http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=002c9470-590d-402b-b6da-c611d8330cf8&print=1© 2024 Российская академия наук
Лауреатами премии правительства РФ 2012 года в области науки и техники стали 30 научных коллективов.
Ими выполнены прорывные работы в самых разных отраслях науки и техники: энергетике и космонавтике, медицине и транспорте, материаловедении и металлургии, самолетостроении и текстильной промышленности, экологии и строительстве. Важно подчеркнуть, что ряд исследований является уникальными, они проведены впервые в мире.
ЧТОБЫ МАШИНИСТ НЕ УСНУЛ
Как не дать заснуть машинисту поезда, когда монотонная дорога сама клонит ко сну? Такой способ уже давно найден во всем мире. Машинист обязан каждую минуту на что-то нажимать, обычно на специальную кнопку. Если пару раз пропустил, то включается звуковой сигнал и загорается табло: проснись! Однако эта система порой дает сбои.
У нее два важных недостатка. Во-первых, отвлекает машиниста от управления поездом. Во-вторых, срабатывает эффект привыкания. Так нередко мы в полусне нажимаем на будильник и продолжаем спать.
Российские ученые предложили принципиально иной способ, чтобы поддерживать бодрствование машиниста. Он основан на давно известном эффекте - электрической активности кожи. Ее сопротивление меняется в зависимости от того, что делает человек: движется или сидит, решает сложную задачу или просто читает, спит или бодрствует. На первый взгляд решение задачи очевидно. Одевайте на руку машинисту браслет, измеряйте сопротивление кожи, и пусть датчик сигналит при засыпании.
Но решить ее смогли только российские ученые. Потому, что простота задачи кажущаяся. На самом деле она таит много серьезных проблем. И самая главная: как отделить полезный сигнал от артефакта. Ведь человек может двигаться и во сне, а значит, прибор будет сигнализировать - все в порядке, клиент бодрствует. А тряска при движении? Она тоже фиксируется прибором, хотя человек будет глубоко спать.
Ученым удалось создать алгоритм, который отсекает все артефакты, весь информационный "шум". Более того, они выявили закономерность сигналов, которые совершенно четко фиксируют, что машинист не дремлет, не читает книжку, не теряет внимание, а значит, контролирует движение. Система постоянно следит, чтобы он не выходил из этой зоны. Образно говоря, "шаг влево, шаг вправо" вызывает сигнал тревоги. Если машинист все же заснул, и тревога не может его разбудить, то включается система торможения поезда.
РЖД по достоинству оценила эту систему, и сегодня браслеты бодрости одеты на руки всех машинистов пассажирских поездов и многих грузовых. За все время не случилось ни одной аварии по причине засыпания машиниста.
Почему бы аналогичный браслет не одеть на руку автомобилистам? Ведь из-за засыпания происходит немало аварий. Ученые сделали модификацию прибора, испытали на водителях, и "антисон" прекрасно себя показал. Однако автохозяйства в нем не заинтересованы.
- Мы предлагаем еще одну методику, которая отсеивает потенциальных аварийщиков, - говорит доктор технических наук Валерий Дементиенко. - Известно, что 40 процентов аварий совершается по вине всего 10 процентов водителей. Они такими рождаются, у них нет переключения внимания, а многие засыпают при монотонной работе. Такой тип нервной системы. И это выявляется с помощью тестов. Однако все попытки их внедрить уже около 10 лет натыкаются на непробиваемую стену различных ведомств и министерств. Когда говорят о безопасности на дорогах, то в центре внимания что угодно - знаки, автомобили, тормоза, а человек, от которого 90 процентов аварий, почему-то вообще не рассматривается.
ГИБРИД В РОЗЕТКЕ
Впервые в мире созданы уникальные и дешевые водородные и сверхпроводниковые технологии для энергетики. Прежде всего речь о принципиально новой системе передачи энергии. Ведь в современных линиях транспорта ее теряется до 20 процентов. Этот нагрев воздуха ежегодно обходится во многие миллиарды рублей.
Только сверхпроводник с его нулевым сопротивлением способен решить проблему. Более 100 лет бьются над ней ученые, но без особого успеха. Дело в том, что сверхпроводящая линия - очень сложная и дорогая технология. И здесь группе российских ученых, удостоенных премии, удалось осуществить настоящий прорыв.
Ими создан гибрид, который сочетает одновременную передачу как электроэнергии по сверхпроводящему кабелю, так и жидкого водорода, который охлаждает кабель до температуры минус 240 С и обеспечивает эффект сверхпроводимости.
Так решается сразу две задачи: ток на любые расстояния течет практически без потерь, а на финише помимо электроэнергии вы получаете водород. Он сам по себе первоклассный источник энергии. Кстати, его называют топливом XXI века. Именно водород должен прийти на смену нефти и газу.
Для его сжигания российскими учеными впервые созданы уникальные установки с к.п.д. 98 процентов. Одна из них большой мощности в 25 МВт помещается на письменном столе, весит всего 200 килограмм. Она может быть использована для решения самых разных задач, например, вырабатывать электроэнергию в периоды наибольших нагрузок сети.
У другого аппарата мощность меньше, 5 МВт, но он тоже уникален. На его основе можно создать систему тушения пожаров с фантастическими возможностями. Она способна каждую секунду забрасывать на 300 метров 100 литров воды. А за 4-5 минут залить в очаг возгорания 20 тонн! Все нынешние "пожарники" не идут ни в какое сравнение.
Такое комплексное решение проблемы передачи энергии по сверхпроводнику и эффективного сжигания водорода открывает перед современной энергетикой принципиально новые возможности.
ЗОЛОТО НА ДНЕ МОРСКОМ
На все панические разговоры о полном истощении запасов полезных ископаемых геологи отвечают - ошибаетесь. Потому что знают: человечество обладает гигантским кладезем богатейших запасов, океаном. Причем эти сокровища лежат вообще нетронутыми и ждут своего часа. Речь идет не о уже привычной добыче нефти и газа. Впереди новая эра в добыче ископаемых. С океанского дна будут извлекать золото, медь, серебро, железо, цинк и другие металлы. Источник этого богатства - знаменитые черные курильщики. Их еще называют фабриками по производству руды. Но ученые говорят, что эти курильщики очень коварны, отыскать в них богатые металлами участки так же сложно, как иголку в стоге сена.
Российским ученым это удалось. Они открыли в северной части Атлантического океана (12-21 с.ш.) восемь крупных скоплений сульфидных руд, где содержание меди, цинка, золота, серебра и редких металлов сравнимо выше, чем в аналогичных месторождениях на суше. Глубина залегания этих сокровищ 1-3 километра. На первой стадии изучением дна занимались геофизики, которые исследовали различные параметры дна. Как только появлялась наводка на возможное месторождение, за дело брались знаменитые глубоководные аппараты "Мир". Они исследовали дно и поднимали породу на поверхность.
Открытые месторождения расположены в пределах российской "Заявки на утверждение плана работы по разведке полиметаллических сульфидов", которая в 2011 году одобрена Советом Международного органа по морскому дну. Таким образом, Россия получает право на эксклюзивное освоение этого месторождения.
Насколько это выгодно? Конечно, добыча руды со дна - дело непростое. Но по оценкам многих специалистов, в тонне океанской руды содержится 13 граммов золота (в иных местах - до 21 грамма), 167 граммов серебра. На суше геологи рады, если находят породу, где ценных металлов 3-7 граммов на тонну.
ВОДА ИЗ ВОЗДУХА
Российские специалисты разработали для космических станций уникальную систему регенерации воды и кислорода из "отходов человека". Образно говоря, ничто в космосе не пропадает зря: уже потребленные вода, кислород, атмосфера не идут "в утиль", а восстанавливаются через сложную систему очистки. И вновь - в дело.
Впрочем, не стоит принимать на веру расхожий миф о том, что якобы космонавты пьют даже воду, полученную из мочи. Да, такую делают, причем очень-очень чистую. Но только она всегда шла на технические нужды. А вот жажду утоляют исключительно водой, переработанной из конденсата атмосферной влаги.
- Создание замкнутых систем жизнеобеспечения экипажа было едва ли не главным условием для долговременных космических станций, - рассказывает заведующий отделом ИМБП РАН, доктор технических наук Юрий Синяк. - Почему? Только на запасах воды и кислорода далеко не улетишь. До "Салюта-4" все брали с собой. И только в 1975 году космонавты Георгий Гречко и Алексей Губарев впервые попробовал на орбите "напиток", сделанный из испарений и грязной воды. Это была революция.
Если совсем просто, то процесс выглядел примерно так: воздух прогонялся через сушильно-холодильный агрегат. Влага там конденсировалась, собирались все жидкие "нечистоты". Ученые выделяли 200 примесей! Органические окислялись до углекислого газа и воды. Что оставалось - сорбировалось на активированных углях. Сначала выдавалась дистиллированная вода, и уже потом она насыщалась солями и консервировалась ионами серебра.
- Конечно, сейчас системы значительно усовершенствованы, - говорит Юрий Синяк. - И угли применяются намного лучше - вибротермостойкие, и катализаторы куда мощнее. Созданы новые марки сорбентов. Специалисты нашего института - ведущие разработчики технологии. А конструкциями и системами занимаются машиностроители. Появились оригинальные сепараторы, насосы, теплообменники, испарители, дистилляторы, электролизеры и т.д.
"Русские опередили нас в этой области", - честно признают американцы. Ведь испытания самой первой системы очистки воды проводились еще в 1967 году: тогда трех испытателей на целый год заперли в металлической бочке - прообразе марсианского космического корабля. И уже тогда стало понятно, насколько это сложная техническая задача - регенерация. Причем стандарты "космической чистоты" с самого начала были если и не выше, то ничуть не уступали земной.
Позже для станции "Мир" был разработан целый комплекс систем: для очистки воды из конденсата, из мочи и душевой воды, удаления углекислого газа, очистки атмосферы от вредных примесей, восстановления кислорода. Теперь все они, еще на более высоком техническом уровне, есть и на МКС. И возвращение "на круги своя" до 90 процентов жидких отходов не может не впечатлять западных коллег. Тем более что на американском сегменте система регенерации была поставлена лишь совсем недавно.
На станции "Мир" системы регенерации позволили сберечь 25 тонн воды: иначе их пришлось бы завозить с Земли! А это с десяток дополнительных рейсов грузовиков "Прогресс". Сегодня вывод одного килограмма полезного груза на орбиту обходится в 22 тысячи долларов. Исходя из этих расценок, экономический эффект за счет получения воды из воздуха составил 125 млн долларов в год для "Мира" и 150 млн долларов в год - для МКС. За весь период полета станций - 3 млрд долларов, или 90 млрд рублей!
А российские ученые уже думают о миссиях к Луне и Марсу. Понятно, что последующие версии восстановительных систем для межпланетных кораблей и планетных баз должны быть на порядок эффективнее. Это будут уже биолого-технические комплексы, включающие в себя оранжереи и даже мини-перепелиные фермы.
КОРАБЛЬ ДЛЯ ГРЕНАДЕРОВ
Одной из причин, по которой РКК "Энергия" начала в 1995 году разрабатывать космический корабль "Союз ТМА", стала просьба коллег из НАСА расширить диапазон антропометрических параметров его экипажа. А проще: чтобы в нем помещались рослые астронавты.
Была и еще важная задача - повысить степени защиты экипажа от ударных нагрузок.
Надо сказать, что требования к росту космонавтов всегда были очень жесткие. Скажем, в первый отряд отбирали кандидатов не выше 170 см и весом не более 70-72 кг. Подобные ограничения диктовали параметры корабля "Восток". "Союзы" были по размерам куда больше. Однако и стены "Союза ТМ" оказались маловаты для многих рослых американских астронавтов. Кстати, буква "А" в названии как раз и обозначала - "антропометрическая модификация".
Модернизированный "Союз ТМА" (без увеличения его габаритов!) отличали усовершенствованные кресла в спускаемом аппарате - они были длиннее на 50 мм, новые амортизаторы для них, а также уменьшенный по высоте пульт управления, изготовленный с использованием современной элементной базы. Конструкторы "расчистили" кабину экипажа от выступающих элементов - их перенесли в более удобные места. Переделали блок клапанов cистемы подачи кислорода в скафандpы.
Доработки сделали свое дело. Если в корабле "Союз ТМ" помещались космонавты ростом 164-182 см и весом 56-85 кг, то "Союз ТМА" стал "по плечу" и настоящим гренадерам: до 190 см и до 95 кг.
Кроме того, при создании "Союза ТМА" была доработана оболочка корпуса спускаемого аппарата, изменена прокладка трубопроводов и кабелей, разработан новый холодильно-сушильный агрегат, модернизирована система управления спуском. Чтобы снизить уровень перегрузок, действующих на экипаж при посадке, были модернизированы двигатели и доработана автоматика системы приземления.
Первый старт корабля этой серии состоялся в октябре 2002 года. А последним стал "Союз ТМА-22": он отправился к МКС в ноябре 2011 года, а его спускаемый аппарат с экипажем вернулся на Землю в апреле 2012 года.
Эксплуатация пилотируемых кораблей с аналоговыми системами управления завершилась. На смену им пришли уже цифровые "Союзы ТМА-М".