назад
12 сентября

От наблюдений за нейтрино до практической пользы: почему нам необходимы мегасайенс-проекты

Нацпроект «Наука» запустил несколько глобальных проектов, которые необходимы не меньше, чем, например, жилье, транспорт или медицина. Они изменят нашу жизнь и в отдаленном, и уже в ближайшем будущем. В Десятилетие науки мы точно сможем в этом убедиться.

Уловить неуловимое 

Гигантские установки мегасайенс позволяют развивать фундаментальную науку, выходить за пределы привычных представлений, дают почву для научно-технического развития страны. Самый известный мегасайенс-комплекс в мире – адронный коллайдер, ускоритель заряженных частиц. В России тоже есть такие комплексы, а еще несколько строится.

Иногда мегасайенс-установка – это один крупный агрегат, чаще – комплекс оборудования, занимающий обширную территорию. На исследования ученые разных специализаций записываются за месяцы. Такое оборудование для изучения вещества на уровне атомов нужно химикам, биологам и биоинженерам, археологам и даже искусствоведам и реставратором – состав красок позволяет точно определить время создания картины, отличить подделку от оригинала, «просветить» полотно насквозь и обнаружить шедевр, записанный сверху другой работой.

Исследования на мегасайенс-оборудовании вызвали и настоящий переворот в фармацевтике: ученые смогли расшифровать сотни тысяч белков, из которых состоит человеческий организм. Это изменило принцип создания лекарств, их эффективность и точность действия. Если раньше подбирали химические вещества, способные повлиять на возбудителя заболевания, то теперь конструируют молекулу, которая «поправляет» функцию групп белков, находящихся под ударом.

Другие результаты исследований на мегасайенс-установках – адронная терапия раковых опухолей, позитронно-эмиссионная томография, мюонная химия.

В действительности мы не знаем точно, какие открытия может принести людям изучение нейтрино. Так, например, никто не предполагал, что благодаря развитию кристаллографии человечество получит мобильные телефоны.

Одна из самых больших и современных исследовательских установок – нейтринный телескоп Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). Он позволяет уловить свечение этих мельчайших частиц в толще чистой байкальской воды. Гигантский телескоп размещен на глубине 1300 м и состоит из нескольких кластеров по восемь вертикальных гирлянд фотодетекторов. Первый открыли в 2016 году, с тех пор на телескопе ведут научные исследования, а оборудование постоянно дополняют.

Высокопоточный исследовательский реактор ПИК – базовая установка Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) НИЦ «Курчатовский институт» в Гатчине. Это один из самых мощных научных реакторов и источников нейтронов в мире. На нем проводят исследования в области физики элементарных частиц, ядерной физики, физики конденсированных сред, молекулярной биофизики. 

Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») станет настоящим городком физиков. В нем появится источник синхротронного излучения с рекордной энергией – 3 ГэВ (гигаэлектронвольта). Синхротрон и экспериментальная станция должны быть запущены уже в конце 2023 года, а шесть основных рабочих станций введут в эксплуатацию в течение 2024-го.

Перед физиками, которым предстоит работать на ЦКП «СКИФ», уже поставлены научные задачи. Вот лишь некоторые: расшифровка структуры биополимеров, изучение функционирования живых организмов, передача наследственной информации, действие лекарственных препаратов.

Идеальные поля экологии

Парниковые газы – главные виновники изменения климата на планете. Способностью поглощать эмиссию углекислого газа и метана обладают естественные природные территории. На них и создают карбоновые полигоны, лаборатории под открытым небом. Задача ученых – разработать эффективные методики оценки эмиссии и найти способы снизить парниковый эффект с помощью экосистем.

Полигоны создаются в разных регионах России с максимально разнообразными природными условиями. Ученые исследуют, как эмиссию поглощают пашни, лиственные леса и тайга, болота, море и гористая местность. На основании данных мониторинга, космических снимков и лабораторных исследований разрабатывают технологии природопользования, которые позволят снизить парниковый эффект.

По нацпроекту «Экология» Минобрнауки создает сеть карбоновых полигонов на всей территории страны. В Московской, Калининградской, Свердловской, Тюменской, Новосибирской областях, на Сахалине, в Чеченской республике и Крыму полигоны работают с лета-осени прошлого года. Самым первым стал полигон в Калужской области, открывшийся почти два года назад, а в июле этого года было принято решение создать карбоновый полигон в Башкирии.

У каждого полигона своя специализация и научные задачи. Например, разработка цифровой платформы для измерения эмиссии или внедрение новых систем земплепользования.

Возможности карбоновых полигонов позволяют готовить и новые программы для дополнительного обучения специалистов. Первые уже запустили МГУ, Тюменский университет, Институт проблем экологии и эволюции имени Северцова РАН и Югорский университет. По нацпроекту «Наука» в России будет создано 13 карбоновых полигонов общей площадью 39 157,3 га.

Ученый флот

«Виктор Ильичёв» и «Александр Лисицын» – так будут называться два новых научно-исследовательских судна (НИС), современные плавучие лаборатории, которые планируется спустить на воду в 2024 году.

Названия для них выбирали всей страной: Минобрнауки провело открытое голосование за лучшие имена на своем сайте. Виктор Ильичёв – выдающийся советский и российский океанолог, возглавлявший Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного научного центра АН СССР. Александр Лисицын – один из основателей морской геологии в России, доктор геолого-минералогических наук и академик РАН.

Научный флот России сейчас состоит из 13 судов, но возраст этих плавучих лабораторий – 20-25 лет, и их возможности не соответствуют современным научным задачам. Решение построить новые НИС было принято в 2018 году в рамках нацпроекта «Наука». Проекты разработали в ЦКБ «Лазурит» – специализированном конструкторском бюро, которое создает корабли, суда и глубоководную технику больше 60 лет.

Оба НИС будут иметь одинаковые возможности и сходную конструкцию: смогут находиться в автономном плавании до 50 суток, делать переходы дальностью более 7,5 тыс. морских миль и развивать максимальную скорость 15 узлов. Суда необходимы в первую очередь для исследований Арктики и Антарктики, поэтому они приспособлены для передвижения во льдах толщиной до 0,8 м. Нос судна имеет специальный выступ, который разрушает лед, а носовые ватерлинии помогают отводить льдины, расчищая путь.

Форма корпуса судна обеспечивает качественную работу гидроакустических антенн для подводных исследований. Дело в том, что пузырьки воздуха с поверхности воды, попадая на основание антенн, могут вызвать помехи. Однако обычные меры предосторожности становятся причиной снижения скорости судна. Конструкторам же из «Лазурита» удалось защитить антенны от помех, не увеличив сопротивление корпуса воде.

Оборудование для исследований за бортом установлено непосредственно в корпусе НИС, поэтому брать пробы воды и геологических отложений на больших глубинах можно, не спускаясь под воду. На палубе научного судна есть вертолетная площадка и место для размещения необитаемых подводных аппаратов (например, роботов для сбора информации о рельефе дна, составе почвы и других параметров).

Важно, что НИС не нарушат экологический баланс вод, которые будут исследовать. На судах установят систему очистки на основе селективных каталитических реакторов.

В Десятилетие науки и технологий развитию масштабных отечественных проектов мирового уровня, которые позволят качественно повысить уровень научной работы и исследований, будет придаваться особое значение.