Сегодня открылась одиннадцатая Петербургская техническая ярмарка, в рамках которой перспективные отечественные разработки представлены на семи выставочных площадках. Одной из них стала международная выставка-конгресс HI-TECH (Высокие технологии. Инновации. Инвестиции). Здесь представители научных школ ищут потенциальных инвесторов и борются за призовые места в конкурсе «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года».
По итогам встречи российским коллективам разработчиков будут присуждены звания в номинациях «инновационно-технологический центр», «лучший молодежный инновационный проект» и «лучший инновационный проект». Последняя номинация включает в себя семнадцать разделов, охватывающие самые актуальные сферы. Это разработка медицинских приборов, мобильной и носимой электроники, интеллектуальных видов транспорта и роботов различного назначения. Также оцениваются проекты по созданию новых материалов, источников питания и высокотехнологичных образовательных программ. В рамках статьи невозможно описать все представленные разработки, поэтому ограничимся кратким упоминанием тех, которые привлекли наибольшее внимание.
Лазеры
Лазерное излучение используется сейчас практически во всех наукоёмких областях. Локальное испарение материалов применяют вместо фрезерования. Лазерное спекание металлических порошков стало новым видом 3D-печати. Только лазер позволяет охладить атомы в магнитной ловушке почти до абсолютного нуля, захватить наноразмерные объекты и манипулировать ими. Добавьте сюда генерирование лазерной плазмы, вспомните о том, как рамановские лазеры вытесняют традиционную волоконную оптику… и всё равно картина будет неполной. Лазерам всегда найдутся новые области применения.
Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН продемонстрировал несколько разработок: универсальную платформу для создания фотоники субмикронного разрешения и оптоволоконные лазеры видимого диапазона для использования в аналитического оборудовании медицинских лабораторий. Создаваемые в институте высокоточные оптико-электронные датчики также применяются для коррекции положения космических аппаратов, определения углов поворота их антенн и солнечных панелей.
Стратегическое производство
Если разработки можно вести в виртуальной среде или на простой бумаге, то для этапа производства всегда нужны материалы – порой, редкие и очень дорогие. В конце прошлого года Томский политехнический университет в сотрудничестве с Сибирским химическим комбинатом получил первые сто грамм российского бериллия. Ранее этот стратегически важный металл, имеющий ключевое значение для современной военной промышленности, закупался в Казахстане, Китае и США.
На выставке ПТЯ 2015 томский коллектив представил детали своего плана по созданию полномасштабного бериллиевого производства силами отечественных предприятий и получил приз в номинации «Лучший инновационный проект в области материалов и химических продуктов».
Перспективные материалы
Физические свойства материала сильно зависят от его объёмной структуры и наличия различных включений. Например, полиэтиленовую плёнку легко проткнуть пальцем, а ткань из скрученных полиэтиленовых волокон не протыкается даже шилом. При этом она исключительно прочная и лёгкая. На её основе можно было бы создавать современные материалы, конкурирующие с углепластиком и другими композитами. Проблема в том, что годами не удавалось найти способ надёжно зафиксировать PE-волокна на какой-либо матрице из-за химической инертности полиэтилена.
Специалисты Казанского технологического университета утверждают, что решили эту проблему чисто физическими методами. Высокомодульные полиэтиленовые волокна проходят обработку высокочастотным разрядом в плазме аргона, после чего их можно пропитать эпоксидиановой смолой.
На выставке они представили композитный материал под названием «Полиэтиленпластик». Впервые он демонстрировался в 2008 году. Теперь на его основе предлагается выпускать не только элементы брони, но и сверхпрочные покрытия, стойкие к большим механическим нагрузкам, воздействию агрессивных сред и низких температур.
По заявленным характеристикам панель для бронежилета из высокомодульного полиэтиленового волокна удерживает пулю со стальным сердечником, выпущенную из АКМ-74. Она не протыкается штык-ножом, легче вкладыша из кевлара и обеспечивает положительную плавучесть, что вообще не характерно для бронеэлементов. Другие виды композиционной брони на базе высокомодульного полиэтилена сертифицируются на защиту от более мощного стрелкового оружия, включая пулемет КПВТ калибра 14,5 мм и бронебойно-зажигательные патроны.
Автономное электроснабжение
Развитие любой технической отрасли зависит от успехов в разработке новых элементов питания. Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН представил компактные воздушно-алюминиевые источники тока (ВАИТ). Это автономные батареи с низким током саморазряда. Их можно длительно (до пятнадцати лет) хранить в разряженном состоянии и активировать за пару минут простым заливанием электролита на основе поваренной соли. Расчётный ресурс составляет около 100 А•ч/л.
Зарубежные компании Phinergy и Alcoa уже используют крупногабаритные ВАИТ собственной разработки в качестве источника питания электрокаров.
Схема работы ВАИТ проста: на углеродно-фторопластовом катоде восстанавливается содержащийся в воздухе кислород. Аноды выполнены из алюминия и расходуются в процессе эксплуатации быстрее катодов. Оба электрода сравнительно дёшевы, но заменять целесообразно только анод.
Солевой раствор – самый дешёвый вариант электролита. Поэтому использование ВАИТ обеспечивает снижение стоимости автономного обеспечения энергией примерно в двадцать раз по сравнению с традиционными элементами на основе щелочных растворов и незаменяемыми электродными парами.
Другим вариантом автономного электроснабжения остаётся использование возобновляемых источников энергии. Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения РАН представил солнечные панели с повышенной эффективностью. Их КПД составляет около 30%, и разработчики называют это лучшим показателем в мире.
Возразим: ещё два года назад немецкий Институт гелиоэнергетических систем показал предсерийные образцы многослойных солнечных панелей с КПД выше 44%. Есть и другие перспективные разработки с близкими параметрами и разными подходами к достижению высокой эффективности. При искренней радости успехам отечественных исследователей хочется попросить их отказаться от избитой и редко обоснованной формулировки «не имеющий аналогов в мире». В России начинают выпускать хорошие конкурентоспособные продукты – это здорово, но впереди ещё очень много работы.