Прорывные технологии и роль государства в их приоритетном финансировании

Опубликовано 29.09.2015
Олег Фиговский   |   просмотров - 980,   комментариев - 0
Прорывные технологии и роль государства в их приоритетном финансировании

Академик Олег Фиговский

Я уже много писал о состоянии науки и технологий в России и странах бывшего СССР. Но разговор о науке в постсоветском пространстве в любой среде – в дружеской или профессиональной – рано или поздно поворачивает к вопросу, как «у нас» и как «у них», понимая под последними, как правило, страны Запада. В процессе обсуждения постепенно выясняется, что, дескать, «там» всё по-другому, а у нас свои традиции – зачем же сравнивать? Тем не менее, через такого рода сравнения прорисовываются смутные контуры будущего, возникает фон ожидаемых изменений. Неявные ориентиры научного сообщества провоцируют власть к форсированным действиям по силовому изменению реальности. Так, на июньском Петербургском международном экономическом форуме глава Минобрнауки Дмитрий Ливанов сказал: «Необходимо восстановить конкурентоспособность России как мировой научной державы, как центра интеллектуального развития, вернуть лидерство в сфере фундаментальной науки… Основная задача – изменение самого подхода к организации научной деятельности, передача главных ресурсов в руки работающих ученых».

Однако, в конечном счете, целеустремленное шествие к таким высоким целям заканчивается метаниями и реформаторов, и реформируемых: по какому же пути нам двигаться, кому подражать – американским университетам или немецким обществам, а может, французской CNRS или корейским R&D-центрам? Чтобы знать, куда двигаться, хорошо бы представлять, где ты находишься и куда из этой точки вообще можно добраться.

Такой вопрос задает Андрей Ворох в своей статье, опубликованной 8 сентября 2015 года в газете «Троицкий вариант».

Чтобы ответить на вопрос, кто сегодня может быть «мировой научной державой», Андрей Ворох решил выяснить, наука каких стран соразмерна российской. В качестве основных критериев он выбрал: (а) общее число статей – понятный количественный критерий, хорошо отражающий совокупную производительность науки данной страны; (б) среднее количество ссылок на одну публикацию – интуитивно ясный качественный параметр, указывающий на значимость и оригинальность работы для мирового научного сообщества. Непосредственная цифра последнего параметра включает в себя вклад самоцитирования.

Судя по данным портала SCImago Journal & Country Rank, традиции самоцитирования сильно разнятся. Так, американцы и китайцы создают половину ссылок на собственные работы, тогда как европейцы, японцы и корейцы ссылаются на себя в два раза реже. Остальные, включая россиян, балансируют посередине, давая на свои публикации около трети самоцитирований из общего числа ссылок.

Максимальное число ссылок на одну российскую публикацию пришлось на 1999 год и составило 9,13 ссылок на статью, в остальные годы на одну статью приходится не менее 6 ссылок. С такими показателями Россия во все годы находится в конце списка, до 2000 года составляя конкуренцию Индии и Китаю. В последующие годы список замыкали уже Россия, Польша и Иран. Вообще, данный параметр является накопительным и адекватно отражает ситуацию до 2009 года, однако если смотреть на тенденцию, то в настоящее время Россию окружают Малайзия и Румыния. Если же выделить страны с количеством публикаций более 5 тыс. в год, то с конца 1990-х и по сегодняшний день чуть ниже России по числу ссылок на статью оказывается Украина, а чуть выше – Бразилия и Турция. С 1996 года количество стран с научной продукцией более 10 тыс. статей в год выросло более чем в два раза – с 20 до 43. Список пополнили Чехия, Сингапур, Новая Зеландия, Тайвань и др. Важно заметить, что после 2000 года тройка лидеров по этому параметру неизменна – это Швейцария, Дания и Голландия. Удивительно, что наиболее востребованные публикации – более 30 ссылок на работу в 1996 году и более 20 ссылок в 2008 году – создаются в небольших европейских странах, а не в монстрах финансирования науки, таких как США и Китай.

Причина, вероятно, кроется в том, что в этих странах наука устроена в качестве хабов, в которые стекаются ученые из множества других стран. Действительно, доля публикаций, выполненных швейцарцами в коллаборации с иностранными коллегами, уже в 2010 году превысила 60%. По такому же пути пошла Чехия, в которой 40% всех работ на сегодня выполняется с привлечением международного сотрудничества, что позволило существенно поднять цитируемость работ.

В результате такого ранжирования мы можем определить страны с научным потенциалом, соразмерным российской науке. Индия и Китай еще близки по качеству статей, но ушли в безнадежный отрыв по производимому количеству. Значит, на сегодняшний день наиболее близкими к научной производительности России оказываются четыре страны: Польша, Иран, Турция и Бразилия.

Приблизившись в 2012 году к российским 40 тыс. статей в год, во всех трех странах достигнуто насыщение. Среднее число ссылок заметно превышает российские показатели, но находится «в пределах досягаемости».

Впрочем, данные показатели суммируют публикации по всем дисциплинам. Портал SJR позволяет рассмотреть вклады различных дисциплин в эти показатели. Так, в большинстве развитых стран с 1990-х годов больше всего статей публикуется в области медицины. На сегодняшний день количество медицинских публикаций в западных странах превышает в два раза число статей по дисциплине, стоящей на втором месте по числу публикаций. В странах Юго-Восточной Азии – Сингапуре, Южной Корее, Тайване – наибольшее количество публикаций приходится на инженерные и компьютерные науки.

Вообще, количество публикаций характеризует преимущественно фундаментальную науку и косвенно указывает на приоритеты в государственном финансировании. В свою очередь, государственное финансирование сильно зависит от устройства общества. В демократических государствах о расходах на науку власть должна отчитываться перед налогоплательщиками, которым более понятна важность исследований, нацеленных на улучшение здоровья населения. Отсюда, вероятно, и растет интерес к медицине.

В индустриально развивающихся странах Азии запрос на научные исследования идет от государственных приоритетов в промышленном развитии, в обучении инженерных кадров и создании инноваций. Соответственно, и фундаментальные исследования будут тяготеть к инженерии. Так, среди четырех стран, рассмотренных выше, Бразилия ближе к первой группе, где во главу угла поставлена медицина, а Иран – ко второй группе, где превалируют инженерные науки. Однако ни Россию, ни Польшу нельзя однозначно отнести к одной из этих групп.

Как отмечает Андрей Ворох, российская наука находится в уникальном положении, или, иначе говоря, стоит несколько особняком в мировой науке. Если верно, что запрос от общества или промышленности диктует больший упор на медицину или инженерию соответственно, то продуктивность физики в постсоветских странах показывает отсутствие таковых запросов и от общества, и промышленности.

Взамен этого приоритеты научных дисциплин в России полностью определены заслугами прошлого и кулуарным распределением финансирования. Идти «европейским» или «азиатским» путем невозможно без длительного эволюционного изменения научной среды, без ясных и отчетливых приоритетов. Минобрнауки то всецело озабочено международными рейтингами университетов, то внезапно устами министра Ливанова утверждает, что «у нас цель простая – возврат к тем высоким стандартам системы образования, которые были присущи всегда нашим ведущим университетам еще в Советском Союзе». Из тенденций, проиллюстрированных выше, вполне однозначно следует, что одно другому просто противоречит. Впрочем, вне зависимости от государственных целей еще пару десятилетий российская наука будет жить, пока энергия распада СССР окончательно не диссипирует. Может быть, на первый взгляд удивительно, а кому-то может показаться и обидно, что российская наука находится в ряду Бразилия – Польша – Иран – Турция. Эти страны не занимают передовых позиций в научном мире и в одинаковой степени слабо интегрированы в мировую науку, имея менее трети публикаций с иностранными соавторами. Соизмеримый уровень человеческого и экономического потенциала определяет и производительность науки, а география, культурные и политические особенности ограничивают полное включение этих стран в мировое сообщество.

Внутри своего региона эти страны определенно являются научными лидерами. Проблема для таких государств заключается в том, что «научная держава» звучит сегодня как оксюморон. Среди соседей еще можно играть роль «региональной научной державы», но даже таковая не предусмотрена в мировой науке, которая оказывается слишком едина для стоящих особняком. Приведенный сравнительный анализ не дает ответов на проклятый вопрос «Что делать?», но, по крайней мере, отрезвляет, иллюстрируя, что в России наука устроена своеобразно даже для соразмерной ей науки Бразилии и Ирана. Проблемы, схожие с нашими, уже полтора десятка лет решают поляки и доказывают, что изменения весьма болезненны, вовсе не баснословно эффективны, но в принципе возможны. Пожелания сделать «тут» как в Кембридже, MIT или Обществе Макса Планка, упразднив существующее, рассортировав имеющееся, сократив-оптимизировав лишнее, повысив всевозможную эффективность – это больше похоже на поиски секрета, как же правильно на лужок усадить квартет и пленить наконец своим искусством свет. Чтобы интегрироваться в мировую науку или сместить приоритеты в пользу промышленности, нужно поощрять коллаборации, массово отправлять молодежь в лучшие лаборатории мира, затем возвращать ее, предоставляя более выгодные условия работы; нужно упрощать таможенные правила для ученых и научного оборудования.

«И много чего еще нужно, но каждый раз хочется оговориться: «нужно было» всё это делать прошедшие десять-пятнадцать лет. Делать нужно было вовсе не для того, чтобы стать «мировой научной державой», а только для того, чтобы и в нашей стране люди свободно и спокойно могли заниматься самой обычной Наукой. Чтобы страна была включена в глобальный мир, благодаря не только добыче полезных ископаемых, но и такому стратегическому ресурсу, как Знание», – резюмирует Андрей Ворох.

И мне очень импонирует саркастическая реплика Ивана Экономова, касательно деятельности министерства образования и науки России. Он пишет: «Не устаю я восторгаться нашим замечательным начальством: в то время, как все мы, простые смертные, сидели по дачам или посещали курорты Крыма и Краснодарского края, чиновники работали с документами без устали, сна и отдыха. Проекты указов и приказов, рекомендаций и постановлений – всё это выходило из-под их электронного пера даже в глухие августовские дни.

Некоторые из этих документов, как водится, привлеки нездоровое внимание нашей, так сказать, прогрессивной общественности. Таков, к примеру, проект постановления правительства, передающий РФФИ и РГНФ, подчиняющиеся сейчас правительству, в ведение Министерства образования и науки.

Казалось бы, элементарная и очевидная мысль: ответственность за регулирование в научно-образовательной сфере несет Министерство образования и науки, значит, и руководить оно должно всем – оно должно управлять не только школами и университетами, но и академическими институтами, и фондами. Один департамент министерства должен управлять научными институтами, другой – курировать работу Академии наук, чтобы академики не слишком в эмпиреях витали, а занимались полезной для государства деятельностью. Наконец, должен быть департамент, направляющий работу научных фондов в правильное, общегосударственное русло.

Но нет, не готовы у нас осознать необходимость единой научно-образовательной вертикали, цепляются за какие-то догмы и цеховые эгоистические предрассудки. Важны, мол, независимость и вневедомственный характер работы научных фондов. Давайте, однако, коллеги, вдумаемся, кому это важно, кто такие мысли нам подбрасывает? Вот то-то – это всё чуждые нам западные влияния, расшатывающие наши устои и подрывающие нашу духовность.

Посудите сами, друзья мои, действительно ли так хорошо, когда наши коллеги самонадеянно делят деньги фондов по своему усмотрению, сообразуясь со своими знаниями и вкусами? Не будет ли лучше, когда параметры распределения денег будут определяться в рамках выработки общегосударственной линии и служить задачам развития и укрепления определенных секторов российской науки и образования, а также концентрации усилий на приоритетных направлениях развития науки и техники?

Предвижу, что некоторые наши коллеги так и закипят от возмущения: делить гранты по чиновничьей указке?! Кошмар! На это у меня есть ответ, даже два. Во-первых, почему сразу делить гранты по чиновничьей указке? Гранты можно делить и без указки, могут быть только отражающие государственную политику рамочные установки: сколько процентов грантов должно уйти в университеты, сколько – в регионы, сколько – физикам, сколько – химикам, сколько – нанобиотехнологам. Внутри же этих процентов у экспертов может быть полная свобода.

Во-вторых, допустим даже, что действительно будет практиковаться раздача конкретных грантов, так сказать, «по указке чиновников». Будет ли это такой уж большой бедой? Сейчас ведь, давайте говорить начистоту, тоже не всё свободно от разного рода влияний. Неужели эксперты фондов не принимают во внимание, подал ли заявку кандидат наук или академик? Неужели эксперты РФФИ отказывают в гранте, увидев, что, к примеру, заявитель – соавтор самого Владислава Яковлевича Панченко? Неужели, наконец, они часто пренебрегают советами и рекомендациями влиятельных людей?

Я к чему клоню: проиграет ли дело оттого, что влияние коллег, озабоченных получением своей доли бюджетного пирога, будет заменено на влияние государева человека, ни в чем не заинтересованного? Чиновника, для которого никакие академики и Иваны Ивановичи, никакие бозоны Хиггса и дрозофилы значения не имеют.

Да, конечно, такой чиновник в науке особо не смыслит, зато он много смыслит в государственном интересе и политике партии. И потому он не позволит разбазаривать бюджетные средства на исследования никому не нужных Плутонов и доказательство всяких заумных математических теоремок, а направит деньги на важные и актуальные для нашей страны исследования. Не в боязни ли этого причина стенаний о потере независимости фондов?», – спрашивает Иван Экономов.

Серьезное беспокойство состоянием лазерной техники в России высказывает гендиректор ООО «Энергомаштехника» профессор Виктор Аполлонов, один из авторов журнала «Scientific Israel – Technological Advantages». Профессор Аполлонов, анализируя опыт лазерной техники в США, отмечает, что «Сейчас в США на смену химическим лазерам идут твердотельные (т/т) лазерные системы с полупроводниковой (п/п) накачкой. Огромное преимущество химических лазеров заключалось в отсутствии необходимости создания громоздкой и тяжелой энергетической установки для питания лазера, химическая реакция являлась источником энергии. Основными недостатками этих систем по сей день являются экологическая опасность и громоздкость конструкции. Исходя из этого, сегодня ставка делается на т/т лазеры, поскольку они гораздо надежнее, компактнее, проще в обслуживании и безопаснее в эксплуатации, чем химические лазеры. Лазерные диоды, используемые для накачки активного тела лазера, легко совместимы с низковольтной ядерной и солнечной энергетикой и не требуют трансформации напряжения. Исходя из этого, авторы многих проектов считают возможным получить большую выходную мощность в случае т/т лазера, размещенного в том же объеме авиационного носителя. Ведь твердое тело имеет на много порядков величины большую плотность в сравнении со средой химического лазера. Вопрос энергетической накачки активной среды представляется особенно важным в условиях длительной эксплуатации мобильных комплексов. Сегодня уровень разработок т/т лазеров в США приближается к значению выходной мощности – 500кВт. Однако достижение существенно больших значений выходной мощности лазера в стандартной и уже отработанной многомодульной геометрии представляется труднореализуемой задачей. Основная проблема в достижении большего уровня мощности для т/т лазера с п/п накачкой заключается в необходимости полного переосмысления технологии изготовления активных элементов лазерных мобильных комплексов. Лазеры мощностью 100 кВт компаний Textron и Northrop Grumman состоят из большого числа лазерных модулей, что при увеличении выходной мощности комплекса до уровня в несколько МВт приведет к многим десяткам таких модулей, что для мобильных комплексов представляется нереализуемой задачей.

Компания «Нортроп» уже представила работоспособный тактический т/т лазер мощностью 105 кВт и намерена существенно увеличить его мощность. Впоследствии «гиперболоиды» предполагается устанавливать на наземные, морские и воздушные платформы. Тем не менее, речь в данном случае идет о тактическом лазерном оружие (ЛО), т.е. о системах, работающих на небольших дальностях. Мощность лазера – это есть выделяемая лазером энергия в единицу времени. При взаимодействии с объектом ее надо сравнивать с потерями на теплопроводность материала, на нагрев воздушного потока при движении и с долей лазерной мощности, идущей на отражение от объекта. Отсюда видно, что греть объект воздействия можно и лазерной указкой, но греть придется очень долго. В самом общем случае мощность лазера обеспечивается за счет эффективности накачки активной среды и ее размеров. Таким образом, становится ясно, что ввод максимально возможной энергии должен осуществляться в предельно короткие сроки. Но здесь есть очень важное ограничение – образование плазмы на поверхности объекта, затрудняющей прохождение излучения. Существующие мощные лазерные системы сегодня работают именно в этом доплазменном режиме. Но можно приручить и плазменный режим ввода энергии, но для этого нужно найти такой временной импульсно-периодический (И-П) режим, при котором импульсы излучения длятся очень короткое время и за время между импульсами плазма успевает вновь стать прозрачной и следующая порция излучения приходит на освободившуюся от плазмы поверхность. Но для поддержания высокого уровня полной энергии приходящей на объект, частота этих импульсов должна быть очень высокой, несколько десятков-сотен килогерц.

Сегодня в мире активно используются два режима лазерного воздействия на объект: силовое воздействие и функциональное. При силовом механизме воздействия в объекте прожигается отверстие или отрезается какая-либо часть конструкции. Это приводит, например, к взрыву топливного бака или к невозможности дальнейшего функционирования объекта как единой системы, например, самолет с отрезанным крылом. Для реализации силового поражения на больших дальностях нужны огромные мощности. Так, проекты «Стратегической оборонной инициативы» при дальности поражения более тысячи километров требовали уровня мощности лазера – 25 МВт и более. Уже тогда, в 1985 году, на конференции в Лас-Вегасе, где был дан старт полномасштабным исследованиям в области создания мощного ЛО, нам, членам делегации СССР, было понятно, что в ближайшие 30-40 лет стратегическое мобильное ЛО не будет создано.

Но есть и другой механизм – функциональное воздействие, или, как его называют в США, «умное воздействие». При этом механизме воздействия речь идет о тонких эффектах, мешающих противнику выполнить поставленную задачу. Речь идет об ослеплении оптико-электронных систем военного оборудования, об организации сбоев в работе электроники бортовых компьютеров и навигационных систем, о реализации оптических помех в работе операторов и пилотов мобильного оборудования и т.п. Это уже пришло и на стадионы, где лазерными указками пытаются слепить вратарей. При этом механизме резко увеличивается дальность эффективного воздействия за счет резкого снижения необходимых плотностей мощности лазерного излучения на цели, даже при существующем незначительном уровне выходных мощностей лазерных комплексов. Именно этот механизм срыва выполнения поставленных военных задач предлагал в своем письме в директивные органы акад. А. М. Прохоров аж в 1973 году. И именно этот механизм сегодня доминирует в сфере применения ЛО. Так что еще раз убеждаемся: «Есть пророки в своем отечестве!»

ЛО представляет собой оружие, которое использует высокоэнергетичное направленное излучение, генерируемое лазерными системами. Поражающие факторы на цели определяются термическим, механическим, оптическим и электромагнитным воздействием, которое с учетом плотности мощности лазерного излучения, может привести к временному ослеплению человека или оптико-электронной системы, к механическому разрушению (расплавлению или испарению) корпуса поражаемого объекта (ракеты, самолета и др.) к организации сбоев в работе электроники бортовых компьютеров и навигационных систем. При работе в импульсном режиме одновременно, при достаточно большой концентрации импульсной мощности на объекте, воздействие сопровождается и передачей механического импульса, что обусловлено взрывным возникновением плазмы. Сегодня наиболее приемлемыми для боевого применения считаются лазеры т/т и химические. Так, т/т лазер военные специалисты США рассматривают как один из наиболее перспективных источников излучения для систем ЛО авиационного базирования, предназначенного для борьбы с баллистическими и крылатыми ракетами морского и воздушного базирования. Важной задачей является и задача подавления оптико - электронных средств (ОЭС) ПВО и задача защиты своих самолетов – носителей ядерного оружия от управляемых ракет противника. В последнее десятилетие отмечается существенный прогресс в области создания ЛО, что обусловлено переходом от ламповой накачки его активных элементов к накачке с помощью лазерных диодов. Кроме того, возможность генерирования излучения на нескольких длинах волн позволяет использовать т/т лазеры не только для воздействия на цель, но и для передачи информации в различных системах оружия, например, для обнаружения, распознавания целей и точного наведения на них луча мощного лазера.

Другое и очень важное направление в применении тактических маломощных лазеров продвигает компания «Raytheon», сделавшая ставку на волоконные лазерные системы.

Совершенствование т/т лазерной техники привело к созданию нового типа устройств: оптических усилителей и лазеров на так называемых активных волокнах. Первые волоконные лазеры были созданы на кварцевых волокнах, насыщенных ионами неодима. В настоящее время генерация получена в кварцевых волокнах с редкими землями: неодимом, эрбием, иттербием, туллием, празеодимом. Наиболее распространены сегодня в мире волоконные лазеры с ионами неодима и эрбия. 100-киловаттный волоконный лазерный комплекс уже интегрирован с зенитным артиллерийским комплексом. Создана и его сухопутная версия. Недавние испытания в Персидском заливе подтвердили высокую эффективность волоконного лазера при сбивании беспилотников (дронов) на небольших расстояниях 1,5-2 км и уничтожении специальных целей, установленных на небольших судах.

Другой важной разработкой ЛО в США следует считать уже хорошо известный кислород-йодный лазер. В 2004 году на авиабазе Эдвардс в Калифорнии компания «Northrop Grumman» провела первое испытание боевого лазера воздушного базирования. Испытания тогда прошли только на земле - установленный на макете самолета лазер включился всего на долю секунды, однако работоспособность ЛО была доказана. В данном типе лазера мощный поток фотонов возникает в результате химической реакции.

Эти фотоны и формируют лазерный луч, длина волны которого (1,315 мкм) хорошо подходит для военных целей, такой луч хорошо преодолевает облачность. Предполагаемая длительность каждого выстрела 3-5 секунд. Целью лазерного воздействия является топливный бак ракеты противника – в доли секунды луч разогревает его и бак взрывается. Полномасштабные стрельбовые испытания данного комплекса по воздушным мишеням, имитировавшим баллистическую ракету на разгонном участке, были проведены в 2007 году – на режиме малой мощности, и в январе-феврале 2010 года – уже на режиме большой мощности.

Структурно комплекс YAL-1 включает самолет-носитель (переоборудованный Boeing 747-400F); непосредственно боевую лазерную систему на основе химического кислородно-йодного лазера мегаваттного класса, включающую шесть установленных в хвостовой части рабочих модулей массой по 3000 кг каждый и иные, обеспечивающие работоспособность комплекса, системы и оборудование. Практически в огромном самолете не остается свободного места.

Кроме этого под эгидой Агентства по перспективным оборонным исследованиям (DARPA), США разработали еще и много других систем, например, лазерную систему под обозначением HELLADS (Противоракетная система театра военных действий на базе высокоэнергетичного лазера). Данная система использует 150-киловаттный лазер и предназначена для обороны районов сосредоточения войск и важных объектов от поражения управляемыми и неуправляемыми ракетами и артиллерийскими снарядами среднего и большого калибра.

В июне 2010 года ВМС США также провели эксперимент, в котором был задействован еще один «автоматизированный лазерный стрельбовой комплекс», получивший обозначение LaWS. Данный комплекс включает в себя три лазера, два из которых для наведения на цель и один боевой. В ходе эксперимента с его помощью над морем были успешно сбиты четыре беспилотные мишени. Сделанные во время испытаний видеоролики с большим успехом демонстрировались на стенде «Рейтеон» во время аэрокосмического салона «Фарнборо-2010». Сегодня американский флот уже экспериментально изучает в Персидском заливе возможность поражения с помощью ЛО не только беспилотников, но и маломерных надводных целей.

Отвечая на вопрос, что должна делать Россия, чтобы не оказаться в обозе мирового «лазерного процесса», профессор Виктор Аполлонов подчеркивает: «Нужно идти к главной цели - цели надежного обеспечения воздушно-космической обороны страны, но своим путем, не копируя слепо все новшества ученых и оборонного комплекса США. Россия не один раз доказывала, что умеет «прыгать через красные флажки» и достигать уникальных результатов за счет таланта и фантастической работоспособности ученых РАН и инженерно-технического персонала предприятий ВПК. Лазеры – это далеко не игрушки! А именно обратное было заявлено у нас в стране после провального завершения работ по Стратегической оборонной инициативе. Но в США и других развитых странах быстро опомнились и продолжили работы с удвоенным темпом. А мы, работая неэффективно, продолжаем выжидать, когда мимо нас проплывет еще один «труп» неудачно разработанного в США сверхмощного лазерного комплекса. А вот если новые модификации ЛО на основе т/т лазера с п/п накачкой, над которыми в США сейчас усиленно работают, не проплывут, а если будет, наконец, достигнута поставленная цель построения стратегического ЛО, уничтожающего военную технику противника на дальности более тысячи километров. Что тогда?»

Поддерживая мнение профессора Аполлонова, хочу привести еще один пример создания в США новой лазерной технологии.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре произвели первые испытания прототипа научно-фантастического лазерного оружия. В состав системы DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation) входит матрица достаточно мощных лазеров, лучи которых могут отклонить траекторию потенциально опасных для Земли астероидов. Но у такой системы есть и вторая область применения – в фотонных двигателях будущего, при помощи которых можно будет осуществлять путешествия в межзвездном и межгалактическом пространстве. Прототип системы DE-STAR, созданный Филипом Лубиным (Philip Lubin), физиком из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, и Гари Б. Хьюзом (Gary B. Hughes), профессором из Калифорнийского политехнического университета (California Polytechnic State University), хоть и представляет собой лабораторную установку, но его возможностей вполне достаточно для получения доказательств работоспособности данной технологии. В качестве мишени был взят кусок базальта, материала, из которого состоит большинство астероидов. На поверхность этого камня был сфокусирован луч лазера, который нагрел материал до расплавленного состояния и заставил испариться некоторую часть уже расплавленного материала. Такой метод немного уменьшает массу объекта и производит подобие реактивного двигателя, который использует в качестве топлива материал самого астероида. «Почти все астероиды вращаются, разница только в скорости и точке, относительно которой они это делают, – рассказывает Филип Лубин, – Для того, чтобы взорвать его или отклонить его орбиту, требуется остановить вращение астероида или хотя бы замедлить его до приемлемой скорости». Силы тяги, которую вырабатывает такой псевдореактивный двигатель, оказалось достаточно для того, чтобы затормозить вращающийся с достаточно большой скоростью камень и заставить его начать вращаться в обратном направлении. Вполне вероятно, что подобный метод может сработать не только для отражения опасных астероидов. Его также можно будет использовать для остановки вращения и захвата астероида, который будет отбуксирован к Земле и оставлен на стабильной окололунной орбите для дальнейших исследований в рамках миссии НАСА Asteroid Redirect Mission. Система DE-STAR имеет еще одну область применения в качестве фотонного двигателя, не требующего для своей работы топлива и способного, в теории, разогнать космический корабль до релятивистских скоростей.

Именно в этом направлении сосредоточены исследования в рамках программы DEEP-IN (Directed EnErgy Propulsion for Interstellar exploratioN). Пока еще количества фотонов, излучаемых матрицей лазеров, недостаточно для обеспечения тяги, способной разогнать не то, что большой космический корабль, но и его игрушечную копию. Тем не менее, ученым удалось разработать технологию, позволяющую повторно использовать излученные лазерами фотоны света. А ключом этой технологии является устройство, получившее название повторитель фотонных циклов, который заманивает фотоны в специальную оптическую ловушку и направляет их назад на отражатель, установленный в области фотонного двигателя.

«Мы имеем нечто вроде второго зеркала на некотором удалении. Фотоны света, подобно шарикам от пинг-понга, постоянно отражаются от одного к другому зеркалу и назад, – рассказывает Филип Лубин, – За счет некоторых уловок мы получаем умножение сил, которые толкают космический корабль, заставляя его двигаться все быстрей и быстрей». «Дальнейшие усовершенствования системы позволят нам увеличить фотонную тягу еще во много раз, – пишут исследователи, – И хотя все это работает в полном соответствии с теорией, нашими расчетами и прогнозами, реальную систему фотонной тяги создать еще принципиально невозможно, это дело станет реальностью в достаточно отдаленном будущем».

Интересный экономический проект реализуется в Израиле. 20 марта 2015 года в городе Рамле состоялось официальное открытие проекта «Биофильтр». Это второй пилотный проект из трех. Первый с большим успехом зарекомендовал себя в Кфар-Сабе. Третий начнется в скором времени в Бат-Яме. Цель пилотных проектов – доказать эффективность биофильтра для сбора дождевой воды и ее очистки от разных видов загрязнителей. По договоренности с государственным управлением водного хозяйства (рашут ха-маим), если все три пилотных проекта завершатся успешно, биофильтры станут обязательной частью любого нового населенного пункта. Они появятся в большинстве городов Израиля.

Проект «Биофильтр» появился на базе докторской диссертации и успешных испытаний в Австралии израильского ученого, доктора Ярона Зингера, исследователя университета Монаша в Мельбурне. Проект базируется на том, что природа умеет сама очищать загрязненную воду. В результате был разработан комплекс из пяти слоев пористых пород (общая глубина 1,3 м), которые содержит разные виды микроорганизмов в сочетании с особыми видами растений, которые удаляют из воды тяжелые металлы и другие вредные примеси. Внешне «Биофильтр» – это красивый городской сквер, куда сходятся водостоки со всего района или города. Каждая капля дождевой воды находится в биофильтре около двух часов. За это время вода очищается не только ото всех загрязнителей, но и от болезнетворных микробов. После очистки вода подается в аквифер – подземный водоносный слой.

Израиль страдает от хронического дефицита воды, при этом миллионы кубометров дождевой воды каждый год просто выбрасываются в море. Асфальтовое покрытие городов не позволяет воде проникать в почву, что привело к полному истощению водоносного слоя в большинстве городов Израиля. Первый пилотный проект «Биофильтр» был открыт в Кфар-Сабе в 2010 году. Эта первая станция биофильтрации воды показала прекрасную эффективность: более 90% дождевой воды было собрано и очищено до питьевого качества. Но специалисты из Рашут ха-маим решили проверить эффективность биофильтрации при других видах загрязнителей. Таким образом, был выбран город Рамле, где биофильтр будет бороться с загрязнителями проходящего рядом шоссе 40. Бат-Ям был выбран, как город с типичными для Гуш-Дана загрязнителями, здесь будет проверяться эффективность применения «Биофильтра» не в новом микрорайоне, но в мегаполисе старой застройки. Доктор Ярон Зингер абсолютно уверен в успехе. По его словам, на экспериментальных фермах в Австралии были опробованы десятки различных видов загрязнителей, эффективность «Биофильтра» приближалась к 100%.

Как я неоднократно обращал внимание, продолжает победное шествие технология 3D-печати. Так, исследовательская группа Mediated Matter разработала высокоточный метод 3D-печати прозрачного стекла.

Технологию под названием G3DP создавали при участии специалистов Массачусетского технологического университета (MIT) и Института Висc. В качестве исходного сырья для печати используется готовое стекло. Его расплавляют в камере, температура внутри которой превышает 1000 градусов. Затем стекло укладывают слоями, чтобы сформировать новый объект. Конструкция позволяет располагать слои с высокой точностью – максимальное отклонение составило 0,44 миллиметра.

В июне о проводимых экспериментах в области 3D-печати прозрачного стекла рассказала израильская компания Micron 3DP. Ее инженерам удалось напечатать объект из боросиликатного стекла, также используя метод послойного наплавления.

Прототип напечатанного на 3D-принтере механического протеза руки принёс своим создателям, британской компании робототехников Open Bionics, победу в национальной премии Джеймса Дайсона (James Dyson Award). Компания, базирующаяся в городе Бристоль, утверждает, что их проект может стать недорогостоящей альтернативой существующим на настоящий момент протезам, при этом специалисты могут создать индивидуальную роботизированную руку за два дня. Как правило, подобные продукты изготавливаются несколько недель или даже месяцев. Джоэл Гиббард (Joel Gibbard), один из создателей роботизированной руки, утверждает, что в настоящее время он может рассчитать размер индивидуальной модели в считанные минуты с помощью планшета, оснащённого специальными датчиками. 3D-печать частей занимает 40 часов, а сведение их вместе – около двух часов.

«Мы надеемся начать коммерческое производство уже в 2016 году, – рассказывает Гиббард. – Наше устройство достаточно доступное и при этом функциональное. В то же время оно очень лёгкое и его можно настроить для каждого человека. Рука представляет собой роботизированный «скелет», обтянутый своего рода кожей, для которой можно создать индивидуальный стиль и дизайн». Изобретатель полагает, что итоговая стоимость устройства составит около £1-2 тысяч. Как правило, за подобную цену продаются лишь нефункциональные, косметические протезы, однако руки с управляемыми пальцами обходятся покупателям в £20-60 тысяч. Такая цена может быть непомерно высокой для инвалидов, в особенности для детей, которым приходится менять протез почти ежегодно из-за того, что они всё ещё растут. Конструкция Open Bionics полагается на миоэлектрические сигналы, то есть обнаруживает мышечные сокращения через датчики, закреплённые на коже владельца, и использует их, чтобы контролировать движения механической ладони. Пользователь руки не чувствует прикосновения к пальцам (хотя некоторые современные протезы могут позволить и это). Зато рука обладает датчиками, которые могут показать, когда она вступает в контакт с объектом, чтобы пользователь мог регулировать давление. Таким образом, владельцы протеза смогут манипулировать и достаточно хрупкими предметами.

Специалисты НАСА проводят много времени, исследуя новые технологии трехмерной печати и производя испытаний узлов реактивных двигателей, изготовленных при помощи этих технологий. При помощи трехмерной печати уже были изготовлены одни из самых сложных узлов реактивных двигателей – камеры сгорания, инжекторы, которые выдержали все нагрузки, возникающие во время работы двигателя. Целью всех этих работ является снижение стоимости и ускорение производства деталей и узлов космических аппаратов, которые в перспективе могут быть изготовлены прямо в космосе. А недавно специалисты НАСА произвели испытания еще более сложного узла реактивного двигателя – турбонасоса, изготовленного на промышленном трехмерном принтере. Турбонасос является самым сложным на сегодняшний день узлом реактивного двигателя, изготовленным при помощи трехмерной печати. Вращающаяся турбина этого насоса движется со скоростью 90 тысяч оборотов в минуту, качая топливо – жидкий водород, в камеру сгорания двигателя. Турбина турбонасоса выдает мощность, эквивалентную 2 тысячам лошадиных сил, перекачивая в минуту 4,5 тысячи литров жидкого водорода. Испытания турбонасоса были произведены сотрудниками Центра космических полетов НАСА имени Маршала. Во время этих испытаний турбонасос запускался 15 раз, каждый раз выходя на полную мощность и перекачивая жидкий водород в количестве, достаточном для снабжения реактивного двигателя, вырабатывающего 15,8 тонн реактивной тяги. Специалисты НАСА отметили, что в конструкции нового турбонасоса насчитывается на 45 процентов меньше деталей, нежели в конструкции аналогичного турбонасоса, изготовленного при помощи традиционных методов металлообработки, сварки и сборки. И, как другие подобные изделия, турбонасос был изготовлен при помощи технологии трехмерной печати, известной под названием «выборочное лазерное плавление порошкообразного материала» (selective laser melting).

Хотя 3D-печать является лидирующим направлением в Material Engineering, новые технологии продолжают победное шествие в этой области науки и техники.

Задумавшись над проблемой ремонта космических летательных аппаратов при их повреждении микрометеоритами, Scott R. Zavada, Nicholas R. McHardy, Keith L. Gordon и Timothy F. Scott, команда исследователей из Университета Мичигана и космического агентства NASA разработала новый самовосстанавливающийся материал из тиолентриалкилборановой жидкой смолы, зажатой между двумя полимерными панелями. До тех пор, пока смола остаётся «спрятанной» между панелями, она не затвердевает. Однако как только полимерную пластину повреждает что-то извне, смола вытекает из проделанного отверстия и полимеризируется при контакте с кислородом в воздухе, который присутствует внутри корпуса корабля. В результате, если появляется угроза разгерметизации судна, в отверстии практически мгновенно образуется прочная пробка. Одно из существенных преимуществ разработки – это прозрачность материала. Это означает, что такой материал можно наносить не только на корпус космического корабля, но и на иллюминаторы, в том числе и лобовые, которые сильнее всего подвергаются опасности бомбардировки микрометеоритами.

Ученые из США нашли способ извлекать углекислый газ из воздуха и создавать из него ценный материал – углеродные нановолокна. Разработчики назвали процесс получения нановолокон STEP (Solar Thermal Electrochemical Process), но между собой они называют его «алмазы с небес». Система работает на солнечных батареях и требует напряжения всего в несколько вольт, которое используется для работы ванны с расплавленным электролитом – карбонатом лития, нагретым до температуры в 723 градусов Цельсия. Через эту ёмкость продувается атмосферный воздух, а углекислый газ, содержащийся в нём, растворяется в электролите и разлагается под воздействием температуры и электрического тока, пропускаемого через электроды из никеля и стали. Углеродные нановолокна появляются на одном из стальных электродов устройства. Впоследствии их можно извлечь и использовать. В настоящее время система позволяет произвести 10 граммов нановолокон за час работы. Изобретатели рассчитывают, что промышленное масштабирование процесса в один прекрасный день может оказать влияние на выбросы CO2 и сократить количество углекислого газа в атмосфере. Данный способ дешевле других методик изготовления углеродных нановолокон, существующих на настоящий момент. По оценкам производство одной тонны материала будет обходиться приблизительно в $1000.

«До сих пор производство угдеродных нановолокон было слишком дорогостоящим и, по сути, не окупалось», – рассказывает один из авторов исследования, профессор Стюарт Лихт (Stuart Licht) из Университета Джорджа Вашингтона. Углеродные нановолокна в настоящее время используются во многих высокопроизводительных устройствах, в том числе в электронных компонентах и аккумуляторах. Если затраты на производство углеволокна будут снижены, то эти наноструктуры получат более широкое применение, например, они будут использоваться при создании прочных и лёгких композитов, используемых в авиационных и автомобильных промышленностях.

Идея превращения углекислого газа, извлечённого из воздуха, достаточно популярна. Однако до сих пор практического её воплощения в жизнь учёные так и не придумали. Профессор Лихт уверен, что его проект ждёт успех, ведь система не требует высоких энергетических затрат. Он также полагает, что данная система – разумный путь, который снизит уровни углекислого газа в атмосфере.

Углекислый газ СО2 и эпоксиды (реакционноспособные соединения с трехчленными циклами, содержащими два атома углерода и один кислорода) могут вступать в реакцию образования поликарбонатов в присутствии определенных катализаторов. Этот процесс является менее опасной для окружающей среды альтернативой существующим методам получения поликарбонатов. Тем не менее, поскольку пока существующие поликарбонаты, полученные с использованием CO2, гидрофобны и не содержат функциональных групп, их области применения ограничены.

В особенности печально то обстоятельство, что такие поликарбонаты оказываются бесперспективными для биомедицины, где уже используется немалое количество биологически совместимых поликарбонатов. Исследователи из группы Доналда Даренсборо (Donald J. Darensbourg) попробовали найти решение проблемы. Впервые исследователям удалось получить амфифильные поликарбонатные блок-сополимеры, в которых основой и гидрофильных, и гидрофобных блоков является CO2. Также исследователям удалось инкорпорировать в полимеры значительное количество функциональных групп, в том числе и ионогенных. Поскольку подобрать строительные блоки для получения гидрофильных поликарбонатов непросто, исследователи пошли другим путем – сначала они получили полимер, а затем ввели водорастворимые функциональные группы с помощью постполимеризационной модификации.

Несмотря на две стадии (получение полимерной основы и ее модификацию) весь процесс можно провести в режиме one­pot: первоначально в реакционной смеси происходит взаимодействие CO2 и пропиленоксида, затем в реакционную систему вводится другой эпоксидный строительный блок – аллилглицидиловый эфир (эпоксид, содержащий двойную связь). Полимер, содержащий аллилглицидиловые структурные звенья, растет на обоих концах уже образовавшегося поликарбоната, в результате чего образуется триблоксополимер, размер блоков которого может регулироваться. На следующей стадии «тиоленовая click-реакция» применяется для быстрого введения в полимер функциональных групп, обеспечивающих растворимость в воде. Некоторые из амфифильных поликарбонатов, полученных по новому способу, способны самоорганизовываться в наночастицы или мицеллы, что, как и способность ряда таких мицелл реагировать на изменения значения рН, может оказаться полезной в плане взаимодействия новых полимеров с биологически активными веществами и, следовательно, для применения в биомедицине.

Синтез полимеров с контролируемой длиной и стереохимией пока еще представляет собой ту область, в которой наука еще не может догнать и перегнать природу. Тем не менее, исследователи из Массачусетского Технологического Института пытаются сократить расстояние, разработав эффективную стратегию синтеза семейства монодисперсных полимеров с определенной стереоконфигурацией. Ключом к реализации этой стратегии является click-химия. Ранее полимеры, обладающие сходными параметрами, были получены за счет тщательного дозирования мономеров к растущей цепи, закрепленной на твердой или растворимой подложке из другого полимерного материала, однако для таких однородных по массе и по форме полимеров был характерен низкий выход, а их получение характеризовалось низким расходом реагентов. Как поясняет руководитель исследования Джеремия Джонсон (Jeremiah A Johnson), для получения нового полимера используется стратегия экспоненциального роста цепи полимера, где вместо цепного механизма (удлинения растущей цепи полимера на одно звено за одну элементарную стадию реакции) используется ступенчатый механизм (удвоение цепи полимера на каждой стадии). По словам исследователя, такой подход позволяет получать более длинные цепи за меньшие промежутки времени, а также проводить реакцию в каталитическом режиме, добиваясь большей атомной экономии. Такая стратегия ранее применялась для получения полимеров с предопределенной длиной цепи, однако Джонсон модифицировал ее, совместив экспоненциальный рост цепи с функционализацией боковых групп, что позволяет вносить разнообразие в строение получаемых полимеров непосредственно в момент синтеза самой макромолекулы. Возможности методики были продемонстрированы на примере получения полимера со степенью полимеризации 32 и молекулярной массой полимера 6720 Дальтон. Синтез был завершен за несколько дней, и этот результат, по сути, представляет собой новую веху в синтезе однородных полимеров с контролируемым строением. Как отмечает высоко оценивающий результаты новой работы специалист по полимерам Жан-Франсуа Лютц (Jean-Francois Lutz), самой привлекательной стороной нового метода является введение боковых групп. По его словам, мотив строения главной цепи природных полимеров, например, белков, одинаков, и единственный фактор, обеспечивающий разнообразие структур и свойств биомолекул – боковые цепи. Результаты новой работы, представленной Джонсоном – очередной шаг по направлению к созданию рукотворных материалов, не менее сложных, чем природные. И, хотя молекулярная масса новых макромолекул более высокая, чем масса других синтетических полимеров, полученных человеком, она все же еще не может соревноваться с молекулярной массой природных полимеров. Лютц надеется, что получить синтетические полимеры, размеры которых будут соответствовать тем же белкам, удастся в ближайшее десятилетие, максимум – через двадцать лет, а понимание того, как первичная и более высокоуровневая структуры синтетических полимеров будут влиять на их свойства, позволит исследователям найти способы подстройки свойств полимеров для их практического применения в биоинженерии, молекулярной электронике и катализе.

Международная группа ученых (Yuhua Xue, Yong Ding, Jianbing Niu, Zhenhai Xia, Ajit Roy, Hao Chen, Jia Qu, Zhong Lin Wang, Liming Dai) разработала материал, который может стать первым шагом для изготовления бесшовных углеродных наноматериалов, обладающих превосходными термическими, электрическими и механическими свойствами в трех измерениях. Эти наноматериалы могут быть использованы для увеличения параметров хранения энергии в больших батареях и эффективных суперконденсаторах, для повышения эффективности преобразования энергии в солнечных элементах и разработки новых легких теплозащитных покрытий. Они описаны в статье в журнале Science Advances. Углеродные нанотрубки могут обладать высокой электропроводностью вдоль своей длины, а лист углерода атомной толщины, известный как графен, имеет высокую электропроводность в двух измерениях. Но эта высокая электропроводность исчезает, когда эти углеродные наноматериалы масштабируются до третьего измерения. Это потому, что имеющиеся двухступенчатые процессы для укладки углеродных нанотрубок и графеновых листов друг на друга производят трехмерные (3D) материалы, которые обладают плохой электропроводностью между различными слоями. В данной работе при одностадийном процессе граница раздела представляет собой связи углерод-углерод и выглядит, как лист графена. Это делает материал отличным проводником тепла и электричества во всех плоскостях. Чтобы сделать 3D-материал исследователи травили радиально выровненные наноотверстия по длине и окружности крошечного алюминиевого провода и использовали химическое осаждение для покрытия поверхности углеродом. Это было сделано без металлического катализатора, который может оставаться в структуре. Принцип создания материала с минимальными значениями теплового и электрического сопротивления заключается в том, что радиально-ориентированные нанотрубки образуются в отверстиях, а затем образуют ковалентные связи углерод-углерод с графеном, покрывающим провод. Эта архитектура дает огромную площадь поверхности. Ученые подсчитали, что площадь поверхности такой архитектуры почти 527 м2 на грамм материала. Свойства этих 3D-материалов можно легко изменять. Материал может быть сделан очень длинным или более широкого или узкого диаметра, а плотность нанотрубок можно варьировать для получения материалов с различными свойствами в зависимости от требований. В качестве демонстрации возможностей применения нового материала емкость 3D-суперконденсаторов, изготовленных из него, получилась в четыре раза выше в сравнении с типичными показателями для этого типа устройств. При использовании в качестве электрода в солнечных элементах была достигнута двойная эффективность в сравнении с идентичной ячейкой с платиновым электродом. Ученые продолжают исследовать свойства таких 3D-волокон и также ищут способ получения многослойных волокон.

Древнее декоративно-прикладное искусство оригами часто вдохновляет инженеров на создание самых разных конструкций, от роботов и батарей до военных укрытий и беспилотных летательных аппаратов. Теперь международная команда исследователей из США и Японии представила бумажные структуры, которые могут складываться для компактного хранения, а в разложенном виде они оказываются достаточно прочными, чтобы выдержать большой вес. Евгений Филиппов из университета Иллинойса и его коллеги опирались на технику Миура-ори, которая позволяет с помощью зигзагообразных складок чрезвычайно компактно сложить лист бумаги. Это направление оригами широко используется в науке и технике, например, для доставки на орбиту солнечных батарей большой площади. Исследователи обнаружили, что если склеить два бумажных фрагмента особой формы, то полученные жёсткие трубки складываются только строго определённым образом. Кроме того, соединяя несколько трубок в разных конфигурациях, например, составляя их по принципу застёжки-молнии, удалось собрать действительно прочные конструкции. «Геометрия в данном деле играет важную роль, – сообщает соавтор исследования профессор Глаусио Паулино (Glaucio Paulino) из Технологического института Джорджии в пресс-релизе. – Мы соединяем две трубки вместе особым образом, чтобы получить структуру, которая является одновременно гибкой и жёсткой. Это просто бумага, но она очень крепкая». Трубки представляют собой изогнутые зигзагами параллелограммы. При этом даже элементы с разным углом изгиба могут стыковаться в прочные структуры, из которых можно собирать различные строительные конструкции. «Возможность изменения функциональности в режиме реального времени является реальным преимуществом техники оригами, – добавляет Филиппов. – При наличии этих трансформируемых конструкций вы можете изменять их характеристики. Например, сделать их жёстче или мягче, в зависимости от предполагаемого использования». Исследователи обращают внимание, что показанные ими бумажные прототипы можно легко воспроизвести в пластике или металле. Кроме того, изобретение можно масштабировать в большую или меньшую сторону для создания микроскопических роботов и биомедицинских устройств или строительства мостов и зданий. «Все эти идеи можно применить на нано- и микроуровне или в больших масштабах, вплоть до конструкций, которые NASA разворачивает в космосе, – добавляет Паулино. – Мы только наметили принцип, и в зависимости от ваших интересов приложения безграничны».

Исследователи из северо-западного университета провели исследования и выяснили, какой шероховатости должна быть поверхность, для того чтобы она могла оставаться сухой в течение нескольких месяцев, даже находясь под водой. Секрет водомерок, некоторых пауков и лотосов заключается в наличии крошечных волосков, которые препятствуют вступлению в контакт воды непосредственно с поверхностью лапки или листа. Эти волоски обладают острой верхушкой, и при погружении пузырьки воздуха застревают между «пиками». Воздух и растворённые в воде газы оказываются, таким образом, в ловушке, которая выступает в роли естественного барьера между поверхностью и водой. Исследователи изучили различные материалы, которые могли бы обладать достаточной шероховатостью для того, чтобы отталкивать воду с высокой эффективностью. Результаты показали, что некоторые поверхности оставались сухими даже после погружения в воду на четыре месяца. Столько длился эксперимент, то есть гипотетически они могли бы продержаться и дольше. Научный опыт также опроверг общепринятую теорию о том, что водомерки остаются сухими только за счёт сил поверхностного натяжения. В соответствии со старой теорией, если волокна материала находятся на расстоянии более микрометра, образующийся пузырь должен со временем ослабнуть, а барьер – прорваться. Во-первых, водяной пар в пузыре-ловушке будет конденсироваться и заставлять пузырь сжиматься. Во-вторых, если бы насекомые плавали на глубине, то давление сжало бы воздух и пузырь, опять же, лопнул. Эксперименты показали, что водоплавающие насекомые и пауки имеют расстояние между волосками меньше микрометра. Это позволяет им эффективно пользоваться ловушками и оставаться сухими, передвигаясь по поверхности воды. Однако вместо того, чтобы просто захватывать воздух в пузырь-ловушку, структура лапок обеспечивает самостоятельное поддержание объёма этого пузыря. Воздух в ловушке пополняется испаряющейся водой. Этот процесс компенсирует конденсацию и обеспечивает пузырь дополнительным паром, не позволяющим ему лопнуть под давлением. «Хитрость заключается в том, чтобы использовать грубые поверхности с нужным химическим строением и правильными пропорциями. Созданные нами наноструктуры на основе кремния имеют расстояние между волосками менее микрометра. Это обеспечивает самоподдержку пузыря-ловушки и позволяет объекту находиться под водой в течение нескольких месяцев, оставаясь сухим», – рассказывает ведущий автор исследования Нилешь Патанкар.

Неординарные, на мой взгляд, совершенно объективные линии о роли государства в финансировании инноваций приводит доктор Марианна Маццукато (США). Она называет себя революционером и призывает к большей активности других. Например, заявляет, что академики обязаны использовать знания, чтобы разрушать ложные политические установки. Вот только мне непонятно, как академики смогут это сделать в условиях России.

Даже легендарные предприниматели Кремниевой долины не столь умны, как они хотели бы думать, считает Маццукато. Она отдает должное предпринимательскому гению таких людей, как Стив Джобс и Илон Маск, но не забывает добавлять: их блеск – только часть истории. Большинство ключевых технологий, которые использованы в умной начинке iPhone, в том числе GPRS, службы распознавания голоса Siri и мультисенсорные экраны, – плоды финансируемых государством исследований. «Правительство проинвестировало фундаментальные и прикладные исследования, вложило деньги в конкретные компании, такие, как Tesla, и, в конечном счете, государство сделало то, что, по идее, должен был бы сделать венчурный капитал», – отмечает она. Одним из главных двигателей Кремниевой долины было агентство по оборонным научно-исследовательским проектам DARPA, основанное президентом Дуайтом Эйзенхауэром в 1958 году, после того как Советский Союз запустил спутник. DARPA подчинялось министерству обороны США. Минобороны США потратило миллиарды на передовые исследования, и именно эта структура сыграла важную роль в развитии интернета. Финансируемые государством институты здравоохранения сыграли аналогичную роль в развитии фармацевтической промышленности США. Еще один пример – созданное президентом Бараком Обамой агентство ARPA-E в структуре департамента энергетики США для стимулирования создания технологий возобновляемой энергетики. В Китае, Бразилии, Германии, Дании и Израиле государство не только выступает в качестве регулятора рынка, но и активно участвует в создании и формировании рынков, отмечает Маццукато. В пример она приводит программу Yozma в Израиле по финансированию и экспертизе проектов, нацеленных на создание нации стартапов (об этой программе я детально писал в своих предыдущих статьях). Европа, по мнению Маццукато, извлекла неправильные уроки из опыта Кремниевой долины. Европейские правительства спросили бизнес, что они должны сделать, чтобы стимулировать экономический рост. И услышали в ответ: поощряйте венчурный капитал, снижайте налоги и сократите бюрократическую волокиту. Маццукато категорична: в большинстве случаев это не увеличивает благосостояние корпораций: «Ирония, если не трагедия, состоит в том, что мы не только не понимаем историю Кремниевой долины, но мы также стимулируем риски, ухудшаем конкурентоспособность. Компании инвестируют только в те отрасли, где есть новые технологические и рыночные возможности. Если в ответ вы снизили им налоги, вы в одночасье сделали их богаче – и что они сделают дальше? Дальше они будут больше играть в гольф. А инвестировать они не будут».

Критики ее подхода считают, что она преувеличивает роль государственного сектора. «Поверьте мне, я не идеализирую государство», – парирует она. Сложно сбалансировать отношения между частным сектором, который чрезмерно ориентирован на финансовые результаты, и государственным, который многие считают неэффективным. «Если у вас есть сильный ориентированный на результат госсектор, это влияет не только на инвестиции, но и на партнерство государства с частным сектором», – говорит она. Но это идеал. Обрести его сложно. Левые европейские партии могли бы сподвигнуть правительства к этому, но они заняты другим: одержимы идеей получить, а не создать больше стоимости, сосредоточившись на увеличении налогообложения крупного бизнеса вместо стимулирования инноваций. По мнению Марианны Маццукато, работающей экономическим консультантом NASA, «мы больше не считаем, что у правительства должна обязательно быть миссия. Но рынок никогда не может сделать правильный выбор. Биотехнологии и нанотехнологии придумал не рынок, а госструктуры. Сейчас правительства говорят, что рынок должен создавать экологически чистые технологии. Но этого, как и раньше, не происходит». И на первый план выходит вопрос, как создать систему инноваций, которая обеспечит понятное развитие и простимулирует частные компании вкладывать деньги в эти проекты.

Конечно, по примеру США, Китая и Израиля, путь госфинансирования прорывных направлений науки необходим. Но в России это направление трудно осуществимо, ибо наталкивается на огромный камень коррупции и казнокрадства.  


Комментарии:

Пока комментариев нет. Станьте первым!