Зарядка смартфонов теплом рук и единственный в мире радиогелиограф: что изобрели в России в июне

Всего за один месяц лета российские учёные успели разработать датчики волнового фронта для спутниковых систем, придумать способ производства излучающих материалов, технологию зарядки смартфонов от тепла человеческого тела, завершить строительство уникального радиогелиографа и даже собрать самый мощный в мире жидкотопливный ракетный двигатель. Об этих и других не менее важных достижениях отечественной науки в июне далее в статье.

💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.

Разработали датчик волнового фронта для спутниковых систем

💡 Простыми словами

На XVII Международной отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества» московские учёные показали математические алгоритмы, позволяющие восстанавливать картину возмущений плотности среды на оптической трассе, которые были разработаны совместно с коллегами из ЮАР. Благодаря им появилась возможность создания высокочувствительных конфигурируемых датчиков волнового фронта для широкоапертурных лазерных пучков. Далее был создан стенд из таких датчиков, для дальнейшей отработки алгоритмов анализа изображения в видимой и инфракрасной области спектра.

👨‍🔬 Детально

Эти датчики используют адаптивную оптику и основаны на эффекте Тальбота. Они являются одним из элементов адаптивной системы корректировки лазерного излучения. Датчики волнового фронта на основе эффекта Тальбота позволяют визуализировать и исследовать оптические искажения, возникающие на трассе лазерного пучка с большими поперечными размерами. Таким образом, можно проводить исследования возмущений оптической среды в нескольких спектральных диапазонах и с более высоким пространственным разрешением, чем с использованием стандартных датчиков волнового фронта. Одним из возможных прикладных применений таких датчиков является улучшение эффективности передачи и приема информационных сигналов в атмосферных трассах при использовании квантового распределения ключей (КРК) через искусственные спутники Земли на большие расстояния, превышающие тысячу километров.

Построили единственный в мире радиогелиограф для изучения космоса

💡 Простыми словами

Национальный гелиогеофизический комплекс, является амбициозной исследовательской программой класса «мегасайенс», нацеленной на изучение процессов в ближнем космосе и их воздействия на атмосферу Земли. Проект представляет собой масштабный научный комплекс, который будет состоять из различных инструментов и систем, размещенных в Иркутской области и Бурятии. Строительно-монтажные работы начались в 2018 году. В 2022 году был введён в эксплуатацию первый объект — комплекс пассивных оптических инструментов для изучения верхних слоев атмосферы Земли. В июле 2023 года было завершено строительство второго объекта Национального гелиогеофизического комплекса. Им стал многоволновой радиогелиограф, который запущен в работу в опытном режиме и на данный момент является единственным в мире функционирующим радиогелиографом такого типа (в Китае есть лишь прототип такого инструмента). Общая стоимость объекта составила 2,5 миллиарда рублей, и все оборудование было произведено в России.

👨‍🔬 Детально

Главная задача нового инструмента заключается в проведении фундаментальных исследований ближнего космоса и околоземного пространства. Научный персонал Института солнечно-земной физики уже получил первые снимки короны Солнца с помощью нового инструмента в двух диапазонах частот. Это стало значимым событием в мировой научной среде. Завершение строительства оставшихся объектов Национального гелиогеофизического комплекса (мезостратосферного лидара, солнечного телескопа-коронографа и так далее) планируется до 2030 года.

Интересно, что в советские годы уже был построен один радиогелиограф, но его вывели из эксплуатации ещё до распада СССР. Новый радиогелиограф состоит из 526 антенн и находится на территории радиоастрофизической обсерватории в Бадарах. Он имеет расширенный диапазон работы от 3 до 24 ГГц, в то время как старый работал только на одной частоте в 5 ГГц. Это позволяет ученым строить 3D-модели околосолнечного космического пространства.

Придумали технологию зарядки смартфонов теплом рук

💡 Простыми словами

Нижегородские учёные разработали термоэлектрическую плёнку, способную преобразовывать тепло, например, исходящее от человеческого тела, в электрическую энергию. Это открытие может иметь значительное влияние на индустрию мобильных устройств (смартфон можно будет подзаряжать просто держа в руке) и составить конкуренцию солнечным батареям в области энергетики. Также плёнка может использоваться для других целей, таких как питание кардиостимуляторов и преобразование разницы температур на дне морей и океанов в электричество для подсветки сигнальных буев над трубопроводами.

👨‍🔬 Детально

Процесс создания термоэлектрической пленки включает соединение кремния с хромом, железом и марганцем при температуре до 1800 °C в специальной печи, а затем нанесение вещества лазером на подложку с низкой теплопроводностью, такую как стекло, слюда или сапфир. Правда, коэффициент полезного действия первых образцов плёнки составляет всего 2-3%, что означает, что для зарядки телефона необходимо обернуть тело пользователя пленкой весом 5-10 килограммов. Учёные работают над улучшением КПД путём комбинирования слоёв пленки. Образец размером со смартфон, который будет крепиться к нему и заряжать энергией, когда пользователь держит устройство в руке, учёные планируют представить в течение ближайших пяти-семи лет.

Завершили разработку и сборку самого мощного в мире жидкотопливного ракетного двигателя

В июле была завершена сборка первого лётного образца жидкостного двигателя закрытого цикла с дожиганием окислительного генераторного газа РД-171МВ для ракеты среднего класса «Союз-5» и проектируемой сверхтяжелой ракеты «Енисей». Работа над его созданием кипела с 2017 года. Двигатель получил всю необходимую конструкторскую и техническую документацию, была проведена автономная отработка агрегатов, деталей и сборочных единиц устройства, затем произведены динамические, холодные и огневые стендовые испытания. Он собран полностью из отечественных деталей. Мощность РД-171МВ составляет 246 тысяч лошадиных сил, а тяга при массе в 10 тонн достигает 806 тонн. Для сравнения: у ближайшего жидкотопливного конкурента, двигателя F-1, разработанного американской компанией Rocketdyne для ракеты-носителя Сатурн V, этот показатель составляет 790 тонн. РД-171МВ также имеет новую систему регулирования и защиту от возгорания. Следующий этап — межведомственные испытания двигателя и серийная поставка.

Создали отечественную технологию производства излучающих материалов

💡 Простыми словами

Томские учёные разработали новый метод синтеза керамики для производства люминофоров, что значительно повлияет на различные отрасли, включая электронику и освещение. Люминофоры — это вещества, которые преобразуют поглощенную световую, механическую и тепловую энергию в световое излучение. Они используются, например, для создания «белых» светодиодов и люминесцентных ламп.

Кроме того, с помощью новой технологии можно будет синтезировать и другие сложные композитные материалы, которые невозможно получить иными методами. Мощное и короткое воздействие электронного пучка позволяет преодолевать ограничения и открывает перспективы для создания новых многокомпонентных уникальных материалов, которые могут быть использованы в новом поколении электроники.

👨‍🔬 Детально

Уникальная технология разработана с использованием высокоэнергетического электронного луча для спекания порошковых образцов оксидов. Она отличается высокой производительностью и позволяет создавать новые материалы с заданными свойствами за краткий период времени. Процесс синтеза занимает около 1 секунды и не требует использования дополнительных связующих или катализаторов, что позволяет получать материалы в более чистом состоянии.

Благодаря высокой скорости синтеза, ученые могут оперативно отслеживать свойства материала и вносить изменения в компоненты и технологические условия, чтобы достичь нужных свойств. Традиционные методы синтеза занимают гораздо больше времени, и если на производстве возникает ошибка, ее уже невозможно исправить. Синтез по новой технологии позволяет более гибко контролировать процесс и получать материалы с регулируемыми свойствами.

Открытие фундаментальной науки: стохастический фон низкочастотных гравитационных волн

29 июня 2023 года директор Государственного астрономического института им. Штернберга Константин Постнов сообщил о невероятном открытии для мировой фундаментальной науки. Учёным удалось обнаружить стохастический фон низкочастотных гравитационных волн. При этом, в отличие от гравитационных волн, открытых в 2015 году наземными гравитационно-волновыми интерферометрами LIGO от сливающихся двойных черных дыр или нейтронных звезд, которые были вызваны конкретными источниками, такими как сливающиеся двойные чёрные дыры или нейтронные звезды, стохастический фон представляет собой слабый «шум» пространства-времени, приходящий на Землю изотопно со всех направлений и создаваемый множеством независимых источников или случайными флуктуациями пространства-времени в ранней Вселенной.

Один из способов обнаружения стохастического фона низкочастотных гравитационных волн основан на использовании радиопульсаров, быстро вращающихся нейтронных звёзд, которые наблюдаются радиоастрономами с 1967 года. Этот метод, известный как «пульсарный тайминг», был предложен Михаилом Сажиным из ГАИШ МГУ и американским астрофизиком Джозефом Тейлором в 1978 году. Он основан на регулярном наблюдении времен прихода импульсов от радиопульсаров, которые являются стабильными «космическими часами». Для обнаружения такого слабого шума потребовалось несколько десятилетий наблюдений и анализа огромных массивов данных сетью радиоантенн в разных странах. Учёные предполагают, что стохастический фон гравитационных волн в наногерцовом диапазоне частот имеет космологическую природу и связан с физическими процессами, происходящими в конце инфляционной стадии расширения Вселенной перед «Большим взрывом». Если это так, то изучение данного явления поможет пролить свет на эволюцию нашего мира в самые ранние периоды его существования.