Современные проблемы технической физики. Самые дорогие научные проекты

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Современные проблемы технической физики. Самые дорогие научные проекты

Содержание

2. Многие области современной науки дошли до того рубежа, когда двигаться вперед можно только с помощью очень
4. International Space Station Международная космическая станция (МКС) На орбите, примерно 330–350 км от Земли Более $100
5. МКС — не только самый дорогой научный (или околонаучный) проект в истории. Это еще и самый
6. Тут выращивают кристаллы и время от времени что-нибудь проделывают с пауками и ящерицами. Но прорывов в
7. Можно считать, что самый ценный опыт — это подготовка к опыту. Сборка гигантских модулей на орбите
8. Но главное — это люди: медики с неослабевающим влиянием следят за тем, как в отсутствие силы
10. International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) Международный экспериментальный термоядерный реактор Во Франции, неподалеку от Лазурного Берега $12–15
11. Только в 2006 году ведущие страны мира сумели договориться о строительстве экспериментального термоядерного реактора. Финансовый вклад
13. Large Hadron Collider Большой адронный коллайдер Ускоритель, в котором сталкиваются встречные пучки протонов и тяжелых ионов
14. Большой адронный коллайдер — это самый мощный, самый дорогой и т. д. прибор в современной физике
16. James Webb Space Telescope Космический телескоп «Джеймс Вебб» Инфракрасная космическая обсерватория В 1,5 млн км от
17. «Джеймс Вебб» сменит «Хаббл» на посту главного телескопа землян. У преемника с предшественником мало общего: когда
18. Почему инфракрасное лучше? Существует так называемое красное смещение — эффект, открытый Хабблом. Чем дальше объект и
19. По сравнению с «Хабблом» «Вебб» масштабнее и сложнее. Главная его деталь — 6,5−метровое зеркало (против 2,5−метрового
20. Human Proteome Протеом человека Создание списка всех белков человека Сотни лабораторий по всему миру Более $1
21. Вся наша жизнь основана на одном классе веществ — на белках. Одни из них позволяют нам
22. Протеом для «чтения» гораздо сложнее, чем геном. Во-первых, последовательность ДНК более-менее стабильна, а белковый состав нашего
24. Facility for Antiproton and Ion Research Ускоритель для исследования антипротонов и ионов Дармштадт, Германия Примерно $1,7
25. Воссоздать ту субстанцию, которая образовалась в первые микросекунды после Большого взрыва. Другая задача — изучить так
27. Mars Science Laboratory Марсианская научная лаборатория на 45−й широте или ближе к экватору Марса $2,3 млрд.
29. X-Ray Free Electron Laser Рентгеновский лазер на свободных электронах Самый крупный в мире рентгеновский лазер Гамбург,
30. По формальным признакам эта штука будет напоминать Большой адронный коллайдер — тоже очень дорогая, тоже под
32. Census of Marine Life Перепись морской жизни Составление реестра обитателей моря В морях и океанах от
33. Впервые составляется полный список обитателей моря. Предполагается, что в нем окажется не меньше четверти миллиона видов
34. Square Kilometre Array Антенная решетка в квадратный километр Многоантенный радиотелескоп Южная Африка или Австралия, сеть протяженностью
35. Радиоастрономия — что-то вроде зрения лягушки, которая видит только то, что движется. Если звезда подает мощные
37. Integrated Ocean Drilling Program Комплексная программа океанского бурения Бурение глубоких скважин в океане Специально выбранные участки
38. Внутренности нашей планеты — одна из самых больших загадок науки. Лунный грунт, привезенный за триста тысяч
41. National Ignition Facility (NIF) Национальная «зажигательная» установка лазерный термоядерный реактор Ливермор, Калифорния, США $3,9 млрд. Установка
42. 192 сверхмощных лазера, нацеленных в одну точку, должны сгенерировать вспышку света в 500 тераватт — это
43. Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций (NIF) Крупнейший лазер с самым мощным содержанием энергии, который располагается в
44. Ожидается, что выход термоядерной энергии на установке впервые превысит энергию, затраченную на запуск реакции. Это станет
68. Скачать презентацию

Слайд 2

Многие области современной науки дошли до того рубежа, когда двигаться вперед

можно только с помощью очень дорогих проектов. Конечно, нельзя все мерить только деньгами — и сейчас великое открытие можно совершить с бюджетом в сотню долларов.
Но гигантские вложения в те или иные проекты как минимум свидетельствуют о том, какие задачи признаются государствами и учеными достойными таких затрат. Сегодня проектов, чей бюджет зашкаливает за миллиард долларов, стало достаточно много.

Слайд 3

Слайд 4

International Space Station
Международная космическая станция (МКС)
На орбите, примерно 330–350 км от

Земли Более $100 млрд. База для множества космических исследований В 1998 году был запущен первый модуль. Строительство идет непрерывно

Слайд 5

МКС — не только самый дорогой научный (или околонаучный) проект в

истории. Это еще и самый большой техногенный предмет в космосе. Или единственное место во Вселенной (кроме, разумеется, Земли), где имеются интернет, душ и туалет. Рекордов на счету МКС сколько угодно. С научными задачами хуже.

Слайд 6

Тут выращивают кристаллы и время от времени что-нибудь проделывают с пауками

и ящерицами. Но прорывов в физике и биологии, которые хоть как-нибудь сказались бы на земной науке, здесь не сделали — или просто не готовы о них рассказать. Поэтому-то скептики вроде футуриста и патриарха теоретической физики Фримена Дайсона и заявляли, что станция — дело полезное, если только смотреть на нее как на общечеловеческую игрушку.

Слайд 7

Можно считать, что самый ценный опыт — это подготовка к опыту.

Сборка гигантских модулей на орбите — потрясающее упражнение для инженеров и программистов. Стыковка — еще один пример тонких технологий. А следы микрометеоритов на обшивке дают представление о том, как ведут себя материалы при столкновении на невероятных для Земли скоростях.

Слайд 8

Но главное — это люди: медики с неослабевающим влиянием следят

за тем, как в отсутствие силы тяжести меняется, например, состав костей у космонавтов и как их организм реагирует на космическое облучение. Когда задумают строить базы на Луне или на Марсе, это знание наверняка пригодится.

Слайд 9

Слайд 10

International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) Международный экспериментальный термоядерный реактор
Во Франции, неподалеку

от Лазурного Берега
$12–15 млрд. Cтроительство начато в 2006 году. В 2016−м оно должно быть закончено, после чего в течение 20 лет будут проводиться эксперименты. Если они пойдут успешно, то в 2020−х — 2030−х годах начнется проектирование коммерческих термоядерных реакторов, которые начнут полноценно работать где-то к 2060 году

Слайд 11

Только в 2006 году ведущие страны мира сумели договориться о строительстве

экспериментального термоядерного реактора.
Финансовый вклад распределяется следующим образом: Китай, Индия, Корея, Россия, США — каждая по 1/11 суммы, Япония — 2/11, Европейский союз — 4/11.

Слайд 12

Слайд 13

Large Hadron Collider Большой адронный коллайдер
Ускоритель, в котором сталкиваются встречные пучки протонов

и тяжелых ионов На территории Швейцарии и Франции Затраты приближаются к $10 млрд Понять природу вещества, времени и Вселенной Строительство началось в 2001 году.

Слайд 14

Большой адронный коллайдер — это самый мощный, самый дорогой и т.

д. прибор в современной физике элементпрных частиц.
Более того, это единственная научная установка, которая вовсю обсуждается не только учеными, но и самой широкой публикой.
Коллайдер стал героем анекдотов, встав в один ряд со Штирлицем, чукчей и Вовочкой.

Слайд 15

Слайд 16

James Webb Space Telescope Космический телескоп «Джеймс Вебб»
Инфракрасная космическая обсерватория В 1,5 млн

км от Земли $4,5 млрд. Исследование галактик, звезд и землеподобных планет Запуск запланирован на 2013–2014 год

Слайд 17

«Джеймс Вебб» сменит «Хаббл» на посту главного телескопа землян. У преемника

с предшественником мало общего: когда «Хаббл» затопят, эра оптических телескопов, по большому счету, закончится. Вселенную «Вебб» будет показывать в инфракрасных лучах, как приборы ночного видения

Слайд 18

Почему инфракрасное лучше? Существует так называемое красное смещение — эффект, открытый

Хабблом. Чем дальше объект и чем быстрее он убегает от Земли, тем сильнее его спектр сдвинут в красную область.
Звезды в нескольких миллиардах световых лет от нас уже невидимы глазу, зато заметны такому «прибору ночного видения». А потенциальные двойники Земли — планеты вне Солнечной системы — обычно выдают себя именно инфракрасным излучением: так молекулы их атмосферы отдают свет обратно в космос.

Слайд 19

По сравнению с «Хабблом» «Вебб» масштабнее и сложнее. Главная его деталь

— 6,5−метровое зеркало (против 2,5−метрового у «Хаббла») из бериллия, покрытого слоем золота. Однако дистанция в 1,5 млн. километров создает проблемы: если «Хаббл» раз в несколько лет чинят астронавты, то «Веббу» придется рассчитывать только на себя.

Слайд 20

Human Proteome Протеом человека
Создание списка всех белков человека Сотни лабораторий по всему

миру Более $1 млрд. Создать принципиально новые средства лечения и диагностики болезней О проекте заговорили в начале 2000−х, а белки начали определять больше ста лет назад

Слайд 21

Вся наша жизнь основана на одном классе веществ — на белках.

Одни из них позволяют нам двигаться, другие определяют настроение, третьи помогают переваривать пищу. В середине 90−х годов австралийский ученый Марк Уилкинс придумал слово «протеом». Оно было образовано от «протеина» (белок по-английски — protein, да и в русском его так иногда называют) и «генома» (совокупность всех генов).

Слайд 22

Протеом для «чтения» гораздо сложнее, чем геном. Во-первых, последовательность ДНК более-менее

стабильна, а белковый состав нашего организма меняется каждую секунду. Во-вторых, мало просто понять, из каких аминокислот состоит белок, нужно еще разобраться с его функциями. Вот тогда-то может появиться принципиально новая медицина, позволяющая очень быстро диагностировать любую болезнь и максимально эффективно ее лечить. Скоординировать научные группы, работающие над этой проблемой, пытается международная Организация протеома человека — Human Proteome Organization (HUPO). Особый акцент они делают на белках головного мозга, крови и печени.

Слайд 23

Слайд 24

Facility for Antiproton and Ion Research Ускоритель для исследования антипротонов и ионов
Дармштадт,

Германия Примерно $1,7 млрд. Моделировать ранние состояния Вселенной, понять устройство нейтронов и протонов, изучить устройство ядра и еще многое другое Установку планируется запустить в 2015 году

Слайд 25

Воссоздать ту субстанцию, которая образовалась в первые микросекунды после Большого

взрыва. Другая задача — изучить так называемое сильное взаимодействие. Именно оно «держит мир изнутри», не давая распасться атомным ядрам на частицы, а частицам — на кварки.

Слайд 26

Слайд 27

Mars Science Laboratory Марсианская научная лаборатория
на 45−й широте или ближе к экватору

Марса $2,3 млрд. Найти жизнь

Слайд 28

Слайд 29

X-Ray Free Electron Laser Рентгеновский лазер на свободных электронах
Самый крупный в

мире рентгеновский лазер Гамбург, Германия Около $1,5 млрд. Анализировать органические молекулы и нано материалы Старт назначен на 2013–2014 год

Слайд 30

По формальным признакам эта штука будет напоминать Большой адронный коллайдер

— тоже очень дорогая, тоже под землей и тоже в виде кольцевого туннеля.
Только задачи у нее совсем другие: с помощью очень коротких лазерных вспышек (меньше триллионной доли секунды) можно будет «видеть» молекулярные и атомарные процессы.
Почти четверть бюджета взяла на себя Россия.

Слайд 31

Слайд 32

Census of Marine Life Перепись морской жизни
Составление реестра обитателей моря В морях и

океанах от полюсов до экватора Более $1 млрд. Понять, кто и как живет в море
2000–2010 годы

Слайд 33

Впервые составляется полный список обитателей моря. Предполагается, что в нем окажется

не меньше четверти миллиона видов морских животных. Помимо вопроса «кто?» программа также должна разобраться с категорией «где?», то есть понять места обитания того или иного вида. Третий вопрос еще сложнее — «сколько?»
Во время переписи открыто уже почти 6 тыс. новых видов. Среди них обитающий у берегов Антарктиды осьминог Megaleledone setebos, который признан предком всех глубоководных осьминогов.

Слайд 34

Square Kilometre Array Антенная решетка в квадратный километр
Многоантенный радиотелескоп Южная Африка или Австралия,

сеть протяженностью в 3 тыс. км $2 млрд. Исследования космоса Построят в 2016 году, ждут результаты в 2020−м

Слайд 35

Радиоастрономия — что-то вроде зрения лягушки, которая видит только то, что

движется. Если звезда подает мощные радиосигналы — значит, с ней происходит что-то особенное.
За чуткость приходится платить размерами. SKA состоит из почти пяти тысяч 12−метровых антенн — сложив их сигналы, в принципе, можно получить то, что передала бы одна антенна размером с континент. Главная неприятность в том, что комплекс строят в Южном полушарии — большую часть северного неба он никогда не увидит.

Слайд 36

Слайд 37

Integrated Ocean Drilling Program Комплексная программа океанского бурения
Бурение глубоких скважин в океане Специально

выбранные участки в Тихом и Атлантическом океанах Более $1,5 млрд Понять тектонику плит, предсказывать землетрясения, реконструировать геологическую историю Земли Началась в 2003 году.

Слайд 38

Внутренности нашей планеты — одна из самых больших загадок науки. Лунный

грунт, привезенный за триста тысяч километров, можно пощупать в лаборатории. А вот земные глубины изучают преимущественно по косвенным данным.
Одна из целей программы — добраться до земной мантии или, по крайней мере, до так называемого слоя Мохоровичича, который лежит между мантией и корой. Основной «инструмент» проекта — несколько специально оборудованных кораблей. Самый известный из них — Chikyu. Размещенная на нем установка способна пробурить океанское дно на глубину больше 7 километров.

Слайд 39

Слайд 40

Слайд 41

National Ignition Facility (NIF) Национальная «зажигательная» установка
лазерный термоядерный реактор Ливермор, Калифорния, США
$3,9 млрд. Установка

была завершена в марте 2009 года.

Слайд 42

192 сверхмощных лазера, нацеленных в одну точку, должны сгенерировать вспышку света

в 500 тераватт — это примерно 5 триллионов лампочек. Вспышка, однако, будет сверхкороткой — миллиардные доли секунды. Все это нужно, чтобы спровоцировать термоядерную реакцию внутри золотого «наперстка» объемом с горошину, куда закачают дейтерий с тритием. Реакцию считают самым дешевым (в перспективе) источником энергии.

Слайд 43

Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций (NIF)
Крупнейший лазер с самым мощным

содержанием энергии, который располагается в Ливерморе, штат Калифорния.
29 сентября 2010 года NIF завершил первый эксперимент по зажиганию, в котором 192 лазера сфокусировались на маленьком цилиндре с капсулой с замороженным водородным топливом. Этот эксперимент стал последним в серии тестов, которые приведут к долгожданному «зажиганию», когда ядра атомов топлива в капсуле вынуждены сливаться, выпуская огромную энергию.

Слайд 44

Ожидается, что выход термоядерной энергии на установке впервые превысит энергию, затраченную

на запуск реакции. Это станет ценным источником силы. На строительство NIF ушло более 3,5 миллиардов долларов с 1997 года, комплекс является частью Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. Полного слияния ученые хотят достичь к 2012 году.

Слайд 45

Слайд 46

Слайд 47

Слайд 48

Слайд 49

Слайд 50

Слайд 51

Слайд 52

Слайд 53

Слайд 54

Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

Слайд 58

Слайд 59

Слайд 60

Слайд 61

Слайд 62

Слайд 63

Слайд 64

Слайд 65

Слайд 66