От МКС до лазера: какие проекты были созданы коллективными усилиями

Фото: Unsplash
Фото: Unsplash
Какой бы сильной ни была экономика страны, справиться с реализацией масштабных идей в одиночку сложно. РБК Тренды рассказывают, существование каких проектов трудно представить без международного сотрудничества

За последние несколько веков человечество сделало большой рывок в своем развитии. Люди создали искусственный интеллект, преодолели гравитацию, построили космические станции и корабли, разработали вакцины от опасных болезней и не только. Но есть проекты, которые невозможно было бы реализовать без тесного сотрудничества заинтересованных государств.

Международная космическая станция (МКС)

Международная космическая станция (МКС) — пилотируемая орбитальная станция, которая используется в качестве многоцелевого космического исследовательского комплекса. МКС — крупнейший международный проект, в котором участвуют США, Россия, Япония, Канада, Германия, Франция, Испания, Италия и другие страны Европы.

Впервые идею о создании МКС озвучили генеральный директор Российского космического агентства (РКА) Юрий Коптев и генеральный конструктор НПО «Энергия» Юрий Семенов в 1990-х. Они поняли, что космические проекты — дорогостоящая задумка для одной страны. Реализовать задуманное поможет лишь международное сотрудничество. В 1993 году российские ученые с идеей объединения национальных космических программ обратились в NASA. Тогда предложение отечественных ученых понравилось не всем. В Конгрессе США даже прошло голосование по этому вопросу. В итоге с небольшим отрывом сторонники объединения победили.

После голосования стороны приступили к реализации проекта. 20 ноября 1998 года состоялся запуск первого российского элемента — функционально-грузового блока «Заря». Этот момент принято считать стартом работы МКС. В настоящее время станция состоит из 14 основных модулей. Разработкой пяти из них занимались российские инженеры, семи — американские, а двумя остальными — Европейское космическое агентство и Япония.

Характеристики МКС:

  • Габариты МКС — 109x51x30 м.
  • Жилой объем — 916 м³.
  • Средняя температура на станции — 27 °C.
  • Скорость вращения вокруг Земли — 7,6 км/с.
  • Станция совершает около 15 оборотов вокруг планеты за день.

Финансирование МКС на 75% осуществляется на средства США. Что касается правовой организации и структуры собственности, то тут есть сложности. Например, России принадлежат лишь четыре из пяти модулей. Первый модуль — «Заря» — был построен на деньги США, поэтому он находится в собственности NASA.

В настоящее время МКС является самой посещаемой космической станцией. Только в первые десять лет после открытия на ней побывало 28 экспедиций и 200 человек из разных стран. Участники проекта могут пользоваться всеми модулями станции. Но доли использования у всех разные и регулируются соглашениями.

Дальнейшее участие России в проекте сейчас под вопросом. В июле 2022 года глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заявил, что страна планирует выйти из проекта МКС к 2024 году. Но перед этим Россия полностью выполнит свои обязательства, в том числе и по затоплению станции.

МКС
МКС (Фото: «Роскосмос» ​)

Термоядерный реактор ITER (ИТЭР)

В 2010 году на юге Франции началось строительство международного экспериментального термоядерного реактора ITER. В проекте участвуют 35 стран, в том числе и Россия. Стоимость проекта оценивается приблизительно в €19 млрд.

Российские ученые и инженеры занимаются созданием сложных частей реактора: коммутационная аппаратура, шинопроводы и энергопоглощающие резисторы для электропитания, защиту сверхпроводящей магнитной системы реактора. Для создания частей реактора был построен новый цех по промышленному производству сверхпроводников мощностью 30 т в год на заводе «Росатома» в Глазове.

Идея термоядерного синтеза появилась в середине XX века. Тогда ученые выяснили, что для получения энергии можно использовать реакции, которые происходят в глубинах Солнца. Термоядерный синтез — процесс, при котором два легких атомных ядра соединяются в одно более тяжелое ядро. Во время этого объединения освобождается большой объем энергии. В качестве топлива ученые будут использовать смесь двух изотопов водорода — дейтерия и трития. Во время столкновения и слияния ядер этих изотопов появляется гелий и высвобождаются нейтроны. Всего несколько грамм этих реагентов помогут создать 1 ТДж (тераджоуль) энергии.

У термоядерных электростанций много преимуществ. Главная — это помощь в борьбе с изменением климата: в атмосферу не выбрасываются углекислый газ и другие парниковые газы. Такие реакторы не создают долгоживущие ядерные отходы, а топливо для них легко получить. Например, дейтерий можно добывать из морской воды, а тритий — из лития.

Как отмечают участники проекта, первые эксперименты создания энергии с помощью термоядерного реактора начнутся не ранее 2025 года. У разработчиков будет 10 лет, чтобы провести анализ работы ИТЭРа. Задействовать всю его мощность планируют к 2025 году.

Характеристики ИТЭР:

  • Вес — 23 тыс. т.
  • Высота — почти 30 м.
  • Расположится в центре комплекса площадью 180 га.

Термоядерный реактор ITER
Термоядерный реактор ITER (Фото: ИТЭР-Центр)

Большой адронный коллайдер (БАК)

Большой адронный коллайдер (БАК) — это крупнейший и самый мощный ускоритель частиц в мире. Он построен под Женевой и находится под контролем Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН). Для разработки и строительства объекта привлекалось более 10 тыс. специалистов из 100 стран, в том числе и из России. Затраты на создание БАК оцениваются в €4,6 млрд.

Фото:home.cern
Индустрия 4.0 Как устроен Большой адронный коллайдер и зачем он нужен

Свое название объект получил не просто так.

  • Большой — БАК состоит из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов.
  • Адронный — ускоряет адроны (класс составных частиц, которые подвержены сильному взаимодействию): протоны и тяжелые ядра атомов.
  • Коллайдер — внутри ускорителя два высокоэнергетических пучка частиц перемещаются со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем они столкнутся.

Главная задача БАК состояла в том, чтобы обнаружить бозон Хиггса. И ему это удалось. Это элементарная частица с нулевым моментом импульса и нулевым зарядом, которая играет важную роль в Стандартной модели (теория, описывающая, как взаимодействуют элементарные частицы мира: кварки, бозоны, лептоны, барионы. — РБК Тренды).

Помимо этого перед адронным коллайдером стоят еще несколько задач. Среди них:

  1. Поиск суперсимметрии — БАК должен подтвердить теорию о том, что у каждой элементарной частицы есть суперсимметричный партнер.
  2. Изучение топ-кварков — самых тяжелых элементарных частиц. Пока их свойства не до конца изучены, и физики заинтересованы в этом направлении исследований.
  3. Изучение кварк-глюонной плазмы она возникает при столкновении ядер свинца. Исследования в этом направлении помогут ученым выстроить совершенные теории сильных взаимодействий частиц.

Первые испытания объекта состоялись в 2008 году. На первичных настройках коллайдер отработал до 2018 года и был приостановлен. 22 апреля 2022 года его вновь перезапустили после трехлетнего перерыва.

3 сентября 2022 года стало известно, что ЦЕРН собирается приостановить работу БАК в целях экономии энергии. Как говорится в официальном сообщении Европейского совета ядерных исследований, в этом году техническая остановка коллайдера запланирована на 28 ноября — на две недели раньше запланированного срока. А в 2023 году эксплуатация ускорительного комплекса будет сокращена на 20%.

Большой адронный коллайдер
Большой адронный коллайдер (Фото: ЦЕРН (Брайс Максимилиан))

Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL)

В 2017 году в Гамбурге был запущен крупнейший в мире рентгеновский лазер на свободных электронах. XFEL — уникальное оборудование, которое позволяет наблюдать за процессами, происходящими в наномире. Принцип работы такой: в лазере пучки электронов ускоряются и попадают в ондулятор. Ондулятор — устройство с периодическим магнитным полем. В нем электроны излучают фотоны в диапазоне от терагерцового до рентгеновского.

Принцип работы XFEL
(Видео: YouTube)

Рентгеновский лазер на свободных электронах позволяет проводить исследования в области физики, химии, материаловедения и биомедицины. С XFEL можно:

  • Изучать границы расплава материала под действием лазера и создавать новые модификации материалов.
  • Исследовать химические процессы, которые происходят на атомарном уровне. Эти знания позволят биологам разрабатывать инновационные препараты для лечения различных заболеваний. Например, в октябре 2018 года благодаря XFEL исследователям удалось выявить ранее неизвестную структуру белка. Возможно именно эта структура влияет на устойчивость возбудителя пневмонии к различным антибиотикам.
  • Моделировать процессы, происходящие в ядрах небесных тел Вселенной.

Характеристики XFEL:

  • Лазер расположен под землей — на глубине от 6 до 38 м.
  • Длина — 3,4 км.
  • Общая стоимость проекта — около €1,5 млрд.
  • Строительством занимались ученые и инженеры 12 государств. Россия присоединилась к проекту в 2009 году. Дальнейшее участие России в исследованиях — под вопросом.

Европейский XFEL
Европейский XFEL (Фото: Ян Хосан)

Комплекс ускорителей и детекторов (FAIR)

В немецком Дармштадте в 2017 году стартовало строительство международного комплекса ускорителей и детекторов под названием FAIR. Проект профинансирован 9 странами: Финляндия, Франция, Германия, Индия, Польша, Румыния, Россия, Словения, Швеция. Великобритания и Чехия также планируют присоединиться к разработкам. Стоимость работ оценивается пока в €1,6 млрд.

В своих лабораториях центр будет создавать материи, которые обычно существуют только в космическом пространстве. Будущие открытия позволят ученым всего мира получить ответы на главные вопросы научного сообщества:

  • Как химические элементы и образуются в звездах и при взрывах?
  • В какой форме материя существует в нейтронных звездах?
  • Как антиматерия может помочь понять массу материи?
  • Какие фундаментальные симметрии определяют нашу Вселенную?
  • Каковы свойства высокоплотных плазм, встречающихся в недрах больших планет?
  • Как защитить астронавтов от космической радиации?

Первые эксперименты в центре начнутся в 2025 году. Пользоваться новейшими технологиями смогут 3 тыс. ученых со всего мира. Сам FAIR состоит из кольцевого ускорителя с длиной окружности 1,1 км и сложной системы накопительных колец и экспериментальных установок. Принцип работы FAIR заключается в генерации потоков ионов и антипротонов. Он сможет ускорить ионы всех природных элементов в периодической таблице практически до скорости света. Магниты, которые удерживают ионы на своих путях, сверхпроводящие и охлаждаются до –269 °C с помощью жидкого гелия. Ускоренные частицы используются для экспериментов и производства других, так называемых вторичных частиц. Полученные в результате экспериментов данные будут хранится в сверхмощном компьютерном центре — Green IT Cube.

Презентация проекта FAIR
(Видео: YouTube)

Высокоскоростная магистраль «Евразия»

Не менее грандиозными выглядят проекты и в сфере железнодорожного транспорта. Трансграничная железнодорожная высокоскоростная магистраль «Евразия» затронет интересы более десятка стран. Общая протяженность магистрали — около 7,2 тыс. км. Из них 3,05 тыс. км будут проходить по России. Стоимость только российского участка составит ₽3,58 трлн.

В будущем «Евразия» станет крупнейшей сетью высокоскоростного и скоростного движения протяженностью более 50 тыс. км за счет объединения транспортных систем стран Азии, России и Европейского союза. Магистраль позволит сократить время в пути до Пекина из Москвы: до 32 часов вместо 132. Магистраль будет осуществлять не только пассажирские, но и грузовые перевозки.

Кроме того, по магистрали будут передвигаться новые поезда, которые способны развивать скорость до 400 км/ч, оснащенные системами безопасности, радиосвязью и электроснабжением.

Обновлено 29.11.2022
Главная Лента Подписаться Поделиться
Закрыть