал возможность создания дальней радиосвязи. Согласно его расчетам, для этого должны понадобиться гигантские отражатели размером с континент. Другой пример. В свое время Нильс Бор, являющийся создателем современной физики, считал маловероятным практическое использование ядерной энергии.

Можно еще вспомнить о том, с каким скепсисом со стороны научного сообщества были встречены открытия Луи Пастера в области микробиологии, как ученые иронизировали над открытием рентгеновских лучей, с каким недоверием они отнеслись к открытию гипноза. Таков обычный настрой ко всему новому. Отсюда следует, что и сегодняшний скепсис в отношении всё той же термоядерной энергетики или электромобилей вполне закономерен и естественен. Было бы даже ненормально, если бы в этом плане царило полное единодушие. История изобретений показывает, что так не бывает. Чем значительнее открытие или изобретение, тем больше недоверия и критики оно вызывает в свой адрес.

Недавно я столкнулся с таким суждением по поводу будущего электромобилей: «Энергоемкость бензина в 35 раз выше энергоемкости любого накопителя электроэнергии, поэтому двигатели внутреннего сгорания никакие электромобили никогда не вытеснят».

Собственно, похожей логики придерживался и Саймон Ньюком, когда говорил про «сочетание механизмов и известных форм энергии», якобы не позволяющих летать аппаратам тяжелее воздуха. Кто мог тогда, в самом начале XX века, представить прогресс в области аэродинамики, двигателестроения и материаловедения, открывший возможность для головокружительного развития авиации? Реактивный авиалайнер, как мы знаем, нельзя построить из фанеры, но вряд ли на основании этого можно заявлять, что если фанера не пригодна для создания таких машин, то такие машины не могут появиться в принципе. Не лучше ли расширить знание о материалах?

Логика подобных заявлений, безусловно, грешит своей ограниченностью. Невольно вспоминаешь «мудрые» суждения бывалых московских извозчиков предреволюционной поры, смеявшихся над планами постройки метро. «Мы-то знаем, что лошадь под землю не пойдет» – говорили они, воображая проектировщиков наивными выдумщиками. Не выглядят ли сейчас некоторые самоуверенные российские технари, надсмехающиеся над прорывными инновационными изобретениями,  такими же «извозчиками»?

Олег Носков

Как реагирует обычный россиянин на прогнозы относительно грядущего кризиса? Стандартная реакция простых людей чаще всего такая: «Надо бы побольше насадить картошки». Еще с советских времен, как мы знаем, самым надежным основанием для уверенности в завтрашнем дне был собственный погреб, набитый под завязку картофелем и овощами. Обещания партии и правительства не шли ни в какое сравнение с плодами собственного труда, не имевшего ни малейшего отношения к работе по построению коммунизма. Погреб с запасами на зиму концентрировал на себе куда больше внимания, чем громогласная официальная идеология. И в наши непростые дни огромная масса пенсионеров, привычных к вскапыванию грядок, намного сильнее интересуется урожайностью своих огородов и дачных участков, чем курсом иностранной валюты.

Можно по-разному относиться к индивидуальной трудовой деятельности российских граждан по самообеспечению продуктами, однако факт остается фактом – немалая доля продуктов выращивается именно на приусадебных участках. Так, в середине «нулевых» (по официальным данным Минсельхоза) российские граждане на 70% обеспечивали себя овощами и на 90% – картофелем. В наши дни цифры несколько изменились, но до сих пор не менее 25% продовольствия создается частным сектором. При этом (что очень важно), половина потребляемого продовольствия завозится в страну из-за рубежа.

Не будем спорить с тем, что продуктовое самообеспечение во многом есть пережиток прошлого. В развитых странах, как мы знаем, львиную долю продовольствия производят фермеры, в процентном отношении составляющие явное меньшинство.

В наше время совершенно ненормально, конечно же, когда больше половины населения страны (причем, большая часть которого – люди пенсионного возраста) страхуют себя от голода дедовским способом, с ранней весны до глубокой осени обрабатывая свои скромные земельные участки.

Однако не будем морализировать по этому поводу, сравнивая наших дачников-пенсионеров с жителями западных стран. В конце концов, для кого-то приусадебное хозяйство стало нормальной привычкой, для кого-то – просто интересным увлечением. И вряд ли российские граждане просто так откажутся от земледельческих работ исключительно из-за подражания европейцам. Почему бы, наоборот, не сделать шаг им на встречу, предложив более рациональный, более выгодный подход к ведению подсобного хозяйства, повысив его технологический уровень? Почему бы не сделать это занятие просто более производительным, используя научные методы и передовые разработки? В России – необъятные земельные ресурсы, и любой желающий мог бы спокойно заняться выращиванием полезных культурных растений в соответствии с новейшими научными рекомендациями.

Лично я не исключаю, что «модернизация» частных подсобных хозяйств нисколько не претит духу социального, а уж тем более научно-технического прогресса. Идти в ногу со временем можно по-разному. Где-то зарабатывают деньги на беспечную старость, а где-то в преклонном возрасте доводят до совершенства методы агротехники на крохотном дачном участке.

Как считает руководитель проекта «Экодом» Игорь Огородников, сейчас у наших сибирских ученых достаточно наработок, позволяющих заняться внедрением зеленых технологий вокруг индивидуальных домов и дачных строений. В данном случае мы не ведем речь об «умном доме», требующем пока еще довольно дорогого оборудования. Мы говорим об относительно простых технологиях, позволяющих повысить продуктивность приусадебных участков, не используя вредной «химии».

Одна из таких технологий касается использования в рамках индивидуального хозяйства методов вермикультуры – разведения дождевых червей с целью получения плодородной почвы с большим содержанием гумуса. Напомним, что самые лучшие российские черноземы  в среднем содержат 17% гумуса. По словам Игоря Огородникова, в домашнем червятнике эту цифру можно довести до 40 процентов. Как мы знаем, дождевые черви работают как биореакторы, перерабатывая в своем чреве органику и давая «на выходе» ценный биогумус. Причем, работают они с очень высокой активностью, поглощая за сутки количество биомассы, превышающей в полтора-два раза массу тела самого червя.

Надо сказать, что разведением червей занимаются достаточно давно. В развитых странах первые попытки поставить это дело на промышленную основу предпринимались  уже в 1930-х годах. Еще лет двадцать понадобилось для отработки технологии. В настоящее время разведением червей на Западе занимаются как отдельные фермеры (в целях ликвидации органических отходов), так и специализированные хозяйства.

В США, например, насчитывается примерно полторы тысячи хозяйств (крупных и мелких), занятых подобным способом переработки отходов. Считается, что такой продукт жизнедеятельности дождевых червей по многим показателям намного превосходит обычный перепревший навоз и компосты.

В результате его применения не только резко возрастает урожайность растений, но и заметно сокращается вегетационный период, то есть более активно происходят процессы созревания. По сути, мы получаем здесь двойную пользу – избавляемся от отходов и получаем больше плодов, обладающих, к тому же, экологической чистотой.

Правда, сам этот процесс достаточно трудоемкий, поэтому говорить о массовом фабричном  производстве превосходных черноземов пока еще рановато. Биогумус – продукт достаточно дрогой. Однако создание червятников в частном подсобном хозяйстве – дело стоящее и не особо затратное, уверяет нас Игорь Огородников. В принципе, технологию имеет смысл отработать в условиях экспериментального дома-лаборатории. Пока такого экспериментального дома нет. По мнению ученого, дом-лаборатория помог бы отработать очень широкий спектр зеленых технологий, включая и переработку органических отходов методом вермикультивирования.

Недавно наши ученые обратились в департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии г. Новосибирска с предложением организовать на территории города опытный червятник, где можно заняться переработкой отходов городских предприятий общепита. Не секрет, что масса такой органики оказывается на свалках. Там же, кстати, оказываются и просроченные продукты из супермаркетов (а в последнее время – турецкие помидоры, польские яблоки и болгарская морковь).

Почему бы не наладить вот такую инновационную переработку всей этой органики, получая даже не двойную, а тройную пользу? С одной стороны, мы бы частично разгрузили мусорные полигоны. С другой стороны – получили бы ценный биогумус, пригодный для повышения плодородия почв (то есть получили бы из отходов конкретный продукт, на который наверняка есть спрос). И не мене важный результат – популяризация самой вермикультуры среди наших дачников и жителей деревенских поселений, имеющих собственные участки.

Откликнется ли новосибирская мэрия на это предложение, время покажет. Не исключено, что данная тема будет рассмотрена в рамках Восьмого сибирского форума «Индустрия информационных систем» (СИИС – 2016) в апреле этого года, где сотрудники мэрии Новосибирска планируют организовать научно-практическую конференцию по вопросам внедрения инновационных технологий в городское хозяйство.

Олег Носков

Изменение структуры ледяного покрова Гренландии - прямое следствие глобального потепления климата, подчеркивают специалисты

Таяние льдов Гренландии повышает уровень мирового океана сильнее, чем предполагалось ранее. К такому выводу пришли сотрудники геологоразведочной службы Дании и Гренландии, изучающие строение ледового покрова крупнейшего из островов мира.

Ученые выяснили, что после особенно жарких летних сезонов 2009 и 2010 годов слой снега и рыхлого зернистого льда (так называемый фирн), покрывающий значительную часть острова, утратил свою способность задерживать талую воду, которая попадает в океан. Данный эффект раньше не учитывался составителями климатических моделей и может означать, что человечество начнет ощущать на себе эффекты потепления климата раньше, чем предполагалось ранее.

Как пояснил в комментарии датскому научному интернет-порталу videnskab.dk профессор Джейсон Бокс, участвовавший в исследовании, после нескольких аномально теплых сезонов, когда на поверхности снежного слоя собирается очень много воды, та образует плотную ледяную корку, которая в последующие годы уже не дает талой воде проникать вглубь и вновь замерзать.

Если раньше толщина пористого фирнового слоя, который мог эффективно задерживать воду, в некоторых районах Гренландии достигала 40 метров, то теперь она сократилась до 3 метров.

Впрочем, пока ученые еще не до конца понимают, насколько распространено данное явление.

"Из-за этого в моря попадает значительно больше талой воды, что для всех нас очень неприятный сюрприз, из-за которого нынешние оценки того, насколько в ближайшие десятилетия поднимется уровень мирового океана, придется пересматривать в сторону повышения", - подчеркнул Бокс.

По словам его коллеги гляциолога Дирка ван Аса, изменение структуры ледяного покрова Гренландии - прямое следствие глобального потепления климата. Ученые отмечают, что восстановление проницаемого для воды фирнового слоя займет несколько лет, и это должны быть годы, когда летние температуры на острове не будут слишком высокими.

Статья об этом исследовании опубликована в последнем номере журнала Nature. В январе в электронном научном журнале Nature Communications, которое выпускает тот же издательский дом, было опубликовано еще одно исследование, посвященное гренландским ледникам. Его авторы утверждают, что низкая облачность на треть повышает скорость их таяния, так как облака препятствуют повторному замерзанию талой воды по ночам.

Как мы знаем, детонация –  один из главных кошмаров любого автовладельца. Она заявляет о себе характерным хлопком в двигателе, заявляет совершенно непредсказуемо, угрожая неприятностями вплоть до разрушения конструкции. Точно такие же неприятные «сюрпризы» детонация преподносит и газотурбинным двигателям. Поэтому совсем не случайно, что с этим явлением пытаются как-то бороться, причем небезуспешно. Одно из таких средств борьбы – использование токсичных присадок, способных «гасить» детонацию. Мы травим воздух, зато спасаем двигатели своих автомобилей. Такова здесь, собственно, цена победы.

В то же время наука не стоит на месте, и ученые решили повнимательнее рассмотреть данное явление. Выяснилось, что детонация не является абсолютным злом: при правильном подходе ее можно поставить на службу человеку, для чего необходимо отказаться от господствующего стереотипа, будто есть только один-единственный способ сжигания топлива – тот, который используется в существующих двигателях и энергетических установках (и где как раз всячески борются с детонацией). Если же научиться правильно управлять детонационным способом сжигания, то нас ждет настоящая революция в области двигателестроения и энергетики.

Детонация – это «огненный зверь», нуждающийся не просто в укрощении, а в многосторонней  «дрессировке», для чего ученым предстоит решить огромное количество задач.

Сегодня в мировой науке уже определился отчетливый тренд, связанный с изучением данного явления. По крайней вере, за несколько последних лет появился вал научных публикаций на эту тему. Самое важное, что российские исследователи находятся здесь в первых рядах. Так, уже не одно десятилетие соответствующие исследования проводят в Институте гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН. Причем, к результатам исследований  наблюдается серьезный интерес из-за рубежа, что уже само собой красноречиво характеризует уровень нашей научной школы. Так что мнение наших ученых по данным вопросам весьма авторитетно.

Итак, что же полезного можно извлечь из детонации? Как популярно разъяснил данное явление сотрудник ИГиЛ СО РАН Федор Быковский (один из ведущих специалистов в этой области), если при обычном горении максимальная скорость распространения пламени составляет десятки метров в секунду, то при детонации скорость будет выше на порядки, измеряясь километрами в секунду. Как раз за счет более высокой скорости можно существенно повысить эффективность сжигания топлива. Чем характеризуется детонация с точки зрения физики? Говоря по-простому, это ударная волна, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью. А за этой волной образуется фронт горения. Сжигание здесь происходит в очень узком слое, при очень высокой температуре и очень короткое время. То есть, всё происходит невероятно быстро, за счет чего можно повысить интенсификацию горения. Как этого добиться? Необходимо организовать процесс сжигания таким образом, объясняет ученый,  чтобы эта взрывная волна оказалась в замкнутых кольцевых каналах, после чего она будет там существовать непрерывно – до тех пор, пока вы туда подаете топливо. То есть она начнет вращаться в кольцевой камере, куда будет постоянно подаваться «свежая» горючая смесь.

В качестве горючей смеси может служить самое разнообразное топливо. Как раз в этом направлении нашими учеными уже много лет ведутся соответствующие исследования. Вначале проводились эксперименты с топливовоздушными смесями: ацетилен – воздух, водород – воздух, пропан – воздух – кислород, керосин – воздух – кислород. Затем ученые пошли дальше и стали экспериментировать с механо-активированным углем (углем, тонко измельченным на специальных мельницах в Институте теплофизики СО РАН), который подается в камеру с добавлением водорода или синтез-газа.

Исследования по детонационному сжиганию угля на сегодняшний день представляются весьма актуальными для коренной модернизации наших энергетических мощностей. Как мы уже неоднократно писали, угольную энергетику еще рано списывать со счетов, особенно для сибирских регионов, где уголь может стать дешевой альтернативой газу и нефтепродуктам.

Переход к новому сжиганию угля, основанному на непрерывной детонации, приведет к появлению принципиально новых энергетических установок – намного более компактных и эффективных. Обычная угольная теплоэлектростанция – это довольно громоздкий объект. Высота котлов может соответствовать высоте многоэтажного здания. Мало того, здесь требуется парогазовый цикл – то есть вначале мы за счет сжигания угля нагреваем воду, превращаем ее в пар, и уже с помощью пара вращаем турбину, связанную с электрогенератором.

При детонационном сжигании угля нам, во-первых, не потребуются огромные топки, а во-вторых, здесь нет надобности в том, чтобы специально нагревать воду для получения пара. Продукты сгорания вырываются из камеры под  очень высоким давлением. То есть их можно непосредственно подавать в турбину, минуя, таким образом, парогазовый цикл. Тем самым существенно упрощается инфраструктура тепловой станции, которая может использовать обычные газовые турбины.

Понятно, что на данном этапе ученые изучают сам физический процесс, то есть исследуют возможности детонационного сжигания. Иначе говоря, работы пока еще ведутся на фундаментальном уровне. Практическое использование результатов этой работы, создание опытных образов топливных камер – это уже следующий этап, реализация которого будет напрямую зависеть от того, насколько данным направлением заинтересуются энергетики или государственные структуры, отвечающие за энергетику.

Есть ли сейчас интерес с их стороны? Однозначно ответить на этот вопрос пока еще не представляется возможным. Да, работу наших ученых уже заметили и даже отметили. Но что будет дальше, совершенно непонятно. Прикладные исследования, опытно-конструкторские работы, инжиниринг, пилотные проекты, тестовые испытания – всё это стоит немалых денег. Их же пока еще никто не обещал. По-хорошему, необходимы соответствующие правительственные программы с адекватным финансированием. Но российское правительство, похоже, в настоящее время сосредоточилось на решении геополитических задач. Вопросы модернизации энергетического комплекса в глазах высшего руководства страны как будто отошли на второй план (судя по объемам финансирования, выделяемого на техническую модернизацию). Не ровен час (и это уже будет не первым случаем), когда новое направление активно подхватит соседний Китай.

Олег Носков