Водоробусы, самая безопасная связь и «черное крыло»: научные итоги 2021 года

Решение проблемы переработки нефтяных остатков предложили сотрудники кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета МГУ. Основная сложность –отделить органический материал от воды, из-за которой оборудование быстро выходит из строя. Для этого ученые предложили использовать известную всем школьникам реакцию воды с угарным газом, но при особых условиях: чтобы в результате образовывался водород, который можно было бы сразу использовать для дальнейшей обработки нефтепродуктов. Метод назвали гидрооблагораживанием, и он поможет повысить эффективность процесса нефтепереработки благодаря тому, что две стадии проходят в одном и том же месте.

А еще квантовый химик МГУ Татьяна Домрачева выяснила, как именно работает открытый недавно фермент, который может делать потенциальное биотопливо на свету из доступных исходных материалов. Огромная работа по его изучению была проведена международной группой (результаты опубликованы в журнале Science), Татьяна исследовала тонкости молекулярных микроизменений:

Упрощенная схема работы фермента (один из трех описанных возможных механизмов). Любой фермент – это катализатор, то есть он ускоряет реакцию, не участвуя в ней. А ускорить реакцию можно, облегчив переход от одной ее стадии к другой. Это означает, что нужно потратить меньше энергии, чтобы запустить реакцию – именно это отражено на графике: чем ниже, тем меньше уровень энергии.

Другой вклад в развитие солнечной энергетики внесла международная группа с участием химиков из МГУ. Она разработала в 20 раз более чувствительный фотодетектор с использованием особых красителей. Ученые располагали платиновые электроды в многокомпонентном материале и добавляли разработанные ими красители – полученные таким образом световые детекторы регистрировали сигнал через три секунды после его попадания на датчик – это в 20 раз быстрее, чем у других датчиков.

Вдохновляют серьезные работы, которые проводят школьники под руководством учителей. Например, Артем Овчаров – 10-классник из Армавира, получивший четыре патента от ФИПС на свое изобретение – переносную микро-гидроэлектростанцию, которую можно установить на берегу небольшой реки. Изобретение он разработал под руководством своего учителя в центре технического творчества.

Аналогичное перспективное направление развивает Росатом, создающий атомные станции малой мощности, предназначенные для удаленных районов с неразвитой сетевой инфраструктурой, в которых нецелесообразно сооружение более мощных АЭС. В октябре 2021 опубликована новость о разработке топлива для первой в мире АЭС малой мощности с реактором РИТМ-200Н. Прототипы таких малых реакторов уже используют на ледоколах.

А в Курчатовском институте запустили первый в этом столетии Токамак – Тороидальную Камеру с Магнитными Катушками. Она вырабатывает энергию, и, возможно, в перспективе сможет заменить Атомные электростанции. Тороид – это геометрическая фигура, напоминающая бублик. Сама камера изобретена еще Сахаровым в 1950 году, но сейчас усовершенствована так, чтобы ее можно было удобно дозаправить, не нарушая работы.

Космос

Эксперимент «Пневмокард» на борту МКС. Фото Роскосмоса

17 апреля 2021 года началась 65-я долговременная научная экспедиция МКС. Наибольший объем работы запланирован по направлению «Космическая биология и физиология». Ранее в результате такого рода экспериментов было, например, выяснено, что частота сердечных сокращений в полете постепенно снижается, а также появляются признаки психоэмоционального напряжения.

Подробнее о программе экспериментов можно узнать на сайте ЦНИИМАШ. Так, эксперимент «Реал» посвящен изучению свойств алюминиевых расплавов, «Терминатор» – изучению некоторых слоев атмосферы, «Тест» – проверяет, сможет ли микрофлора выжить в конкретных условиях, а «Плазменный кристалл» позволит описать изменения кристаллов в условиях микрогравитации.

Открылась возможность проводить в два раза больше экспериментов благодаря состыковке с МКС нового модуля «Наука».

В рамках проекта «Вызов» реализована новая технология оперативной подготовки экипажа к космическому полету и отработана система управления космическим кораблем одним космонавтом.

Введен в эксплуатацию метеоспутник «Арктика-М» №1, который постоянно движется относительно поверхности Земли и способен наблюдать Северную полярную шапку, – ее еще называют «кухней погоды».

Авиастроение в 2021 году тоже отмечено достижениями. Так, на пассажирском самолете МС-21 было установлено крыло из углепластика («черное крыло») – это более легкий материал, чем алюминий, что позволяет увеличить длину крыла без существенного увеличения массы.

Безопасность и экология

Летом 2021 года Сбер представил технологическую платформу, на которой можно быстро создавать удобные сервисы – поддержку многодетных семей, субсидирование, инвестиции. Разработанные для одного региона сервисы и приложения можно адаптировать для жителей другого.

Также была запущена первая в России линия квантовой связи – между Москвой и Санкт-Петербургом – 700 км оптоволокна. Раньше считалось, что нельзя передать таким образом сигнал далее чем на 100 км! На сегодняшний день это самый безопасный способ передачи данных.

Принцип работы оптоволокна

Позаботиться об экологии поможет сеть карбоновых полигонов – пилотный проект Министерства науки и высшего образования. Такие полигоны имеют ландшафт, характерный для данной территории – и на них можно изучать динамику экологических показателей. Так, основным парниковым газом является углекислый. Растения поглощают его в процессе фотосинтеза, что планируется использовать на карбоновых фермах – а на полигонах будут детально изучать, например, какие растения и в каком количестве необходимо выращивать на той или иной ферме.

А еще КАМАЗ представил первые водородные автобусы. Водородное топливо максимально экологично, так как продуктом его горения являются водяные пары. Однако создание такого топлива все равно зависит от углеводородов, а сам водород более взрывоопасен, поэтому пройдет еще несколько лет, прежде чем водоробусы смогут стать общественным транспортом.