Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиПоискОблакоComboВсе проекты

Квантовая связь, запуски ракет и водородное топливо. Главные успехи российских ученых этого лета

2021 год в России объявлен Годом науки и технологии, каждый месяц которого посвящен конкретному научному направлению. Например, июнь проходил под эгидой новых производственных материалов и технологий, а июль — связанности территорий и освоения пространства. Расскажем о новых научных разработках и государственных мерах, появившихся благодаря государственной инициативе в середине лета.
1

Квантовый мессенджер

Связанность территорий огромной страны невозможна без постоянного и беспрепятственного общения и взаимодействия жителей различных регионов между собой. Это понимали еще во времена татаро-монгольского ига, ведь именно в период Золотой Орды на Руси появилась полноценная почтовая система. Сегодня роль почты выполняет интернет, но любые переписки могут быть скомпрометированы. Для борьбы с проблемой Центр компетенций НТИ на базе Сколтеха в партнерстве с ПАО «РЖД» разработали квантовый мессенджер для мобильной связи. Пока что это только рабочий прототип, но в будущем создатели обещают создать полноценный продукт.

Фото: ЦК НТИ

Программу можно установить на Android-смартфон с поддержкой 4G или 5G. Алгоритм работает на основе стойкого симметричного шифрования сетевого трафика: здесь используется протокол квантового распределения ключей. С помощью приложения можно передавать не только текст, но и фотографии, видео и данные, которые поступают от датчиков и оборудования.

«Стойкость протокола строится на фундаментальном принципе квантовой физики, согласно которому фотон невозможно измерить, не изменив его состояние. Если кто-то попытается перехватить фотоны, из которых формируется квантовый ключ, их состояние изменится. Протокол обнаружит вмешательство и будет использовать другие фотоны, чтобы сформировать ключ», — рассказал руководитель группы разработки беспроводных технологий Сколтеха Серафим Новичков.

2

Интернет вещей без перебоев

С развитием сетей пятого поколения интернет вещей тоже набирает обороты. Согласно прогнозам Juniper Research, в 2022 году количество подключенных к интернету датчиков и устройств превысит 50 миллиардов. Очевидно, что для нормального функционирования такой огромной системы придется провести глобальную работу по модернизации инфраструктуры, ведь уже сейчас нижний СВЧ-диапазон переполнен различными мобильными службами (Wi-Fi, GSM, LTE и другими).

Решение проблемы нашли специалисты кафедры телекоммуникационных систем Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ). Они разработали микрополосковую печатную антенну, которая позволит обеспечить бюджетную связь в сетях 5G и 6G. Размер новинки составляет всего несколько миллиметров, а рабочий диапазон частот в субтерагерцевой области спектра — 75−110 ГГц.

Разработка микрополосковой антенны

Такие характеристики позволяют использовать антенну практически в любых датчиках и сенсорах, а также интегрировать ее в общую платформу. Разработка ведется в рамках проекта «Технологии и компоненты интегральной радиофотоники» Евразийского Научно-образовательного центра мирового уровня, который получил поддержку в рамках национального проекта «Наука и университеты».

«С внедрением микрополосковых печатных антенн можно максимально бюджетно как разворачивать сети нового поколения, так и присоединиться к существующим… Также можно использовать ее как элемент антенных решеток, включающих десятки миниатюрных излучателей, позволяющих создать направленные радиолучи к абоненту для повышения скорости передачи и снижения задержек. Один из возможных вариантов приложения антенны — создание вместо проводных соединений в центрах обработки данных высокоскоростных беспроводных шлюзов», — заявила старший научный сотрудник, доцент кафедры телекоммуникационных систем УГАТУ Елизавета Грахова.

3

Не стой, паровоз

Российские туристы часто удивляются, когда попадают в Европу: поезда и электрички там регулярно опаздывают, такая проблема замечена даже в пунктуальной Германии. Естественно, в нашей стране тоже бывают задержки, но случаются они на порядок реже. Тем не менее, железнодорожники хотят решить этот вопрос раз и навсегда. Им помогают специалисты Центра компетенций НТИ по направлению «Искусственный интеллект» на базе МФТИ: эксперты задействовали нейросеть, которая может создавать практически идеальное расписание поездов всего за пять секунд без участия человека.

Важно отметить, что в России уже сейчас используются системы, которые в мгновение ока самостоятельно составляют графики. Но существующие решения сильно уступают разработке Центра, потому что учитывают всего несколько параметров: расположение линий и светофоров, а также маршрут. Новые же нейросети одновременно анализируют три десятка различных факторов, куда входят особенности движения составов, приоритетность типов поездов и многое другое. Искусственный интеллект (ИИ) постоянно учится на реальных данных, в его основе лежит теория игр.

«Главный “игрок” — это поездной диспетчер, пошагово взаимодействующий с поездами в динамической среде. Цель “игры” — достижение всеми поездами конечных точек маршрутов с минимальным отклонением по времени от нормативного графика движения с учетом всех заданных ограничений. В основе разработки лежит нейросеть. Она связана с программным блоком имитационного моделирования. Он воспроизводит работу устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: строит виртуальную модель дороги со всеми подробностями», — объяснил принцип работы новой технологии Роман Горбачев, директор по разработке умных систем управления транспортом в рамках Центра компетенций НТИ по направлению «Искусственный интеллект» в МФТИ.

Фото: агентство «Москва» / Любимов Андрей

Впрочем, в России развиваются не только нейросети для создания расписаний, но и сами поезда. В скором времени РЖД намерена запустить беспилотные «Ласточки» по Московскому центральному кольцу. За дорогой в них следит умное зрение, которое включает в себя обычные и инфракрасные камеры, а также лидары. Если на пути встречаются препятствия, поезд автоматически снижает скорость. Судя по первым тестам на экспериментальном кольце в Щербинке, ИИ справляется со сложной задачей не хуже, чем живой машинист.

4

По воздуху

Аэрофобы предпочитают наземные виды транспорта, потому что чувствуют себя некомфортно в воздушных лайнерах. При этом плохая погода за бортом во время взлета может вызвать панику даже у тех, кто регулярно путешествует по воздуху. Новая разработка Московского авиационного института (МАИ) позволит пассажирам переживать из-за полета чуть меньше. Специалисты вуза создали прогнозный дисплей, который должен повысить безопасность пилотирования при нештатных ситуациях.

Фото: МАИ

Технология работает следующим образом. На лобовое стекло самолета выводится автоматически спрогнозированная траектория движения судна. Ее можно увидеть с помощью очков виртуальной реальности и многофункционального дисплея в кабине. Индикация представляет из себя трехмерный коридор с набором меток — по нему пилотам будет гораздо легче управлять воздушным судном, попавшим, например, в вихревой поток. Эксперименты показали, что система снижает риск нештатных ситуаций. Благодаря этому новую технологию будут применять при создании сверхзвукового пассажирского самолета нового поколения. Его уже разрабатывает Научный центр мирового уровня «Сверхзвук» в рамках национального проекта «Наука и университеты».

«Наша система индикации показывает отклонение от заданной траектории, которое еще нельзя уловить без технических средств. Летчик видит допустимый коридор и может своевременно корректировать курс самолета. Дополнительное преимущество заключается в том, что при этом не нужно постоянно мониторить приборы, что серьезно облегчает задачу в стрессовой ситуации», — пояснила инженер лаборатории «Пилотажные стенды и система “самолет-летчик”» Татьяна Воронка.

5

Космос нас ждет

Прогресс в технической сфере невозможен без молодых специалистов. Обучение кадров — важная государственная задача, во многом ради решения которой и создан национальный проект «Наука и университеты». Благодаря ему студенты отечественных вузов разрабатывают полезные устройства, которые в будущем могут применяться даже в ракетостроении. Например, этой весной учащиеся Самарского университета им. С. П. Королева, который входит в Научно-образовательный центр мирового уровня «Инженерия будущего», приняли участие в международном форуме по запускам студенческих ракет C"Space во Франции. Их экспериментальная ракета нового поколения «Capella-МЛ» достигла высоты 1750 метров и с помощью парашютной системы мягко приземлилась в полутора километрах от места запуска.

Ракета «Capella-МЛ»

Важно отметить, что создание ракет — не единственное, чем занимаются студенты. К числу заслуг юных талантов можно отнести создание «цифровых двойников» систем электропитания малых космических аппаратов. Эта разработка призвана повысить «живучесть» спутников, снизив число нештатных ситуаций.

«Основой для проекта стала проводимая на нашей кафедре работа по приему и обработке информации, поступающей с малых космических аппаратов “Аист” первого поколения. Анализ накопленной нами телеметрической информации показал, что чаще всего нештатные ситуации на борту космического аппарата происходят из-за отказов по вине системы электропитания. Поэтому если с помощью “цифрового двойника” смоделировать работу системы электропитания и иметь возможность прогнозировать показатели и характеристики системы на тот или иной момент времени, это безусловно повысит живучесть спутника и увеличит вероятность безотказной работы космического аппарата», — объяснил принцип работы технологии автор проекта Максим Иванушкин. Он добавил, что в первую очередь «цифровой двойник» будет задействован при эксплуатации спутников серии «Аист».

Количество полезных проектов со временем будет только расти. На это намекают планы сотрудников Самарского вуза, которые планируют создать на базе университета Центр коммерческой космонавтики и Центр экспериментов в космосе. Первый возьмет на себя работу с отечественными частными компаниями, он будет заниматься разработкой специального программного обеспечения для космической техники, проведением испытаний, конструкторско-технологические работ, услугами приема и обработки геоданных. Второй же будет реализовывать «самые различные, пусть даже кажущиеся на первый взгляд безумными» идеи, которые впоследствии будут предлагаться Роскосмосу.

Тем временем ученые из белгородского Научно-образовательного центра «Инновационные решения в АПК» придумали, как использовать данные с космических спутников во благо сельскому хозяйству. Созданная ими нейросеть анализирует снимки низкого разрешения с поверхности нашей планеты. ИИ способен определить, что именно находится на изображении.

«Благодаря нейросети можно с высокой точностью определять на фото объекты типа “свинья” и производить подсчет поголовья как на фото, так и на видео. Для обработки видео мы разработали трекер, позволяющий осуществлять мониторинг перемещения животных и фиксировать их прохождение через фиксированную зону», — рассказал о пользе изобретения доцент кафедры прикладной информатики и информационных технологий НИУ «БелГУ» кандидат технических наук Рустам Асадуллаев.

6

Полный заряд

Одна из главных проблем, с которой человечество может столкнуться при освоении пространства — недостаток источников энергии. Решить вопрос помогают специалисты Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при Институте проблем химической физики РАН. Ученые уже разрабатывают топливные элементы для беспилотных грузовиков.

К слову о последних: еще в ноябре российская компания «Эвокарго» выпустила на рынок малотоннажник EVO-1 с гибридной системой питания от электрических батарей и водородных топливных элементов. В середине весны этого года разработчики беспилотного грузовика договорились об опытно-промышленной эксплуатации новинки на территории Магнитогорского металлургического комбината.

Фото: «Эвокарго»

У некоторых читателей может возникнуть закономерный вопрос: как «заправлять» водородные топливные элементы, когда в стране еще нет подходящей инфраструктуры? На самом деле, еще в конце прошлого года в подмосковной Черноголовке открыли автономную водородную заправочную станцию. Она стала первым элементом готовящейся программы «Водородная Россия-2050», так что в ближайшем будущем проблем с заправкой уже не будет.

Это тоже интересно:

Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас