Внутренний космос: какие исследования проводят ученые в Самарской области

Председатель Правительства Михаил Мишустин во время рабочей поездки в Самаре посетил производственные площадки одного из лидеров авиационного и космического двигателестроения страны – «ОДК-Кузнецов». Именно созданные самарским заводом двигатели обеспечили успешный старт ракеты «Союз-2.1б» с аппаратом «Луна-25» для исследования спутника Земли. Этим летом предприятие открыло в городе новый Центр конструкторских разработок и научных исследований, где ученые занимаются созданием перспективных силовых установок для авиации, космоса и энергетики. Вторым пунктом поездки премьера стал ракетно-космический центр «Прогресс».

Развитию науки в регионе уделяют особое внимание. Изучение космоса, открытия в медицине, прорывные разработки в промышленности – какими исследованиями занимаются самарские ученые, читайте в нашей статье.

Движение вверх

Первая остановка председателя Правительства – «ОДК-Кузнецов». Созданное в 1912 году предприятие занимается разработкой, производством, ремонтом и сервисом газотурбинных и ракетных двигателей. Уже 65 лет оно является монопольным производителем жидкостных двигателей РД-107 и РД-108 для ракет-носителей типа «Союз».

Михаил Мишустин осмотрел цеха, где производят шестерни и агрегаты, а также собирают газотурбинные двигатели. В частности, двигатели наземного применения НК-12СТ, НК-14СТ и НК-36СТ мощностью от 6,3 до 25 МВт используют в составе газоперекачивающих агрегатов российских газовых компаний.

При поддержке правительства иностранное ПО на заводе успешно замещают российским. Так, созданная предприятием газовая турбина ГТД-110М не уступает иностранным аналогам, при этом стоит она меньше.

За период с 2010 по 2022 год корпорация поставила заказчикам порядка 2,5 тысяч промышленных газотурбинных двигателей.

Как отметил глава Правительства, всего в мире только пять стран, которые обладают компетенциями и мощностями, чтобы самостоятельно производить установки в высокотехнологичных отраслях. Россия – в их числе.

Следующим пунктом рабочей поездки стал ракетно-космический центр «Прогресс». Он занимает лидирующие позиции в сфере разработки, производства и эксплуатации ракет-носителей среднего класса. С 1961 года все запуски отечественных пилотируемых космических кораблей проводят на ракетах-носителях, сделанных в регионе.

Каждый год РКЦ «Прогресс» делает порядка двух десятков пусков ракет-носителей «Союз-2» с трех космодромов – Байконур, Плесецк и Восточный.

Михаилу Мишустину показали цех сборки и испытаний «Союз-2». В цехе происходит сборка ракеты-носителя поблочно.

В настоящее время ракеты-носители «Союз-2.1а» и «Союз-2-1б» – базовые в российской системе средств выведения.

Сейчас ученые центра проектируют ракету на совершенно новом метановом двигателе и с возвращаемой первой ступенью. В производстве находится перспективная ракета-носитель «Союз-5», а также конструкторы работают над проектированием космического ракетного комплекса «Амур-СПГ». В его состав входит ракета-носитель среднего класса «Амур» на сжиженном природном газе с возвращаемым блоком первой ступени.

Звездная наука

Покорение космоса остается одним из важнейших направлений для самарских ученых. Значимый вклад в эту сферу вносит Самарский национальный исследовательский университет им. Королева (Самарский университет).

В прошлом году его исследователи представили проект комплекса для автоматического спасения человека в открытом космосе. Разработку можно будет использовать в критических ситуациях: когда космонавт оказался в вакууме без страховки, которая связывает его с бортом космической станции. Так, ученые планируют использовать в таких случаях специальный наноспутник-спасатель. Он сможет отправиться за улетающим от станции космонавтом и взять его «на буксир», то есть автоматически состыковаться с его скафандром.

Интересно, что наноспутники могут быть спасателями в самых разных смыслах. Например, они также помогают следить за нашей планетой – их используют в сфере экологического мониторинга и умного земледелия. Сейчас ученые Самарского университета тестируют новые миниатюрные линзы для них – такая разработка сделает создание наноспутников проще и дешевле. Еще в два аппарата они встроили гиперспектрометры, которые позволяют находить выбросы парниковых газов и искать полезные ископаемые на труднодоступных территориях. Протестировать наноспутники на орбите ученые планируют уже в декабре этого года.

Исследователи не только смотрят из космоса на Землю, но и изучают Вселенную более привычным образом – оставаясь в лабораториях. И здесь ученые Самарского университета тоже не отстают. Сейчас они создают фабрику по созданию «кирпичиков» жизни – биохимических молекул, из которых состоят все известные формы жизни на Земле. Такая установка поможет понять, как же существуют и синтезируются живые организмы в космосе.

Установка может воссоздать, например, холодные молекулярные облака и области звездообразования. Исследования проходят в ее основной камере, где можно регулировать температуру – менять ее в широком диапазоне от -269 до +76 °C. При этом в камере есть специальные насосы, которые создают вакуум – благодаря этому в рабочем пространстве не появятся какие-то лишние загрязнения или примеси, а эксперимент будет максимально точным.

Ученые считают, что такие эксперименты помогут понять, как в космосе образуются простейшие аминокислоты, которые затем с помощью метеоритов могут попасть на Землю. 

Кожа и нейроны расскажут все

Ответить на вопросы – откуда появилась жизнь и как она попала на Землю – безусловно, важно. Однако жизнь и здоровье самих землян важны никак не меньше. В области медицины самарские исследователи тоже могут представить множество уникальных разработок. Например, ученые региона создали технологию неинвазивного анализа кожи – то есть такого, при котором кожный покров не нарушается. Сейчас для исследований обычно берут образец, соскоб или делают биопсию, что довольно болезненно для пациента. Новый метод упростит диагностку новообразований кожи и позволит вовремя находить патологии.

Причем сама установка портативная – ее можно разместить даже на столе у дерматолога. Специалист будет направлять на кожу пациента лазерный луч и по изменениям в спектре рассеянного излучения фиксировать наличие в коже определенных веществ-маркеров тех или иных патологий.

В медицине важно развивать не только диагностику, но и изобретать новые способы восстановления для идущих на поправку пациентов. Так, специалисты Самарского медицинского университета работают над созданием одежды, которая повысит эффективность реабилитации и спортивных тренировок. Они даже открыли специальную лабораторию «умной одежды». Такая одежда измеряет биометрические показатели человека во время тренировки или выполнения упражнений по реабилитации и фиксирует показатели активности мышц. Благодаря этому можно оценить эффективность таких упражнений и скорректировать их технику. 

Еще ученые из Самары умеют заглядывать внутрь человеческого мозга. Они разработали программную платформу OpenNFT. С ее помощью в ведущих университетах и мировых научно-исследовательских центрах уже проводят исследования мозга человека в реальном времени. Недавно российские ученые усовершенствовали свою разработку, переписав программу на языке программирования Python. Благодаря этому исследователям станет проще развивать платформу и проводить новые эксперименты в области нейронауки.

В промышленных масштабах

Немало научных разработок в регионе посвящены развитию промышленности. И здесь Самарский университет среди первых. Так, недавно ученые вуза синтезировали возобновляемые катализаторы, которые позволят удешевить некоторые технологические процессы в нефтехимической промышленности.

В основе таких катализаторов — силикагель, высушенный гель, образующийся из перенасыщенных растворов кремниевых кислот. В быту пакетики с этим материалом можно найти в упаковках различных товаров. В промышленности силикагели применяют для осушения газов, очистки масел и нефти. Они пронизаны лабиринтом пор, которые создают внутреннюю поверхность, исчисляемую десятками и даже сотнями квадратных метров на один грамм веса. Благодаря такой структуре на внутреннюю часть пор этих материалов можно наносить каталитическое вещество.

В качестве активного компонента катализаторов на промышленных предприятиях, как правило, используется никель. Благородные металлы, например палладий или платина, могли бы его заменить в силу большей эффективности, однако они значительно дороже. Ученые модифицировали мезопористый силикагель небольшими количествами редкоземельных элементов — диспрозием и лантаном — и таким образом смогли увеличить активность никелевых катализаторов.

При этом можно уменьшить общее содержание никеля, что делает катализатор более дешевым.

По словам ученых, для региона подобные разработки крайне ценны, поскольку связанные с ними процессы широко используют на химических и нефтеперерабатывающих предприятиях области.

Электричество из шума и 3D-двигатели

Другая интересная разработка самарских ученых — установка для преобразования шума энергетических установок, например двигателей и компрессоров, в электричество.

Дело в том, что обычно для глушения шума в выхлопных системах применяют различные методы поглощения энергии. Ученые предложили уменьшить уровень шума выхлопной системы и получить из «утилизируемых» звуков дополнительную электрическую энергию.

В арсенале авторов проекта уже есть прототип установки для экспериментальных исследований. Прибор представляет собой волновод — полипропиленовую трубу длиной около трех метров, внутри которой находится пульсационная турбина с электрогенератором. К одному из концов трубы присоединен источник шума — сабвуфер от бытовой акустической системы. Внутри трубы также размещены различные датчики. Поступающие в трубу звуковые колебания раскручивают турбину. Ученые измеряют давление в различных точках волновода и смотрят, как выстраиваются звуковые волны в зависимости от месторасположения турбины в трубе. Задача — найти оптимальную точку с наибольшей степенью утилизации звука и выработки электроэнергии.

Как показали первые эксперименты, звук мощностью примерно 20 Вт раскручивает турбину до 13 тысяч оборотов в минуту, что дает около 2 Вт электроэнергии. Развитие этой технологии позволит сделать двигатели менее шумными и более безопасными для здоровья людей, а также снизить нагрузку на выхлопную систему. Это, в свою очередь, поможет сделать конструкции двигателей меньше и легче.

Весной этого года в Самаре создали первую в стране платформу для изучения двигателей в виртуальной реальности.

Как сообщили в пресс-службе Самарского университета, новый программный комплекс позволит более наглядно изучать устройство двигателей на основе их точных 3D-моделей. Их можно будет собирать, запускать и следить за рабочими процессами. Сейчас в каталоге программного комплекса доступны газотурбинные, жидкостные ракетные и поршневые двигатели. В будущем список может быть расширен и до других типов.

Эта платформа уже готова к использованию. В нее хотят загрузить в том числе оцифрованные экспонаты Центра истории авиационных двигателей (ЦИАД) Самарского университета. В нем собрана крупнейшая в мире коллекция советских и российских газотурбинных двигателей. В ней также есть агрегаты, предназначенные для вертолетов, ракет и даже танков.