Михаил Ковальчук
Уникальный, самый мощный в мире полнопоточный реактор ПИК уже работает в Гатчине.
Фото с сайта www.nrcki.ru
Думаю, агентство РИА Новости сделало очень важный шаг, решив создать на своей площадке «Пресс-клуб».
Вряд ли я нарисую облик новой страны. Это, наверное, лучше всего может сделать президент Российской Федерации. Я же хочу рассказать о научном ландшафте.
Атомно-космический вызов
Совершим краткий исторический экскурс.
25 декабря 1946 года под руководством Игоря Васильевича Курчатова на территории Курчатовского института была реализована первая на Евразийском континенте и вторая в мире самоподдерживающаяся цепная реакция. Было доказано: первое – цепная реакция действительно есть, второе – мы можем сделать ее сами. А 29 августа 1949 года СССР провел успешное испытание собственной атомной бомбы. Благодаря этому мы с вами (и не только Советский Союз, Россия, а мы все – цивилизация) избежали глобальной истребляющей войны, которая началась бы, если бы бомбой обладали только США. Мы с вами живем в одном из немногих по-настоящему суверенных государств на планете исключительно потому, что в свое время были правильно выбраны приоритеты.
Что же произошло дальше?
Когда вы решаете глобальную проблему и правильно выбираете приоритет, вы «взрываете» цивилизацию, на десятилетие или столетие определяя ее облик. И сегодня благодаря реализации атомных проектов Россия остается одной из немногих стран, присутствующих в самых сложных высокотехнологичных сферах. Мы всегда были либо первыми, либо одними из первых. Мы были вторыми в создании атомной бомбы и атомной подводной лодки. Но стали первыми в создании атомных ледоколов. Сегодня Российская Федерация – единственная страна в мире, имеющая атомный ледокольный флот, что гарантирует нам конкурентное преимущество в высоких широтах Арктики.
Мы были первыми в атомной энергетике. В 1954 году Игорь Курчатов и Анатолий Александров в Обнинске запустили первую в мире АЭС. То есть наше государство стало родоначальником атомной энергетики в мире. И сегодня госкорпорация по атомной энергии «Росатом» почти монопольно владеет этим рынком.
Это у нас, в Курчатовском институте, создали искусственное солнце – тороидальную камеру с магнитными катушками, более известную как токамак. То есть повторили в земных условиях термоядерную реакцию, идущую в недрах Солнца. И сегодня международная коллаборация, вложив десятки миллиардов долларов, строит на юге Франции, в местечке Кадараш, то, что у нас называется «спутник токамака» – международный экспериментальный термоядерный реактор типа токамак – ITER. Все та же тороидальная камера с магнитными катушками для удержания плазменного шнура, температура которого достигает сотен миллионов градусов.
Если посмотреть на космическую отрасль как на часть атомно-космического проекта, то станет понятно, что здесь мы всегда были первыми. Первый искусственный спутник Земли – 4 октября 1957 года. Первый космический корабль с животными на борту – собаки и обезьяны. Первый полет человека в космос 12 апреля 1961 года. Первый полет женщины. Первый коллективный полет. Первый выход в открытый космос, осуществленный Алексеем Леоновым. Первый облет Луны, фотография обратной стороны Селены. Первый в истории луноход, который взял образцы грунта. Подчеркну: все это сделано 50 с лишним лет назад. Нельзя не вспомнить и первую в мире орбитальную станцию «Мир».
Можно продолжить список первых. Благодаря этим достижениям мы сегодня являемся суверенной высокотехнологичной страной.
Ресурсный узел
Сейчас главный цивилизационный вызов – ресурсы. Президент Российской Федерации Владимир Путин, когда решил начать специальную военную операцию, объявил ее цели. На самом деле у СВО есть еще одна цель – напомнить миру, что он состоит не из пузырей ипотеки, не из интернет-пузырей. Мир – материален. И наш президент напомнил о том, что Россия является одной из существенных частей этого материального мира.
Часто задают вопрос: каковы приоритеты развития? За сотни лет приоритеты не изменились. Первый – материя. Почему? Композитор придумал мелодию. И чтобы ее сделать достоянием общества, ее надо материализовать. Значит, нужны бумага, чернила, чтобы записать ноты. Нужен музыкальный инструмент. Художник написал картину. Чтобы ее создать, нужны холст, мольберт, краски, кисти. Опять требуется материальное воплощение. То есть создание материала – главный приоритет. А для этого нужна энергия. Вот два приоритета. Однако, чтобы все это сделать, очень важно иметь интеллект, и что не менее важно – не искусственный.
Сегодня новый вызов – нехватка ресурсов. Наш великий соотечественник академик Владимир Вернадский еще в 1930-х годах говорил, что западным миром создана система расширенного воспроизводства. Производи, выбрасывай, покупай новое. Это система потребления, а фактически – истребления ресурсов. Если такая система предназначалась для обслуживания стран «золотого миллиарда», действовала только для них, ресурсов Земли хватило бы на бесконечное количество лет.
Но как только одна страна, такая как Индия, выйдет на уровень потребления энергии, равный уровню потребления энергии Соединенными Штатами, в мире наступит ресурсный коллапс. И вот из-за фактически неумных, с моей точки зрения, действий наших бывших партнеров Индия и Китай пересели с велосипедов на автомобили. В результате – показалось ресурсное дно...
Проблема одна: нужны ресурсы. Что это означает? Надо их завоевывать. И вы посмотрите, все военные действия идут там, где имеются ресурсы.
Наша страна – почти полностью самодостаточная часть земного шара. Россия – одна из немногих стран, обладающих всеми возможными ресурсами. У нас самые большие запасы леса, питьевой воды, посевных почв.
Когда говорят об углеродных квотах, об ограничении углеводородной энергетики – это же смешно слушать! У нас самая «зеленая» в мире энергетика, потому что мы одни топим газом (там, где не топим ядерными «дровами» и гидроэнергией). А все остальные – Европа, Китай – топят углем. У нас больше всего лесов, нам еще должны платить за то, что мы генерируем кислород и поглощаем углекислый газ. Но это отдельная тема.
Первый вывод: надо бороться за ресурсы. Поскольку мы самодостаточны, нам за них бороться не надо. Однако мы должны быть сильными, чтобы никому в голову не пришло посягать на наше ресурсное богатство. И 29 октября нынешнего года на учениях Стратегических сил ядерного сдерживания президент РФ, Верховный главнокомандующий Владимир Путин продемонстрировал действия нашей ядерной триады, лучшей в мире. Думаю, это остудит пыл самых горячих противников. Или сторонников, так сказать, действий... Это важно!
При этом все остальные должны понимать, что нам ни на кого не надо нападать, потому что нам ничего не надо. Остальные должны бороться, а нам надо свое удерживать и охранять. У нас все есть. Поэтому мы готовы помочь кому угодно, готовы с кем угодно сотрудничать на равноправной основе. Это важнейшая вещь!
Между природой и техносферой
Мы в Курчатовском институте придумали фактически новый технологический уклад, основанный на природоподобных технологиях. Что это такое – приведу пример.
Наш термоядерный источник энергии, солнышко, посветило, зеленый лист поймал солнечные фотоны, преобразовал в химическую энергию, и все живое миллиарды лет живет без ресурсного голода. Для сравнения – мозг человека. Этим небольшим органом создано все в подлунном мире. Он потребляет лишь 10 ватт электричества, а в пиковые минуты, и то не у всех, – до 30. А один из самых мощных суперкомпьютеров в Курчатовском институте, ничего общего не имеющий с мозгом человека, потребляет десятки мегаватт энергии, переводя их в тепло. То есть люди явно сделали что-то не то, придумав компьютер. Получилась не столько вычислительная машина, сколько тепловая.
По данным Международного энергетического агентства, уже сейчас треть вырабатываемой в мире энергии идет не в промышленное производство, а только на обслуживание сетей, Wi-Fi, интернета. Другими словами, лозунг о цифровизации означает разделение мира на богатых и бедных. На страны, которые богаты энергией, и страны, которые имеют возможность купить энергию. Остальные будут выпадать из этой цивилизации. Следующий шаг (генетический) усугубит это расслоение. Это еще более глубокая, сложная и непонятная вещь.
|
|
Атомный подводный газовоз сможет двигаться на глубинах от 100 до 150 метров со скоростью до 17 узлов. Кадр из презентации СПбМБМ «Малахит» |
Уже созданы первые в мире факультеты природоподобных технологий в Физико-техническом институте, в Московском и Санкт-Петербургском госуниверситетах. Создан и первый в мире Центр природоподобных технологий в Курчатовском институте. И не так давно президент РФ утвердил программу развития природоподобных технологий.
В 2015 году Владимир Путин, выступая на юбилейной сессии ООН, где шла речь о подписании Киотского протокола, сказал, что мы его подпишем, но это лишь частичное решение проблемы, «припудривание». Полное решение проблемы заключается в переходе к принципиально новому технологическому укладу, основанному на природоподобных конвергентных технологиях. Они, не нарушая природного баланса, способны восстановить нарушенное человеком равновесие между природой и техносферой. И мы уверенно двигаемся в этом направлении.
Сейчас запущены две мощные программы. Первая – генетическая: работа с природой на атомном и молекулярном уровнях. Вторая – по созданию мегаустановок: мощнейших рентгеновских источников, ускорителей, синхротронов, нейтронных источников и лазеров, в первую очередь на свободных электронах. До 2030–2032 года мы будем иметь самую совершенную в мире исследовательскую инфраструктуру.
Например, когда запускалась пять лет назад программа по генетике, многие эксперты заявляли, что у нас генетики нет. А сегодня наши бывшие партнеры проявляют существенное беспокойство: как же так случилось, что в России быстрыми темпами разворачиваются генетические исследования? Мы вышли на мировой уровень.
Создается абсолютно новый технологический уклад. Но при этом мы не забываем о ядерном комплексе. И Курчатовский институт, который раньше назывался Институтом атомной энергии, теперь по факту новый институт. Здесь сосредоточено более трети биогенетического потенциала страны. И новая область наших исследований – живая жизнь.
На земле, в небесах и на море
Возвращаясь к атомной теме, скажу: у нас разработаны принципиально новые энергетические установки. В институте почти 40 лет работает совершенно новая атомная система. Атомная станция – это атомная батарейка. Что такое АЭС? Обычная электростанция, только у нее котел не газовый, не мазутный, не нефтяной, а, как говорил Курчатов, «ядерные дрова». А дальше тепло реактора кипятит воду в скороварке, которая называется парогенератором. Пар под давлением выходит и крутит турбину.
В Курчатовском институте разработана атомная станция «Елена», в которой ничего не крутится. Она – термоэлектрическая. Это установка с кристаллами, которые работают как термопары. В ней все тепло реактора преобразуется непосредственно в электрическую энергию. И еще в советское время она была запланирована к установке в Якутии.
Мы перевели эти разработки на качественно новый уровень и уже готовы запускать такие станции. Например, в виде плавучих АЭС, которые будут в Якутии. Или станции для распределенной атомной энергетики, для освоения труднодоступных мест, обустройства Северного морского пути.
Другая разработка Курчатовского института – совершенно новый двигатель для космических кораблей. До сегодняшнего дня, если задуматься, как мы летаем в космос? Как Мюнхгаузен на ядре. Ракетный двигатель типа РД-180 отработал несколько сот секунд, «дал пинка» – и вы полетели по баллистической траектории. Промазали мимо Луны – и уже ничего сделать не сможете... А у нас разработан совершенно новый плазменный ракетный двигатель. И этот двигатель позволяет маневрировать в космосе, как на автомобиле. У него другие тяговые возможности. Топливом является сжатый благородный газ. Криптон, например.
Мы привыкли к тому, что трубопроводы всюду. Но России обрубают возможность транспортировать газ. У нас есть предложение, которое мы начали реализовывать, – создание атомных подводных газовозов. В этом проекте сочетается все: и ядерные технологии, и материаловедение. Допустим, корпуса лодок из титана, которые выглядят совсем по-другому. Никто в мире не способен сварить два куска титана так, чтобы шов по прочности не уступал материалу. А мы это делали много десятилетий.
Основные месторождения природного газа в России сосредоточены в Арктике. С учетом физико-географических условий единственным эффективным способом транспортировки СПГ является морской транспорт. Однако даже современные газовозы не могут обеспечить круглогодичную навигацию и требуют ледокольного обеспечения. А у атомных подводных газовозов в месте контакта со льдом скорость движения составит около 17 узлов, что сократит время рейса с 20 до 12 суток. Для интеграции в существующую транспортную инфраструктуру газовоз должен обладать грузовместимостью около 180 тыс. т и осадкой не более 14 м. С учетом этих требований подобрана особая форма корпуса. При этом длина судна составит около 360 м, а ширина не превысит 70 м.
Для хранения СПГ выбраны танки мембранной конструкции. Они позволяют наиболее эффективно использовать внутреннее пространство корпуса газовоза. Для непрерывного движения под водой судно должно оснащаться атомной энергоустановкой, создаваемой на базе хорошо отработанных ледокольных технологий и комплектующих. Три ядерных реактора типа РИТМ-200, работающие на паротурбогенераторе, обеспечат электроэнергией три гребных электродвигателя мощностью по 30 мегаватт каждый. В основном судно будет двигаться на глубинах от 100 до 150 м со скоростью до 17 узлов. На участках с глубинами менее 100 м судно будет двигаться со скоростью 5–7 узлов по нижней поверхности ледового поля, не разрушая его, а лишь сминая выступающие фрагменты.
Особая форма и усиление верхней части корпуса обеспечат необходимые прочность и надежность. Поскольку разрушения ледового покрова не требуется и нет необходимости выдерживать сдавливание, требования к корпусным конструкциям будут менее жесткими, чем к ледоколам.
В припортовых районах с глубинами менее 50 м, когда движение подо льдом невозможно, подводный газовоз будет способен идти в надводном положении с необходимой осадкой. При этом особая форма корпуса позволит двигаться в сравнительно узких каналах.
В условиях возрастающей добычи природного газа атомный подводный газовоз может стать рациональным решением транспортного вопроса. Крупная коридорная стратегия. И… эта штука будет беспилотной. Беспилотник!
Битва за интеллект
Меня часто спрашивают в последнее время: насколько остра, актуальна для России тематика разработок в области искусственного интеллекта? Насколько отечественное образование в состоянии ответить на этот вызов?
Действительно, может быть, в области развития систем искусственного интеллекта мы немножко отстаем. Зато с естественным интеллектом у нас все в порядке. Нам никого не надо догонять. Мы являемся донорами «мозгов» для всего мира. И последние десятилетия мы, так сказать, «оплодотворяли» половину мира.
В Европе реализуется большое количество мегапроектов. У всех на слуху Большой адронный коллайдер в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве. Или лазер на свободных электронах X-Ray Free Electron Laser в Гамбурге, в Европейском центре синхротронного излучения – мощный дорогостоящий проект. Хочу обратить внимание: эти проекты появились после того, как советские ученые после распада Советского Союза вышли на свободный рынок. И были подобраны, простите за вульгаризм. Но мы благодарим за это наших бывших партнеров, потому что мы сохранили свой потенциал. За счет полученных на Западе заказов мы поддержали собственные тонкие производства, стратегически важные.
И наконец, что немаловажно, надо учитывать, что эти мегапроекты созданы по принципу акционерного общества. Российская Федерация (через Курчатовский институт) владеет там долями. Например, рентгеновский лазер на свободных электронах – самый дорогой научный проект Германии. Идея российская от начала до конца. Деньги – 1 млрд 200 млн евро, из них 29% – российский вклад. Вклад Германии – 50%. Остальные 12 европейских стран, участвующих в проекте, – «на подтанцовке».
Все коллайдеры в мире – что это? Встречные пучки элементарных частиц, ядер. Можно ускорить до скорости света протоны, электроны, ионы – неважно. Замечу, что принцип автофазировки любого синхротрона придуман советским физиком Владимиром Векслером у нас в институте. Если нужны еще большие энергии и скорости – пускайте встречные пучки, лоб в лоб. А реализовал этот принцип другой отечественный ученый – Герш Будкер.
Или, например, Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРН. 27-километровое кольцо на глубине 100 м под Францией и Швейцарией. На этом кольце – четыре гигантских детектора высотой с пятиэтажный дом, где сталкиваются пучки протонов или тяжелых ионов. Основная часть детектора создана из специальных кристаллов вольфрамата свинца. Эти кристаллы смогли разработать и вырастить только мы. Поэтому открытие на LHC бозона Хиггса («частицы Бога»), за которое дали Нобелевскую премию, не произошло бы, если бы в СССР не изобрели встречных пучков и принципа автофазировки. И если бы в современной России не разработали, не создали эти кристаллы, там нечего и нечем было бы регистрировать «частицы Бога». Поэтому, когда российских физиков попросили на выход из ЦЕРН, вместе с ними «ушла» и вся интеллектуальная собственность, которую они там создавали. Теперь она сосредоточена в России.
Как я уже сказал, к 2030–2032 году в России будет самая мощная исследовательская инфраструктура: синхротронный центр в университете на острове Русский; уникальный, самый мощный в мире полнопоточный реактор ПИК, который уже работает в Гатчине; Центр ионной терапии в Протвине (таких всего 10 в мире)... А чуть позже в Курчатовском институте мы запустим Центр протонной терапии. И подобных примеров можно привести много.
И последнее – микроэлектроника. В советское время мы делили (по 30%) мировой рынок микроэлектроники с США. Причем мы были впереди американцев в материалах, схемотехнике, архитектуре. А сегодня наша доля на этом рынке – менее процента. При этом еще в СССР был создан центр на синхротронно-рентгеновской литографии. Мы не дали его растащить, заморозили, и сейчас принято решение возобновить его работу. Процесс идет полным ходом... В ближайшее время мы будем иметь рентгеновскую литографию на базе рентгеновского синхротронного излучения. Подобного в мире больше нет. И т.д.
Текст подготовлен на основе выступления автора на первой встрече, организованной в рамках проекта РИА ПРЕСС-КЛУБ, 31 октября 2024 года.
