В пятницу китайская частная компания LandSpace завершила серию испытаний многоразовой ракеты Zhuque-3 на метане. Это уже вторая многоразовая ракета частной разработки в Китае, использующая экологически чистое топливо. Ранее компания iSpace провела серию подъёмов ракеты Hyperbola-2. Таким образом, пока компания SpaceX пытается осуществить удачный запуск гигантской ракеты Starship, китайские компании начинают дышать ей в спину.

Источник изображения: LandSpace

Прототип ракеты Zhuque-3 со стартовой массой 50,3 т высотой 18,3 м и диаметром 3,35 м поднялся на высоту 320 м и пробыл в воздухе 60 с. Ракета мягко поднялась и опустилась практически в центр мишени на соседней площадке. О точности приземления не сообщается, но в случае испытания прототипа ракеты Hyperbola-2, например, отклонение от центра мишени составило всего 29,5 см.

По заверениям LandSpace, ракеты Zhuque-3 начнут коммерческую эксплуатацию в 2025 году. Каждая ракета может быть использована не менее 20 раз, что снизит стоимость запуска на 80–90 %. В будущем компания проведёт ещё ряд испытаний прототипа с подъёмами на большую высоту для оттачивания технологий управления системами ракеты.

Удивительно, как они обходятся без «фейерверков», регулярно случавшихся на стартовой площадке космической компании Илона Маска при испытаниях прототипов? Впрочем, китайцы не склонны рассказывать о неудачах. Поэтому факты аварий банально могут скрываться, что ничуть не умаляет их успехов.

С 6 января текущего года созданный в Китае квантовый компьютер Origin Wukong на 72 сверхпроводящих кубитах открыт для удалённого доступа из любой страны мира. Им уже воспользовались исследователи из 61 страны, а больше всего пользователей оказалось из США. При этом американские квантовые платформы закрыты для входа из Китая. Это ничего не меняет, сообщают китайские учёные, для науки не должно быть границ.

ИИ-генерация «китайский квантовый компьютер», стиль «аниме». Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В основе свободного доступа к подобным ресурсам лежит простая вещь — квантовые вычисления лежат на такой ранней стадии изучения, что даже специалисты в этой сфере не очень понимают, что с этим делать. Если для науки, то вопросов нет. Но с точки зрения практического применения квантовые компьютеры — это тёмный лес.

Не секрет, что в области разработки и изучения ценности квантовых систем Китай отстаёт от США. Та же компания IBM начала углубляться в эту область в конце 90-х годов прошлого века. У американских разработчиков 20 лет форы, а это дорогого стоит. Сегодня в активе IBM 433-кубитовые сверхпроводимые процессоры Osprey и перспективные 1121-кубитовые Condor. На этом фоне 72-кубитовый компьютер Wukong китайской компании Origin Quantum выглядит бледно. Но стоит принимать во внимание, что Origin Quantum создана в 2017 году и к настоящему дню проделала гигантский для себя путь.

24-кубитовая система Wuyuan. Источник изображения: Origin Quantum

Свой первый квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах Origin Quantum изготовила и отправила неназванному клиенту в 2020 году. Вторая система — Wuyuan, состоящая из 24 кубитов, была поставлена заказчику в 2021 году. Третья и лучшая на сегодняшний день система компании — Wukong, из 72 кубитов, была поставлена в 2022 или в начале 2023 года. Именно она была введена в эксплуатацию и выделена в облачный доступ.

По сообщению источника, по состоянию на 10:00 утра 15 января 2024 года количество удалённых обращений к Origin Wukong превысило 350 000. Среди тех, кто вошел в систему, были пользователи из Болгарии, Сингапура, Японии, России и Канады, но США лидировали в подсчёте, хотя конкретных цифр не было представлено. С момента ввода в эксплуатацию 6 января машина выполнила 33 871 задачу по квантовым вычислениям для пользователей по всему миру. Одновременно она может выполнять до 200 квантовых операций, добавляют разработчики.

Китайцы поступили мудро, разрешив работать с системой абсолютно без ограничений. Самое ценное в этом мире — это идеи.

За редким исключением индустрия производства чипов пошла по пути чиплетов, собирая более производительные процессоры с большим числом функций из отдельных кристаллов на одной подложке. Но есть и противоположный путь — создавать процессоры из цельной кремневой пластины. Ярчайшим примеров этого стали процессоры компании Cerebras. Оказалось, что в Китае тоже умеют выпускать «царь-процессоры».

Источник изображения: Cerebras

В конце декабря 2023 года в китайском научном журнале Fundamental Research вышла статья The Big Chip: Challenge, Model and Architecture за авторством учёных из Института вычислительных технологий Академии наук Китая. Статья на английском языке свободно доступна по ссылке. В работе коллектив авторов не только рассуждает о проблемах производства чипов масштаба пластины, но также сообщает о производстве опытного чипа Zhejiang с нормами 22 нм по технологии КМОП.

Экспериментальный процессор состоит из 16 функционально самостоятельных процессоров, каждый из которых несёт по 16 вычислительных ядер (всего 256 ядер). Все процессоры соединены интерфейсом с разделяемым доступом. Это позволило упростить разводку и управление чипом. Каждый процессор имеет собственный банк памяти, но доступ к банку возможен со стороны любого процессора на пластине.

Команда также показала, что предложенная ими технология допускает выпуск чипов с сотней процессоров и 1600 ядрами. Из-за санкций Китай лишён доступа к самым передовым литографическим сканерам для выпуска полупроводников, поэтому «большие чипы» вполне могут стать альтернативой маленьким чипам с более плотным размещением транзисторов. Остаётся вопрос к энергопотреблению процессоров масштаба пластин, но другой альтернативы у Китая может просто не оказаться, если ему необходимо повышать производительность суперкомпьютеров.

Процессор американской компании Cerebras демонстрирует чудеса производительности при умеренном потреблении, но он (его вторая версия) производится с использованием 7-нм техпроцесса. Китайский 22-нм чип не сможет с ним тягаться в этом отношении, но свой круг задач он сможет решать. Более того, разработчики получат ценный опыт и отточат технологии, а также архитектуры, что пригодится в будущем, когда в их руках появятся новейшие литографические сканеры.

Первый этап ограничений на поставку ускорителей NVIDIA для систем искусственного интеллекта был введён в сентябре 2022 года, когда под запрет попали A100 и H100, и тогда компания предложила китайским клиентам A800 и H800, адаптированные под требования американских властей. В октябре прошлого года под запрет попали и они, но конкурсная документация доказывает, что китайские организации продолжают получать все эти ускорители даже сейчас.

Источник изображения: NVIDIA

Во всяком случае, об этом сообщает агентство Reuters со ссылкой на собственные изыскания с использованием документации из открытых источников. Китайские компании и академические учреждения проводят конкурсы на поставку специфических компонентов, и анализ этой документации позволяет источнику утверждать, что поставки ускорителей A100 и H100 в Китай продолжались с осени позапрошлого года, а сейчас китайские разработчики продолжают закупать A800 и H800. Правда, следует признать, что речь идёт о предельно малых партиях. В качестве примера Reuters приводит сделки, описывающие поставку одного или от силы пяти соответствующих ускорителей.

Конкретному получателю, как поясняют опрошенные изданием эксперты, будет сложно создать с помощью такого количества ускорителей полноценно функционирующую систему искусственного интеллекта. Например, популярный ChatGPT в своей работе опирается на ресурсы не менее 30 000 ускорителей NVIDIA. Единичные поставки запрещённых компонентов в Китай, скорее всего, позволяют получателям незначительно поднять производительность своих систем или восполнить потери выбывающего оборудования.

В любом случае, за прошедшее с осени 2022 года Университет Цинхуа, который американские власти считают одной из самых мощных китайских исследовательских организаций, вопреки существующим санкциям смог получить около 80 ускорителей NVIDIA A100. В текстах конкурсных заявок прочих китайских организаций упоминалось, что поставляемые ускорители NVIDIA не должны быть подержанными или переделанными из других вычислительных решений. Подобное условие отображает специфику китайского рынка — в условиях санкций поставщики не брезгуют любыми возможностями. Reuters удалось найти документы по более чем сотне сделок, связанных с закупкой государственными организациями КНР ускорителей NVIDIA A100, а количество сделок по закупке A800 измеряется десятками, причём все они относятся к периодам, когда соответствующие санкции США уже действовали.

Сегодня в 15:05 по местному времени (в 10:05 мск) с космодрома Сичан на юго-западе Китая ракета «Чанчжэн 2C» вывела на орбиту рентгеновскую обсерваторию «Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Обсерватория будет фиксировать мощные энергетические рентгеновские события во Вселенной с беспрецедентной частотой — полный обзор неба будет совершаться каждые 5 часов. Нас ждёт волна интереснейших открытий из жизни чёрных дыр, квазаров, нейтронных звёзд и другого.

«Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Источник изображения: CAS

Миссия «Зонд Эйнштейна» — это плод сотрудничества Китая и Европейского космического агентства. На борту обсерватории два блока рентгеновских телескопов: один китайский (широкоугольный, состоящий из 12 модулей) и один европейский (направленный, состоящий из двух модулей). Широкоугольный телескоп WXT (Wide-field X-ray telescope) обладает полем зрения 1345 квадратных градусов. Двенадцать модулей телескопа, каждый из которых имеет матрицу по 30 млн «пикселей», будут за раз делать снимок неба площадью в 10 000 дисков полной Луны. Для сравнения, один кадр рентгеновского телескопа NASA «Чандра» захватывает участок неба, равный половине площади диска Луны.

Телескоп WXT обсерватории «Зонд Эйнштейна» будет генерировать колоссальный поток данных. Принимать и обрабатывать его будут наземные станции ЕКА. За это Китай рассчитается с европейскими учёными рабочим временем телескопа для проведения собственных экспериментов. Им будет предоставлено 10 % времени работы WXT.

Узконаправленный телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) разработан европейцами и будет использован ими в полном объёме (возможно он также на правах обмена будет предоставляться китайским учёным). Это узконаправленный прибор с очень высокой чувствительностью в рентгеновском диапазоне. Если WXT найдёт что-то особенно интересное, FXT сможет рассмотреть это с намного лучшим разрешением.

Отдельно надо сказать об оптической системе широкоугольного телескопа WXT. Нашим читателям знакома проблема полупроводниковых литографических сканеров EUV-диапазона. Они работают на рентгене и не могут фокусироваться линзами, только зеркалами. Поэтому телескоп WXT не мог просто так собирать и фокусировать рентгеновский свет. Выход был найден в виде оптики «глаз омара».

Глаз омара и ряда креветок представляет набор трубочек квадратного сечения, каждая из которых заканчивается на сетчатке глаза. Увеличение происходит за счёт переотражения лучей от стенок трубочек. Китайские инженеры собрали подобные «глаза» для телескопа, но с учётом отражения рентгеновских волн. Это уникальная технология — пакет из 30 млн трубочек сечением 40 мкм каждая с покрытием изнутри иридием. И таких пакетов 12 штук. Интересно, что прототип этого телескопа уже летал в космос и показал, что это работает.

Источник изображения: Patrick Ayree

Подобный инструмент на орбите не даст пропустить ни одного яркого события в космосе. Он фиксирует рентгеновское излучение от падения вещества на чёрные дыры, от взрывов сверхновых, от взаимодействия нейтронных звёзд и многих других энергичных явлений. Косвенно он может локализовать гравитационные взаимодействия, что в паре с наземными детекторами гравитационных волн поможет находить их источники. В какой-то мере запуск «Зонда Эйнштейна» можно сравнить по ценности с запуском обсерватории «Джеймс Уэбб». Новый инструмент должен работать 5 лет и сможет далеко вперёд подтолкнуть науку.

На основе разработанных в Китае биотехнологий стартовало масштабное опытное производство пищевого белка из обычного угля. Получаемый белок будет использоваться в качестве добавок к кормам для животных. Сегодня для этого Китай закупает до 100 млн тонн сои, что делает его продуктовый рынок уязвимым. В случае успеха белок из угля найдёт применение также в пищевой промышленности и фармакологии.

Как бы выглядел протеиновый батончик из угля по мнению ИИ. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Китай богат углём не самого лучшего качества. Значительная часть угля для электростанций, например, закупается в Австралии. В то же время это огромная отрасль как поддерживающая экономику, так и оказывающая вред экологии. Было бы заманчиво использовать уголь для чего-то более полезного и не такого вредного, как его простое сжигание. К примеру, в Китае уже производят из угля этиловый спирт, в котором нуждается химическая промышленность и транспорт на биотопливе. Производство из угля пищевого белка, витаминов и аминокислот вывело бы угледобывающую отрасль на новый уровень с ещё большей пользой для человечества.

Помочь с переработкой угля в белок могут микроорганизмы. Происходит это не напрямую, а в процессе усвоения метанола, который, в свою очередь, получают в процессе газификации угля. Метанол хорошо смешивается с водой и может участвовать в химических реакциях с минимальным использованием специализированного оборудования для ферментации. В газообразной среде такие реакции менее эффективны.

Разработали техпроцесс эффективного получения белка из метанола учёные из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии Китайской академии наук (CAS) под руководством профессора Ву Синя (Wu Xin). Они изучили около 20 тыс. штаммов дрожжей со всего Китая и отделили наиболее перспективный из них — Pichia pastoris (P. pastoris). В последующей работе исследователи модифицировали гены этого штамма, пока не добились высочайшего уровня преобразования метанола в белки. Заявлено, что генно-модифицированный штамм P. Pastoris производит 120 г сухой массы клеток на 1 л, что эквивалентно превращению 67,2 % метанола в белок. Это соответствует 92 % от теоретического значения, что впечатляет.

Работы над превращением метанола в белок ведутся с 80-х годов прошлого века. Но до сих пор не было настолько эффективной реакции, чтобы этот процесс стал экономически выгодным. В перспективе можно будет освободить пахотные земли для выращивания других продуктов, а белок из угля можно будет производить в любую погоду днём и ночью. Учёные уже начали подготовку к масштабному производству кормового белка из угля в объёмах нескольких тысяч тонн. Подробности не разглашаются, но исследователи уверены, что белок из угля найдёт также широкое применение в качестве частичной замены рыбной муки, бобовых, аминокислотных и минеральных добавок и дело может не ограничиться только животноводством.

В США белок из метанола получил разрешение на использование в качестве кормовых добавок для фермерского выращивания лососевых. Производит его компания KnipBio под названием KnipBio Meal. По своим качествам он соответствует рыбной муке. Китай не первый встал на аналогичный путь, но масштабы производства белка из угля в Поднебесной обещают быть грандиозными. Похоже, вскоре к надписям мелким шрифтом на упаковках продуктов питания надо будет относиться ещё серьёзнее.

Несмотря на обилие вариантов квадро- и октокоптерных конфигураций аэротакси, первыми массовыми электрическими летающими средствами могут стать привычные лёгкие самолёты с электродвигателями вместо бензиновых моторов. Такие самолёты создают в США, России и в других странах. Китай также находится среди лидеров, где недавно испытали полётом первый полностью электрический лёгкий самолёт.

Источник изображения: China Media Group

Как сообщают местные СМИ, электрическая версия китайского самолёта AG60 (AG60E) в среду успешно совершила свой первый полёт в аэропорту Цзяньдэ Цяньдаоху в провинции Чжэцзян на востоке Китая. Воздушное судно разработала компания China Aviation Industry General Aircraft Company Limited (CAIGA) — дочернее предприятие государственного холдинга AVIC. Компания CAIGA специализируется на разработке и производстве лёгких гражданских самолётов.

Оригинальная модель AG60 — это цельнометаллический одномоторный моноплан, дебют которого состоялся на 13-м авиашоу в Китае в сентябре 2021 года. Свой первый рейс самолёт совершил в октябре 2020 года. В 2021 году он получил сертификат лёгкого спортивного самолёта и лицензию на производство.

Общая длина самолёта составляет 6,9 м, размах крыльев — 8,6 м, потолок — 3600 метров. Самолёт может преодолевать дальность в 1100 км на максимальной горизонтальной скорости полёта 218 км/ч.

Для создания электрической версии самолёта инженеры решили множество задач, включая выбор двигателя, электронной системы управления, аккумуляторной батареи, протестировали и проверили интеграцию электрической силовой установки, включая проведение исследований на предмет соответствия системы безопасности и лётной годности самолета.

В результате работы был получен опыт переоборудования лёгких спортивных самолетов AG60 в электрические, что пригодится для разработки других электрических авиационных устройств и для модернизации силовых установок существующих самолётов.

На сайте препринтов arХiv.org вышла статья, в которой китайские учёные рассказали о собственных опытах с нашумевшим «сверхпроводящим» материалом LK-99. Полученные в двух независимых китайских лабораториях образцы LK-99 продемонстрировали зыбкие признаки сверхпроводимости при более низкой температуре окружающей среды, но при обычном атмосферном давлении, так что возможно, нас ждёт продолжение нашумевшей истории, если, конечно, опыт удастся повторить.

Источник изображения: Adam Fenster/University of Rochester

Оригинальная работа южнокорейских исследователей наделала много шуму, поскольку вышла из научной среды в медийное пространство и стала жить собственной жизнью. Открытый учёными материал LK-99 якобы обладал сверхпроводимостью при температуре около 20 °C и нормальном атмосферном давлении. Это обещало в корне изменить энергетику, промышленность и даже медицину.

К сожалению, воспроизвести результат корейских учёных в других лабораториях не вышло. Точнее, всё было настолько туманно и неустойчиво, если говорить о проявлениях сверхпроводимости в LK-99, что работа была отозвана из научного журнала, а авторов обвинили в неумении проводить опыты и чуть ли не в малограмотности.

Тем не менее, LK-99 демонстрировал нечто, что не укладывалось в предыдущий опыт, и отдельные коллективы продолжили с ним работать. Так, китайские учёные показали, что материал может воспроизводиться, как и его заявленные свойства. Правда, судя по статье, учёные больше уделили внимание присутствию серы в образцах, тогда как в оригинальном LK-99 сера считалась загрязнителем.

Значительным отличием новых экспериментов стало то, что отдельные признаки сверхпроводимости проявились при температуре -23 °C (250 K), а не при плюсовой. Но это не страшно. Охладить оборудование и линии электропередач до -23 °C гораздо проще и дешевле, чем до более чем сотен градусов Цельсия, как это происходит сейчас для достижения сверхпроводимости. Самое главное, что материал подаёт признаки сверхпроводимости при обычном атмосферном давлении. Ранее были найдены материалы, которые демонстрировали сверхпроводимость при -20 °C, но только в случае колоссального давления.

В своей статье китайские учёные с осторожностью говорят о признаках сверхпроводимости. Они, вероятно, наблюдали эффект вытеснения электромагнитного поля из образцов при температуре -23 °C (эффект Мейснера) и при этом доказывают, что образцы не относятся к ферромагнетикам. Правда, учёные не уверены, что то, что они наблюдали является именно эффектом Мейснера, а не диамагнетизм. В прошлых исследованиях именно диамагнетизм приняли за сверхпроводимость, поэтому учёные сейчас не спешат делать громких заявлений, пока не будут получены новые результаты.

«Мы считаем, что ещё есть большой шанс наблюдать сверхпроводимость при комнатной температуре. Сигналы в нашем образце все ещё очень слабые, поэтому мы должны направить усилия на дальнейший синтез масштабируемых образцов с более активными компонентами», — подытожили учёные.

В последние дни уходящего года в Китае были созданы две сверхструктуры для ускорения движения к практическому использованию энергии термоядерного синтеза. Речь идёт не столько о науке, как о коммерческих решениях ближайшего будущего. Если графики работ будут соблюдены, к 2035 году в Китае начнёт работать прототип промышленного термоядерного реактора, а к 2050 году термоядерные электростанции будут строиться по всей стране.

Источник изображения: China National Nuclear Corporation

В Китае 29 декабря 2023 года состоялась церемония учреждения государственной компании China Fusion Energy Inc. Она объединит исследования и разработки в области термоядерной энергетики в Китае, которые ранее были распределены между исследовательскими институтами и частными фирмами. Одновременно с этой структурой был создан консорциум из 25 организаций во главе с Китайской национальной ядерной корпорацией (CNNC). Консорциум будет решать ряд фундаментальных проблем, мешающих практическому освоению энергии термоядерного синтеза.

Создание столь мощных организаций и передача в их руки всех ранее разрозненных ресурсов даёт понять, что центральные власти Китая считают переход к термоядерной энергетике ключевым в промышленности и экономике. Для решения финансовых вопросов также был создан соответствующий фонд. Участниками консорциума стали не только профильные научные организации, но также такие государственные компании, как China Aerospace Science and Industry Corporation и State Grid Corporation of China. Для понимания масштаба усилий — это примерно как если бы под эгидой «Росатома» термоядерной проблематикой также начали бы заниматься РАО ЕЭС и «Ростех».

Согласно опубликованной CNNC информации о встрече, 13 членам новоиспечённого консорциума было поручено решить первый набор из 10 задач, которые касаются таких вопросов, как высокотемпературные сверхпроводящие магниты, материалы для термоядерных реакторов и высокопроизводительные накопители энергии. В первом приближении, если говорить о планах новых структур, Китай намерен построить промышленный прототип термоядерного реактора к 2035 году и внедрить технологию для крупномасштабного коммерческого использования к 2050 году.

Основной научный и экспериментальный задел предоставят две научные организации Китая: Юго-Западный институт физики (SWIP), расположенный в городе Чэнду на юго-западе Китая, и Институт физики плазмы (IPP) при Академии наук Китая в провинции Аньхой.

Китай позже всех включился в гонку за термоядерной энергией, но он быстро навёрстывает упущенное. Так, с 2011 по 2022 год именно Китай подал больше патентов в области термоядерного синтеза, чем любая другая страна.

Летом 2023 года термоядерный реактор HL-2A впервые сгенерировал плазму с током силой более 1 млн ампер в режиме улучшенного удержания, а экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST), разработанный Институтом физики плазмы в Хэфэе (провинция Аньхой) стал первым в мире полностью сверхпроводящим токамаком. В конце 2021 года он стал первым в своем роде, способном работать с длительностью импульса 1056 секунд. Есть и другие достижения, которые позволяют китайским учёным надеяться первыми в мире освоить практический термоядерный синтез — зажечь на Земле «искусственное Солнце».

Этанол давно стал эффективной добавкой к биотопливу, а также является важнейшим ингредиентом для химической промышленности. Традиционно для этих нужд его получают из продуктов сельского хозяйства, что невольно подрывает рынок продовольствия. Китайские учёные смогли разработать технологию получения чистейшего этанола из низкосортного угля, тем самым оставив зерно, кукурузу и другие богатые углеводами продукты для пищевого рынка.

Источник изображения: Xinhua

Технологию DMTE разработал Даляньский институт химической физики (DICP) совместно с государственной компанией «Нефтяная группа Шэньси Яньчан» (Shaanxi Yanchang Petroleum Group). При производстве кокса собирается газ, из которого производится метанол. Затем после серии реакций метанола в присутствии катализаторов производится этанол.

Разработки линии и техпроцесса стартовали в 2010 году. В 2017 году группа исследователей помогла спроектировать первую в мире линию по производству этанола из угля мощностью 100 000 тонн в год, которую построили в северо-западной провинции Шэньси. С тех пор исследователи оптимизировали процесс реакции и снизили производственные затраты, заменив оригинальные дорогостоящие катализаторы на недрагоценные металлы.

В июне прошлого года в Китае в тестовом режиме запустили комплекс по производству этанола из угля мощностью 500 000 тонн этанола в год, использовав оборудование только отечественного производства. Завод начал работать в той же провинции Шэньси. Новый завод, работа которого официально стартовала 29 декабря, стал крупнейшим производством в мире с годовой мощностью выработки 600 000 т этанола.

Китай для нужд химической промышленности и производства топливных добавок ежегодно нуждается в 10 млн т этанола. В прошлом году в стране из ферментированного зерна было произведено 2,7 млн т этого вещества. Уже запущенные и строящиеся заводы по производству этанола из угля нацелены производить до 3,95 млн т этанола в год. По данным источника, таких в Китае 11 предприятий, ещё два начнут работу за рубежом по китайской технологии. Во всём мире ежегодно производится 100 млн т этанола, преимущественно в США и Бразилии и, в основном, из зерна. У Китая есть шанс прекратить использовать для получения этанола сырья для продуктов питания. Это тем более важно, что Китай также зависим от импорта зерновых культур.

В китайском рецензируемом журнале Propulsion Technology опубликована статья о проекте комбинированного детонационного ротационного двигателя для гиперзвуковых полётов. Согласно моделированию, двигатель сможет разгонять воздушное средство до скорости 16 Маха. Это самая смелая на сегодня заявка в сфере гиперзвуковых полётов, реализация которой может не задержаться.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

За последние годы Китай много говорит о разработке двигателей для гиперзвуковых полётов. Но это не только разговоры. Достаточно много становится известно о практических шагах. В сентябре этого года, например, в небо поднимался беспилотник с детонационным ротационным двигателем. Также сообщается о многочисленных испытаниях прототипов в аэродинамических трубах. Есть даже экзотические случаи, как гиперзвуковые двигатели на угле (на угольной пыли, точнее). Наверняка о многом не сообщается по соображениям секретности, но отрицать движение вперёд тоже нельзя. Новые разработки быстро доводят до прототипов и либо отбрасывают, либо продолжают доводить до ума.

Идея нового комбинированного детонационного ротационного двигателя заключается в том, что до достижения скорости 7 Маха двигатель работает на принципе создания вращающегося фронта волны детонирующего топлива. Такой двигатель способен работать в большом диапазоне мощностей и сможет поднять самолёт с взлётной полосы и также позволить приземлиться на полосу с малой дозвуковой скоростью.

На скорости выше 7 Маха скорость набегающего воздуха начинает мешать работе двигателя. Топливо перестаёт нагреваться, и детонация может сорваться. Китайские инженеры предложили добавить к задней части двигателя небольшой кольцевой блок с наклонной детонационной камерой. Тогда на скорости свыше 7 Маха вращательная детонация прекратится, и начнёт работать линейная и, фактически, прямоточная.

Источник изображения: Beijing Power Machinery Institute

Разработчики из Пекинского института энергетического машиностроения признают, что моменты перехода от одного вида детонации к другому остаются сложным процессом, когда двигатель может работать неустойчиво. По крайней мере, об этом говорит моделирование. Дальнейшая работа и испытания в аэродинамической трубе помогут добиться оптимальной конструкции рабочих камер и перейти к созданию масштабного прототипа.

Следует сказать, что примерно по такому же пути пошла американская компания GE Aerospace. Но она после стадии разгона на принципе вращательной детонации переходит на прямоточный ракетный реактивный двигатель. В этом есть плюсы и минусы. КПД топлива падает, и растёт его расход, хотя устойчивость перехода между режимами будет выше. Если китайцам получится совместить ротационный детонационный двигатель и линейный детонационный двигатель, то КПД такого двигателя во всех режимах полёта будет приближаться к 80 %.

Китайские учёные совершили крупный технологический скачок в сфере рельсового оружия. Традиционно рельсотроны подвержены высочайшему износу направляющих для снаряда, что снижает количество выстрелов, возможных без ремонта орудия, до десятков и даже меньше. Китайская разработка выдержала 120 залпов без ремонта и снижения точности, что приближает её по обслуживанию к современной ствольной артиллерии, и помог в этом искусственный интеллект.

Прототипы рельсотронов американской разработки. Источник изображения: US Navy

ИИ в составе рельсового орудия управлял параметрами системы и режимами выстрела. Снаряд в стволе рельсотрона разгоняется по токопроводящим направляющим. Точное управление силой тока в разные моменты процесса требует невообразимой скорости принятия решений в зависимости от множества текущих характеристик системы. Китайский рельсотрон снабжён 100 тыс. датчиками, что в 10 раз превышает количество сенсоров на современном самолёте. Поэтому выстрела и порчи оборудования не произойдёт, если что-то отклонится от нормы.

Искусственный интеллект оказался способен за миллисекунды анализировать показания всех датчиков и успевать принимать решение. Благодаря этому сбои в процессе работы орудия возникали всё реже и реже. За последние 50 залпов в 120-залповой серии, орудие ни разу не отказало. При этом снаряды вылетали из ствола со скоростью 2 км/с, что примерно соответствует 6 Махам. С такой скоростью можно прицельно поражать цели на дальности до 200 км.

«О подобной работе никогда раньше публично не сообщалось, — заявила команда Национальной лаборатории электромагнитной энергии при Военно-морском инженерном университете в статье, опубликованной 10 ноября. — Военные машины медленно переходят от химической энергии к электромагнитной ... [и] непрерывная скорость стрельбы является решающим показателем боевой эффективности систем электромагнитного рельсового запуска».

Рельсотроны не остались без внимания военных инженеров из других стран. Судя по всему, больше всего внимания им уделили в США. Если верить китайским источникам, ещё в начале 2010-х американцы потратили четыре года на отстрел 1000 испытательных снарядов. К 2018 году стояла цель создать систему, способную произвести 1000 выстрелов без обслуживания. Сделать это не удалось, и в 2021 году проект был закрыт.

В Европе проект рельсотрона официально утверждён к разработке в 2020 году. Занимается им Европейское оборонное агентство (EDA) и Французско-немецкий научно-исследовательский институт Сен-Луи (ISL). В проекте участвуют пять европейских стран. Демонстратор должен быть создан к 2028 году. Кодовое имя проекта PILUM. Также разрабатывают рельсотрон японцы. Массогабаритные испытания морского комплекса прошли этим летом и, как сообщается, успешно.

Интересно отметить, что китайские учёные рассматривают гражданские варианты использования рельсовых технологий. Это могут быть левитирующие поезда в вакуумных трубах (маглевы), которые будут разгоняться до 1000 км/ч, а также электромагнитные ускорители для запуска полезной нагрузки в космос.

В середине ноября в журнале Science Advances вышла статья исследователей Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики, в которой сказано о достижении рекордного уровня разряда от падающей капли воды. Упавшая на специально подготовленную поверхность с высоты 25 см капля вызвала искровой разряд 1200 В, что примерно в четыре раза выше прежнего рекорда. Этой энергии хватило на расщепление воды на кислород и водород.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 2.2/3DNews

В ранее проводимых экспериментах выходное напряжение насыщения не превышало 350 В. Заряд возникает в процессе падения капли с высоты на наклонную поверхность. При соприкосновении капли с поверхностью возникает двойной электрический слой, делая всю систему похожей на суперконденсатор. Величина напряжения насыщения зависит от скорости скатывания капли по поверхности и от её растекания по поверхности. Как заявили учёные, приблизиться к теоретически возможному пределу выходного напряжения мешало недостаточное понимание физики процесса.

Источник изображений: Science Advances

В ходе эксперимента исследователи снимали падение капли на наклонную поверхность высокоскоростной камерой и соотносили эти данные с результатами измерений электрических характеристик процесса. Позже на основе полученных данных была построена убедительная модель. Работа помогла приблизиться к теоретическому пределу выходного напряжения в результате процесса.

Номинально величина искрового разряда достигла значения 1200 В. Этого оказалось достаточно, чтобы капля обычной водопроводной воды при нормальном атмосферном давлении и температуре, падающая на подготовленную наклонную поверхность, вызывала искровой разряд достаточной для ионизации газа силы. В своём опыте учёные, например, показали процессы ионизации гелия, а также разложения воды на кислород и водород, что может найти применение в передовых установках по добыче водорода.

Китайские источники сообщили, что учёные страны создали самый мощный в мире термоакустический генератор Стирлинга. Работающая практически бесшумно компактная установка длиной 2 м выдаёт 100 кВт электрической энергии. Патент на устройство в своё время получило NASA (LEW-TOPS-80), но агентство всё ещё не создало рабочую установку. Такие генераторы идеальны для использования в космосе и в подводных лодках. Китай рассматривает обе сферы применения.

Источник изображения: SCMP

Представленный термоакустический генератор Стирлинга создали в Техническом институте физики и химии (TIPC) при Китайской академии наук (CAS). Его длина достигает 2 м при максимальном диаметре 0,63 м. Своим внешним видом генератор похож на гантелю. В ходе проведённой недавно демонстрации прототип выдал революционную мощность в 102 кВт при температуре источника тепла 530 °C. Это первый в мире случай, когда данный тип генератора преодолел порог в 100 кВт, что является важной вехой для его практического применения.

«В настоящее время эффективность термоэлектрического преобразования составляет около 28 %, а при использовании более горячего теплоносителя с температурой 600 градусов эффективность может достигать 34 %», — заявили разработчики. Тем самым перспективная установка приблизилась по КПД к классическим паровым турбинам с сохранением массы собственных достоинств — это почти бесшумная работа, использование абсолютно любого источника тепла, простота конструкции и малое количество подвижных частей.

Инновационная система состоит из термоакустического двигателя Стирлинга и линейного двигателя, заключенных в жёсткую оболочку (что служит дополнительной звукоизоляцией). Двигатель преобразует тепло в звуковые волны, которые, резонируя, образуют бегущую звуковую волну. Звуковая волна приводит в движение поршень линейного генератора, вырабатывающего переменный ток.

«Рабочей средой служит гелий под высоким давлением 15 Мпа (150 атмосфер), а отсутствие механических частей, нуждающихся в смазке, означает, что срок службы генератора может превысить десятилетие», — поясняют разработки. — Он работает тихо и эффективно, может использовать различные виды тепла, включая солнечную энергию, отработанное тепло и биомассу».

Добавим, Китай уже испытывает двигатели Стирлинга с линейными генераторами в космосе. Так, в апреле этого года сообщалось, что один из таких прототипов был испытан на станции «Тяньгун», что стало первым в мире испытанием двигателя Стирлинга на орбите. В России созданы более классические варианты генераторов на двигателях Стирлинга. Например, дочерняя организации НПО «Наука» — «Наука-Энерготех» — разработала 1-кВт свободно-поршневой генератор «Эвогресс» для автономного электропитания в удалённых локациях, но это уже другая история.

Специалисты разных стран мира ведут поиск новых химических составов аккумуляторов, которые позволили бы улучшить потребительские качества тяговых батарей электромобилей сразу по нескольким критериям. Китайским учёным удалось усовершенствовать состав литий-серных батарей, увеличив их эксплуатационный ресурс без ущерба для остальных характеристик.

Источник изображения: Reuters

Как поясняет Nikkei Asian Review, в литий-серных аккумуляторах катоды изготавливаются из серы, что позволяет снизить себестоимость производства и увеличить ёмкость аккумулятора в два раза по сравнению с литийионными аналогами. При этом существовавшие до этого прототипы литий-серных батарей страдали от низкого эксплуатационного ресурса, поскольку выдерживали лишь ограниченное количество циклов зарядки и разрядки. Версии с жидким и твёрдым электролитом в равной мере с трудом преодолевали тысячу таких циклов.

По данным первоисточника, представителям Китайской академии наук удалось создать литий-серный аккумулятор, способный после 1400 циклов зарядки и разрядки сохранить до 70 % своей изначальной ёмкости. Данное открытие приближает литий-серные аккумуляторы к коммерческой пригодности. Новшество, предложенное китайскими исследователями, заключается в сочетании угольных нанотрубок с серой, поскольку такая структура способствует лучшему перемещению в ней ионов и электронов, ибо чистая сера плохо проводит электричество. Данное открытие должно приблизить создание практичных высокоэффективных литий-серных батарей с твердым электролитом.