2021 год стал довольно продуктивным для российских учёных и инженеров. Были совершены прорывы практически во всех областях человеческой деятельности. Чем запомнился каждый месяц в отечественном научном мире?
Январь: в несколько раз увеличена прочность металлов для машиностроения
Российским специалистам из НИТУ «МИСиС» совместно с французскими коллегами удалось добиться повышения прочности и плотности металла, благодаря объединению двух технологий обработки, ранее считавшихся несовместимыми. В авиа- и автомобилестроении, электротехнике и медицине металлы обрабатываются с помощью холодного газодинамического напыления, что позволяет создавать уникальные изделия с заданной структурой. Для улучшения характеристик материалов применяют метод горячего изостатического прессования. Объединив эти две технологии, учёные добились уменьшения пористости материалов, увеличения прочности, а также возможности создавать из них сложные изделия.
Февраль: в Новосибирске начались испытания уникального самолёта с электродвигателем
В Новосибирске начались испытания летающей лаборатории с гибридной силовой установкой на борту, созданной на базе самолёта ЯК-40. В её составе — сверхпроводящий электрический двигатель мощностью 500 кВт, впервые созданный для крылатых машин такого класса. В носовой части аппарата установлен воздушный винт, который и приводится в движение данным электродвигателем. Электроэнергию тот получает от генератора, который вращается двигателем внутреннего сгорания. Поэтому установка и называется гибридной. Интересно также и то, что электродвигатель создан по уникальной технологии — на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП). При определенной температуре ВТСП проводят электрический ток без сопротивления и потери энергии, что существенно увеличивает КПД.
Март: на Байкале начал работать глубоководный нейтринный телескоп
На озере Байкал учёными был запущен в работу на полную мощность нейтринный телескоп кубокилометрового масштаба Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). Его задачей является поиск нейтрино — нейтральных частиц, которые очень слабо взаимодействуют с окружающим веществом, что позволяет им доходить до Земли из недр зарождающихся или умирающих галактик без существенных изменений. По таким частицам учёным проще понимать, что происходило во Вселенной миллионы и миллиарды лет назад. Уже к июлю телескопом были получены первые 10 событий природного потока внеатмосферных нейтрино высоких энергий (свыше 100 ТэВ). А в декабре произошло уникальное событие — поток нейтрино высоких энергий от одного астрофизического источника был зарегистрирован двумя крупнейшими действующими на Земле установками — Baikal-GVD и IceCube (нейтринный телескоп на Южном полюсе).
Апрель: начался выпуск отечественных материнских плат для процессоров AMD
Группа компаний Philax представила первую отечественную материнскую плату, которая поддерживает CPU Ryzen вплоть до поколения 5000, появившегося в октябре 2020 года. Изделие базируется на чипсете AMD B450. Материнская плата поддерживает SSD в формате M.2, предлагает четыре слота под оперативную память DDR4 3200/2933/2667/2400/2133 суммарным объёмом до 128 ГБ. Для подключения плат расширения предусмотрены три слота: один PCIe 2.0 и два PCIe 3.0 x16. Российский холдинг GS Group, который занялся производством, планировал выпуск по меньшей мере 40 000 плат. Отечественную плату можно использовать для сборки ПК для российского госсектора, так как она соответствует требованиям реестра Минпромторга.
Май: создана первая отечественная вакцина от COVID-19 «Спутник Лайт», требующая всего один укол
Национальным исследовательским центром эпидемиологии и микробиологии имени Гамалеи был разработан препарат «Спутник Лайт», который содержит только один компонент, созданный на основе аденовируса 26-го типа (первый компонент «Спутник V»), и требует, соответственно, только одной прививки вместо двух. Его эффективность оценивается в 79,4%, что выше, чем у любой однокомпонентной вакцины (и даже некоторых двухкомпонентных). «Спутник Лайт» на данный момент рекомендуют применять для повышения устойчивости к болезни тем лицам, которые уже переболели коронавирусом, или в комбинации с другими вакцинами в качестве третьего укола для увеличения профилактического эффекта.
Июнь: в Сибири начали строительство уникального безотходного реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300
На площадке Сибирского химического комбината началось строительство атомного энергоблока с уникальным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, двухконтурной схемой отвода тепла к турбине и закритическими параметрами пара — БРЕСТ-ОД-300. Комплекс также включает в себя модуль по производству и восстановлению уран-плутониевого ядерного топлива и модуль по переработке облучённого топлива. Это означает, что он будет практически автономным и не зависящим от внешних поставок энергоресурсов, а главное — безопасным для экологии и человека. Подобная система замкнутого цикла использования ядерного топлива не имеет аналогов в мире. Также использование установок на базе реакторов БРЕСТ-300 позволит избежать аварий, подобных тем, что произошли в Чернобыле и Фукусиме.
Июль: увеличена эффективность излучателей терагерцевых волн
Учёные сконструировали полупроводниковую структуру на основе тройного твердого раствора из индия, галлия и мышьяка в условиях сверхвысокого вакуума, на которую нанесли асимметричную металлическую решётку, пропускающую через себя лазерное излучение. Полученная конструкция позволяет получать ТГц-волны при относительно низкой мощности падающего на неё лазерного излучения, не теряя эффективности при увеличении частоты лазерных импульсов. Это позволит создавать компактные ТГц-источники с высокой интенсивностью излучения, не требующие источника питания. Их можно использовать для создания переносных сканеров багажа или томографов (ТГц-лучи не обладают ионизирующими свойствами, а поэтому безвредны для человека в отличие от рентгеновских).
Август: найден дешёвый, безопасный и точный метод визуализации сосудов головного мозга
Учёные из Сколтеха придумали экономичный метод для визуализации кровотока в сосудах головного мозга с точностью до отдельных эритроцитов. Технология основана на сочетании оптической микроскопии и обработки изображений. А с помощью цифровой трассерной визуализации потоков можно оценить точную скорость кровотока. Всё это позволит получить более точную информацию об эластичности сосудов, жёсткости мембран, давлении и вязкости крови, что даст лучшее понимание физиологии эндотелиальных клеток. Кроме того, новый метод более безопасный (так как не содержит токсичных красителей) и не требует использования генетически модифицированных животных (раньше это был единственный способ наблюдать за кровотоком в сосудах мозга, не подвергая опасности людей).
Сентябрь: создано устройство для полноценного общения со слепоглухонемыми людьми, не имеющее аналогов в мире
Инженеры НИТУ «МИСиС» вместе с коллегами из КБ Karfdov Lab создали рабочую модель уникального устройства «ВиброБрайль», которое позволяет общаться с людьми с одновременными нарушениями зрения, слуха и речи. Оно оборудовано 6 кнопками на фронтальной панели и встроенными тактильными элементами, передающими пользователю на кончики пальцев сигналы по принципу шрифта Брайля, работает в паре с приложением для мобильных телефонов и не требует от людей без нарушений дополнительных знаний. Речь переводится в текст, а затем конвертируется в тактильные сигналы и передаётся на «ВиброБрайль». Слепоглухонемой человек набирает кнопками ответ, который затем озвучивается через динамики мобильного устройства.
Октябрь: разработана картина эволюции сверхкомпактных объектов Вселенной
Российским астрофизикам из МГУ удалось создать наглядную картину появления и существования таких сложных объектов, как радиопульсары, поляры, магнитары, рентгеновские пульсары и других. С её помощью можно описать многие проявления нейтронных звёзд и белых карликов, способы образования миллисекундных радиопульсаров и магнитаров, а также предсказать новые, ещё не открытые объекты. К примеру, на схеме видно, как старая нейтронная звезда превращается в миллисекундный радиопульсар, а обычный радиопульсар переходит на стадию пропеллера, а потом превращается в рентгеновский пульсар. Все эти переходы учёные подробно описали в своей работе.
Ноябрь: учёные научились сохранять данные на кремниевом кольце с помощью световых импульсов
Учёные из Санкт-Петербурга впервые описали эффект, благодаря которому возможна запись информации в миниатюрном кремниевом кольцевом микрорезонаторе (диаметр около 0,2 мм) с помощью импульсов света разной интенсивности. Если на него подавать импульсы света низкой интенсивности, то на выходе получается «0», высокой — «1». Таким образом происходит запись информации. Это открывает пути к созданию оптических ячеек памяти, а в дальнейшем — быстродействующих оптических запоминающих устройств для компьютеров будущего (исеются ввиду фотонные устройства).
Декабрь: достижения в области беспилотных летательных аппаратов
Специалисты из Университета Иннополис показали новый гибрид самолёта и беспилотника с увеличенной дальностью полёта (до 100 километров), который способен нести до 5 килограмм полезной нагрузки и в отличие от обычных самолётных беспилотников не требует взлётно-посадочной полосы или пускового устройства с парашютом. Он также обладает системой искусственного интеллекта, которая помогает управлять полётом и посадкой.
А в Тюмени придумали способ увеличения дальности полётов малых беспилотников. Для этого дроны можно оборудовать специальными клещами, с помощью которых они смогут подсоединяться к линиям электропередачи для зарядки аккумуляторов. Учёные также представили проект дрона, который во время зарядки таким способом сможет продолжать разведывательную миссию (будут продолжать работать камеры и датчики).
Тем временем компания «Кронштадт» создала в подмосковной Дубне специализированный серийный завод крупноразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолётного и вертолётного типов общей площадью более 50 га. Это первый авиационный завод, который построен в России после распада СССР.
Достойные упоминания
Также в 2021 году было создано множество новых материалов для использования в различных областях, улучшено множество существующих технологий. На астрофизическом полигоне Иркутского государственного университета завершили строительство пилотной гамма-обсерватории TAIGA. Она создана для решения задач в области астрофизики высоких энергий. Результаты работы TAIGA помогут учёным понять, как развивалась Вселенная, а также откроют путь к изучению новой физики, которая находится за пределами стандартных моделей.
В Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» запустили термоядерную установку Токамак Т-15МД (тороидальная камера с магнитными катушками). Она будет использоваться для освоения технологии управляемого термоядерного синтеза, чтобы получить неиссякаемый и экологически безопасный источник энергии. Это первая подобная разработка в России за последние 20 лет, не имеющая при этом аналогов в мире.
Физики из Сколтеха совместно с коллегами из Великобритании решили известную проблему квантовой гидродинамики, создав устойчивый гигантский вихрь во взаимодействующих поляритонных конденсатах. Изучение вихрей их сверхтекучих поляритонов позволит разработать новые когерентные источники света, новые технологии оптической записи информации, а также открывает новые возможности для изучения физики в экстремальных условиях, например, чёрных дыр.
Начаты испытания уникальной мультикалиберной винтовки DXL-5 «Опустошитель», способной вести огонь патронами разного калибра. Это достигается благодаря модульной конструкции (стволы можно менять прямо в бою). Кроме того, она обладает лучшей точностью и дальностью стрельбы, чем у зарубежных конкурентов. А самое интересное, что с помощью «Опустошителя» военные будут испытывать новые калибры, которые в случае успешных тестов смогут ещё больше поднять дальность и точность стрельбы снайперской винтовки.
