Толерантное топливо, нейропротезы, сверхпроводящие кубиты: новые разработки российских ученых
Ожидается, что 21 век станет временем суперкомпьютеров, новой энергетики, продвинутых медицинских и космических технологий. Исследователи всего мира уже решают прикладные задачи на пути к важным открытиям, и российские ученые вносят серьезный вклад в эту работу. Расскажем об основных направлениях, на которых они сосредоточены.
Авиация: двигатель для воздушно-космического самолета
Основная задача ученых — запустить аппарат, который сможет быстро перемещаться из атмосферы в космос (и обратно). Работы над подобными орбитальными самолетами ведутся еще с середины прошлого века, но создать надежный и устойчивый прототип до сих пор не удавалось. Есть несколько сложностей, и одна из них — достаточно мощный двигатель, который смог бы переключаться с воздушного на ракетный контур. Такой двигатель разработали в Военной академии РВСН им. Петра Великого и в 2015 году представили общественности.
Прибор прошел предварительные испытания. Следующий этап — проверка на сверхтяжелом самолете, который будет имитировать настоящий орбитальный аппарат с полезной нагрузкой. Сейчас ведется его разработка. Параллельно созданием двигателя занимаются в США и Великобритании, однако там до сих пор не решены проблемы с охлаждением турбин, когда самолет переходит из воздушного в космическое пространство и обратно.
Атомная энергетика: толерантное топливо
Толерантное топливо — ядерный энергоноситель нового поколения — получило свое название за более высокую устойчивость в случае нештатной ситуации на АЭС. Наиболее опасное положение — когда все системы защиты в реакторе отключаются и топливо начинает быстро нагреваться: возникает риск взрыва. Толерантные энергоносители дольше накапливают тепло, это дает время на устранение аварии. А еще этот вид топлива очень емкий: он требует меньше обогащенного урана, и циклы работы ядерного реактора становятся более длинными и безопасными.
Сейчас в России не только разработали формулу толерантного топлива, но и провели несколько циклов реакторных испытаний, которые увенчались успехом. Более того, на АЭС в Ростове один из энергоблоков уже переоборудовали под новый механизм работы.
Квантовые компьютеры: сверхпроводящие кубиты
Квантовый компьютер — это устройство, где информация передается не с помощью электрических сигналов (0 или 1), а через различные состояния атомов. За счет этого скорость обработки данных существенно увеличивается. Чтобы поместить атомы в суперкомпьютер, их сначала нужно «настроить»: довести до нужной температуры, близкой к абсолютному нулю, и обездвижить в специальных оптических ловушках. Такие подготовленные атомы называются кубитами, и их создают в стерильных комнатах.
Российские ученые из Института физики твердого тела РАН, МФТИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана объединились, чтобы создать первую систему из 50 кубитов к 2024 году. Делать больше пока нецелесообразно. Важно не только количество кубитов, но и точность вычислений, ее повышают прямо сейчас.
Медицина: нейропротезы
Одно из самых интересных направлений медицины — нейропротезирование. Биоинженеры создают импланты, которые замещают поврежденные нервные волокна. Благодаря этому у человека частично восстанавливаются зрение, слух или чувствительность конечностей — в том случае, если эти способности были утрачены, например, в результате травмы.
Однако чтобы создать подобные протезы, раньше требовалось много времени, ведь имплант должен быть четко «подогнан» под конкретного человека. Российские ученые вместе с западными коллегами разработали систему «Нейропринт». Специалист вводит в программу установленные параметры, а 3D-принтер печатает нейропротез по этому техзаданию. В будущем это позволит поставить на поток создание имплантов. Пока проведены испытания на животных, напечатанные протезы работают в штатном режиме.