Пятница будущего: о том, сколько осталось теплокровным на Земле, и о перспективах российской и китайской литографии

Приветствую! История с падением «Луны-25» на одноименный спутник Земли, кажется, подходит к концу, Илон Маск обещает выводить миллион тонн на орбиту за год и конкретизирует сроки полета к Марсу, а модный дом Prada поможет астронавтам из проекта Artemis выглядеть максимально стильно. В России создали литограф по цене малолитражки и запатентовали стенд для тестирования вариаторов, а китайцам EUV не светит ближайшие 3-4 года. Британские ученые, занимаясь своими обычными делами, придумали, как улучшить качество катодов литиевых аккумуляторов, а российские нейросети превзошли российских экономистов в прогнозировании прибыли российских компаний. Но самое важное: ученые снова сумели определиться с тем, когда погибнет человечество, если не сумеет улететь с Земли. Впрочем, согласно высказываниям политиков, некоторым не хочется ждать, когда объединение материков в суперконтинент покончит с пригодностью Земли для любых теплокровных видов. Так что начнем с того, как хорошо, что ядерными испытаниями занимаются ученые, а не политики.

Table of Contents

• О «чистых» ядерных испытаниях
• Новые космические цели Илона Маска
• Почему упала «Луна-25»
• Космические скафандры от Prada
• Российский суверенный литограф
• Ожидания китайского EUV
• Нейросети обошли людей-экономистов
• Очередное улучшение литиевых аккумуляторов
• Российский стенд для тестирования коробок-вариаторов
• Суперконтинент погубит теплокровных

О «чистых» ядерных испытаниях

Политическая обстановка последнего времени постоянно прорывается в те сферы, где ее, казалось бы, совсем неуместно обсуждать. Как, например, в этой рубрике, посвященной новостям технологий и науки, которые должны определить облик будущего. Но какое может быть будущее, если в публичной сфере, как во времена начала холодной войны, идет обсуждение того, что «обязательно бахнем, весь мир в труху». И если не по вероятному противнику, то хотя бы по полигону, но так, чтобы всем страшно стало. Однако же планированием характера проведения ядерных испытаний у нас пока занимаются ученые, а не политики (от них возможна только отмашка на само проведение) и уж тем более не медиаперсоны, живущие хайпом. Поэтому можно быть уверенным в том, что если кто-то что-то в рамках испытаний и взорвет, то уж точно без каких-то последствий в виде выпадения радиоактивных осадков и тем более падения всех тысяч спутников с орбиты и выгорания всех гражданских электроприборов. С последним давно известно, чего ждать и как взрывать для максимального эффекта, а первый же практический эксперимент приведет к тому, что всем будет одинаково плохо. Так что такой вариант можно исключить, если только в какой-нибудь стране мира политики не решат последовать примеру леммингов и массово самоубиться. С проблемой ядерного загрязнения при проведении испытаний также все давно решено и даже опробовано на практике. Например, самая мощная термоядерная бомба, которую когда-либо взрывали, — это пример «чистых» ядерных испытаний. Разумеется, чистота относительная, но в случае воздушного подрыва спецбоеприпаса на высоте, при которой огненный шар не касается поверхности, не случится образования воронки и выброса масс грунта, зараженных радионуклидами, и никакой угрозы жизнью и здоровью населения не будет. При этом, как ни странно, мощность термоядерного взрыва вообще не имеет значения. Значение имеет доля реакции расщепления (напоминаю, что в термоядерном взрыве большая часть выделяемой энергии — это термоядерная реакция синтеза, запускаемая ядерной боеголовкой-триггером), которая не должна превысить 1/10 общего энерговыхода. Это условие выполняется в любом современном и не очень термоядерном боеприпасе, причем с большим запасом. И это наиболее «страшный» воздушный подрыв, при подземном все еще проще. Так что бояться ядерных испытаний не стоит. Тем более что возобновление их практически неизбежно — уж больно давно ведущие страны их проводили, возможности по сбору и обработке данных с тех пор шагнули далеко вперед, а пользу они несут в первую очередь для фундаментальной науки и лишь потом для сбрендивших милитаристов. Им-то как раз и полувековой давности сведения о прохождении ударной волны годятся. Так что спокойно переходим к другим новостям, оставив апокалипсис (спойлер: отменить его человечество вряд ли сможет, но ждать придется четверть миллиарда лет) на десерт.

Новые космические цели Илона Маска

Теперь предлагаю поговорить об одной из самых медийных персон планеты — об Илоне Маске. За прошедшую неделю он отметился сразу двумя вещами. Возвращением себе звания самого богатого человека США и озвучиванием планов собственной космической программы. Считать чужие деньги неприлично, так что сразу переходим к планам для SpaceX, тем более что они весьма амбициозны. Выступая на Международном астронавтическом конгрессе в Баку (дистанционно), Маск заявил, что его цель — добиться вывода 1 миллиона тонн грузов на орбиту Земли в год. Именно столько, по его прикидкам, потребуется, чтобы начать межпланетную экспансию человечества. И да, его не смущает, что для этого потребуется совершать не менее тысячи космических запусков за год. У него готово решение — нужна платформа для морских стартов, и не одна. Как насчет того, что пока успехи SpaceX хотя и потрясают воображение (за половину нынешнего года было осуществлено более 60 пусков), но довольно далеки от цифры в миллион тонн (за 2023 год SpaceX вывела 447 тонн грузов), миллиардер пояснять не стал. Его конечная цель — город на Марсе, а для этого нужно вообще 5 миллионов тонн грузов в год. Реальные планы SpaceX немного скромнее. К концу 2023 года планируется выйти на показатель в 10 пусков ежемесячно, а в 2024 году это количество должно вырасти до 12. Т.е. за 2024 год будет 144 пуска. Дальнейшего роста количества выводимых грузов Маск ожидает за счет перехода к полетам сверхтяжелых космических кораблей Starship. Причем уже в перспективе ближайших четырех лет можно ждать его первого полета к Марсу. Правда, пока без экипажа.

Почему упала «Луна-25»

У Роскосмоса планы тоже амбициозные, но финансирование все же примерно в 10 раз меньше, так что и осетр, соответственно, урезанный. На повестке дня не Марс, а «Луна-26», которой не хотелось бы повторить судьбу своей предшественницы с номером 25 на борту. В точности повторить она ее гарантированно не сможет, поскольку уже известно, что план полета и спуска на спутник будет другим. Журналисты «Московского Комсомольца» опубликовали расследование того, что скрывается за официальным сообщением: «Установлено, что наиболее вероятной причиной аварии “Луны-25” стало нештатное функционирование бортового комплекса управления, связанное с невключением блока акселерометров в приборе БИУС-Л (блок измерения угловых скоростей) из-за возможного попадания в один массив данных команд с различными приоритетами их исполнения прибором. При этом распределение команд в массивах данных имеет случайный (вероятностный) характер». В переводе на менее сухой и более понятный язык, у бортовой системы «Луны-25» случился конфликт приоритетов выполнения программ. Главный компьютер космического аппарата БКУ отправил на компьютер БИУС-Л сразу несколько команд, имевших одинаковый приоритет. Часть команд БИУС-Л получил и выполнил, а часть пропустил. В силу стечения обстоятельств потерянной оказалась команда на включение измерителей ускорения аппарата, но не потерялась команда на включение тормозных двигателей, а такое сочетание неминуемо вело к неправильному времени их работы. Контролирующего экипажа на борту не предусматривается, а задержки связи исключают вмешательство наземного ЦУПа в маневры, при которых счет идет на секунды. В итоге можно, конечно, списать все на криворуких программистов, которые не предусмотрели такую, на первый взгляд, очевидную ситуацию, но, скорее всего, проблема кроется в том, что разные модули космических аппаратов создаются разными командами инженеров, которые не в полной мере представляют то, что делают в соседнем отделе. Выявить подобные конфликты разных блоков зачастую не удается и на куда более простых и типовых устройствах (привет, беспроводная зарядка BMW, сжигающая iPhone), не то что на перегруженном научным оборудованием лунном посадочном модуле.

Космические скафандры от Prada

По данным итальянского информационного агентства ANSA, Axiom Space и модный дом Prada заключили соглашение, предусматривающее сотрудничество в деле разработки скафандров для миссии NASA Artemis III 2025 года. Несмотря на то, что в соглашении на первый взгляд содержится довольно спорное утверждение о совместной разработке дизайна и поиске инновационных материалов, речь идет вовсе не о том, чтобы астронавты оказались одетыми стильно и модно. В данном случае дизайн — это в первую очередь не красивое расположение элементов скафандра для фотосессии, а многолетний опыт дизайнеров одежды в работе над сочетанием кроя, материалов и человеческого тела. Prada не сможет помочь с разработкой внешней поверхности скафандра, поскольку ее дизайнеры вряд ли имеют хоть какое-то представление о том, от каких факторов и как нужно защищать астронавта. Но и у Axiom Space немного знаний о современных материалах, которые позволили бы астронавту не слишком потеть или мерзнуть, и уж тем более нет опыта в том, где лучше расположить швы одежды, чтобы она не натирала, не давила и не пошла складками (скафандр жесткий, и почесаться в нем или поправить костюмчик не выйдет в течение долгих часов). Что же до вопроса, почему Prada, а не что-нибудь менее пафосное, то Axiom Space занимается космическим туризмом, куда приходят клиенты, которые не одеваются в масс-маркете, да и цена билета в космос повыше, чем расходы на такси бизнес-класса.

Российский суверенный литограф

Возвращаясь с космических высей в российские дали, поговорим о том, что в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого заявили о создании российского суверенного литографа для выпуска микроэлектронных наноструктур. Причем стоимость этого решения для клиента, который будет готов его купить, — всего 5 млн рублей. Учитывая, что зарубежные аналоги оцениваются в 10+ млрд рублей, ценник не привлекательный, а просто невероятно привлекательный. Установка позволяет получать изображение на подложке без использования специальной маски, так что еще и эксплуатация такой установки куда дешевле классического литографа. Вот только есть некоторый подвох. Безмасочный литограф — это всего одна из двух разработанных установок, и для создания необходимых в микроэлектронике наноструктур требуются оба. Вторая машина работает с продуктом первой, и ее стоимость не озвучивалась. Требуется она для плазмохимического травления кремния, чтобы формировать собственно наноструктуры и кремниевые мембраны. Что еще важно отметить — ни одна из представленных СПбПУ машин не предназначена для печати чипов, речь идет только о производстве каких-то отдельных микроэлектронных компонентов. К тому же нет ни слова о разрешении такого литографа, а упомянутые в сообщении датчики давления и солнечные панели вполне могут обходиться и структурами микрометрового диапазона. Так что никакого чуда не произошло — в Санкт-Петербурге построили узкоспециализированную производственную машину, которая примечательна своей полезностью для отечественной промышленности в силу полного импортозамещения и бюджетности, но нисколько не приближает нас к получению современных и суверенных микропроцессоров.

Ожидания китайского EUV

Что же касается сложности компенсации отставания в условиях технологических санкций, хорошим примером будет опубликованная на неделе оценка перспектив китайской промышленности в освоении печати в сверхжестком ультрафиолете (EUV-литографии). Журналисты издания South China Morning Post собрали мнение представителей китайской микроэлектронной промышленности по вопросу и сообщают о том, что минимум четыре года уйдет на то, чтобы преодолеть барьер, выставленный американскими санкциями. И это еще при наиболее благоприятном раскладе, так что EUV до заводов, выпускающих конечную продукцию, вообще доберется не ранее чем через пять лет. Китайский разработчик литографов компания SMEE уже освоила производство оборудования для печати до 90-нм, а до конца года имеет обязательства освоить и 28-нм технологию. Но это предел того, чего можно достигнуть без перехода к работе с печатью в сверхжестком ультрафиолетовом излучении. Есть, правда, оборудование SMIC, которое позволило Huawei получать чипсеты до 7-нм технологии, но это случай «обходных технологий», т.е. фактически серый импорт, использование иностранных комплектующих, которые ныне недоступны. Для сравнения, в России имеется оборудование для печати по технологиям до 65-нм и ведется работа над литографом (неясно, насколько суверенным) с топологией до 28-нм. По оптимистичным расчетам ИПФ РАН, первое оборудование, которое в лабораторных условиях (для массового производства нужно будет другое) позволит освоить 7-нм техпроцесс, должно быть готово в 2028 году. В целом, эти сроки совпадают с китайскими оценками их собственных возможностей. Нюанс в том, что в КНР рассчитывают к этому времени получить промышленное оборудование, которое позволит нивелировать отставание от мировых лидеров, тогда как российская разработка предполагает достижение конкурентоспособности промышленности где-то после 2030 года.

Нейросети обошли людей-экономистов

Очередная профессия, которой можно предрекать закат в мире нейросетей и машинного обучения, — экономист. Во всяком случае, для российских предприятий прогнозы прибыли искусственный интеллект уже выдает точнее, чем люди. Об этом говорят исследования, проведенные Томским политехническим университетом (ТПУ). Анализу были подвергнуты данные 1167 предприятий России, показатели деятельности которых брались за период с 2017 по 2023 год. В динамике рассматривались структура капитала, выручка, объемы продаж, рентабельность, веб-трафик, создание и актуализация собственных сайтов предприятий, их посещаемость и использование социальных сетей для взаимодействия с покупателями. «Для анализа данных ученые использовали пять различных компьютерных алгоритмов: три простых, включающих разные типы нейронных сетей, и два сложных — так называемые портфели и ансамбли. Затем политехники математическими методами рассчитали ошибки прогнозов, полученных с помощью регрессионного анализа и компьютерных алгоритмов. Исследование показало, что алгоритмы, называемые портфелями и ансамблями, позволяют на 10% точнее прогнозировать прибыльность фирм». При этом именно традиционные математические модели используются экономистами на практике, так что в итоге можно говорить о том, что нейросеть посчитает влияние факторов на прибыль на 10% точнее, чем человек с калькулятором. Насколько точнее окажется прогноз экономиста, вооруженного еще и моделями нейросетевого анализа, в сравнении с машиной, покажут время и практика.

Очередное улучшение литиевых аккумуляторов

Иногда британские ученые оправдывают не только саркастическое наименование, но и представление о том, что научные открытия делаются случайно. Именно таким образом в Бирмингемском университете открыли способ радикально упростить и удешевить производство электродов для литий-ионных батарей. Не то чтобы коллектив ученых во главе с Элизабет Дрисколл до того занимался исследованием какой-то глупости, их работа как раз была связана с изучением свойств электролитов для литий-ионных батарей и аккумуляторов из молибдата лития. Это вещество и родственные ему материалы семейства DRX, каменных солей с высоким содержанием лития, сейчас рассматриваются как перспективная основа для катодов особенно емких литиевых аккумуляторов. Для изучения круговорота кислорода в батареях ученым потребовалось перемолоть молибдат лития, и они использовали имевшуюся шаровую мельницу. И, как оказалось, эта процедура привела к появлению в нем кристаллических структур, которые ранее выявлялись только при высоком давлении. Дальнейшие наблюдения показали, что пятиминутная обработка в этом простом устройстве ведет к фазовой трансформации веществ и изменениям их кристаллической решетки, для которых обычно требуется сжатие при давлении 10 тысяч атмосфер и выше. Очевидная экономия времени и энергии позволит существенно снизить стоимость литиевых аккумуляторов.

Российский стенд для тестирования коробок-вариаторов

Возвращаясь снова к российским новостям, поговорим о том, что в Пензенском государственном университете создали первый в России испытательный стенд для бесступенчатых трансмиссий (вариаторов). Как заявляют разработчики, такой стенд позволит существенно упростить и удешевить испытание автомобилей с такой коробкой передач, благодаря тому, что не будут требоваться полигонные условия для снятия показателей с трансмиссии. До настоящего момента, как приводится в сообщении, в России не было стенда, способного работать именно с бесступенчатыми коробками, а в ПГУ заняты в том числе и разработкой такой отечественной трансмиссии — в 2019 году ученые получили патент на бесступенчатую коробку передач с повышенным диапазоном передаточных отношений, в 2021 году запатентовали способ усилить работу двигателя посредством модернизации работы коробки передач. Именно для испытаний собственной разработки им и понадобился стенд. Сама по себе конструкция не представляет какой-то большой сложности: стенд состоит из рамы с тяговым электродвигателем, нагрузочного электродвигателя, соединенного с выходным валом вариатора, и блока управления, который позволяет контролировать нагрузку и снимать показания. Но если российский автопром заинтересуется внедрением отечественных бесступенчатых трансмиссий, то без такого стенда обойтись уже не получится.

Суперконтинент погубит теплокровных

И последнее — о том, что нас погубит. Нас — в смысле вообще всех теплокровных существ. Из курса географии в школе мы знаем, что некогда давно на Земле был один-единственный материк, который потом распался на знакомые нам по картам, но также в силу движения литосферных плит когда-нибудь возникнет снова. Произойдет это, по грубым прикидкам ученых, примерно через 250 миллионов лет. Сопровождаться это будет катаклизмами, но в силу весьма размеренного темпа дрейфа континентов не будет каким-то единым апокалиптическим столкновением. Настоящей проблемой будущего станет изменение климата, которое произойдет при таком слиянии материков. Погода станет не просто жаркой, а очень жаркой. 40-50 градусов среднесуточной с дневными температурами, которые легко побьют все нынешние рекорды. Ах да, если вы вспомнили про Аравийский полуостров, где 40-50 градусов — это норма, то забудьте. Влажность на Пангее Ультиме (так ученые назвали будущий гипотетический мегаконтинент) будет выше, чем в современных тропиках. А все по той причине, что большая ее часть окажется в районе экватора, хотя в целом она протянется от Южного полюса к Северному. Плюс через 250 миллионов лет Солнце будет излучать на 2,5% больше энергии, что в сочетании с влиянием на климат планеты такого огромного куска суши станет неприемлемым для теплокровных животных, к которым относится и человек. Природные системы охлаждения организма просто не справятся с такими экстремальными температурами. Да и вообще, вряд ли Пангея Ультима будет радовать изобилием жизни. Средние летние температуры вырастут с 14-15 градусов до 34-46 градусов, 43-49% площади суши займут пустыни, а жить на суше можно будет лишь в приполярных областях, климат которых будет похож на современные тропики. Если человечество к тому времени все еще будет существовать, то лучше бы ему услышать «Всего хорошего, и спасибо за рыбу!», поменявшись местами с дельфинами.