В институтах МГУ работают тысячи приборов: электронные микроскопы и холодильники для биоматериала, лазеры и ускорители, компьютеры и секвенаторы... Мы выбрали семь. Это уникальные технологии, которые помогают изучать мир и делать его лучше.
1. Улететь в космос
Спутник «Михайло Ломоносов». Орбита Земли, высота 510 км
Далеко не каждый университет мира (да и не каждая страна) может похвастаться собственными научными спутниками. Космический аппарат «Михайло Ломоносов» — самый крупный в космическом флоте МГУ. Его масса — 600 килограмм, он оснащён десятками сложнейших приборов и датчиков.
В частности, на спутнике установлена аппаратура для изучения гамма-всплесков во Вселенной. Это кратковременные возрастания потока гамма-квантов с гигантскими энергиями (до 109 эВ). Природа этих явлений до сих пор остаётся загадкой.
Кроме этого, на спутнике имеются приборы для изучения процессов проникновения заряженных частиц в верхнюю атмосферу Земли, а также для анализа радиационной обстановки на низких высотах.
Аппарат запущен на орбиту в апреле 2016 года. Информацию, поставляемую «Ломоносовым», обрабатывает Центр данных космического мониторинга МГУ.
2. Посчитать мир
Суперкомпьютеры. Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ, Воробьёвы горы
«Ломоносов» и «Ломоносов-2» — самые мощные российские суперкомпьютеры. Обе машины входят в первую сотню мирового рейтинга.
Согласно последней редакции списка supercomputers.ru, «Ломоносов-2» обладает следующими параметрами:
количество процессорных ядер — 42 688;
пиковая производительность — 2,962 триллионов операций в секунду.
Скорость и мощность вычислений, способность исправлять собственные ошибки и разнообразие задач у суперкомпьютеров несравнимо выше, чем у продвинутых персоналок. Сверхмощные машины прогнозируют погоду и моделируют лекарства, изучают работу мозга и анализируют движение транспорта, выявляют закономерности в языковых конструкциях и рассчитывают динамические процессы в геологии.
На «Ломоносовых» работают студенты, аспиранты, научные сотрудники практически всех факультетов МГУ, включая гуманитарные: историки с помощью суперкомпьютера делали сравнительный анализ древних текстов. Кстати, недавно на экраны вышел фильм «Время первых» — это первое масштабное 3D-кино о космосе, снятое в России. И для создания трейлерак нему использовались мощности суперкомпьютеров МГУ.
Подробнее здесь: «КШ» № 6 (08) за июнь 2015 года.
3. Поймать частицы
Научная аппаратура «Нуклон». Орбита Земли, высота 475 км
Из недр Галактики на нашу планету устремлён непрерывный поток заряженных частиц. Такой астрофизический ливень может многое рассказать о нейтронных и сверхновых звёздах, странной и тёмной материи.
Космические лучи существуют в энергетических диапазонах от 1011 до 1021 электронвольт. Большинство современных детекторов космических лучей улавливают частицы с энергией не более 1012 эВ.
Установка «Нуклон» (лат. nucleus — ядро) в тысячу раз чувствительнее аналогов. Этот комплекс аппаратуры создан НИИ ядерной физики МГУ совместно с другими научными и промышленными организациями (в частности, с ОИЯИ в Дубне) и установлен космическом аппарате «Ресурс-П», который был запущен на орбиту в декабре 2014 года.
Ожидается, что за пять лет «Нуклон» наберёт в два раза больше данных о космических лучах, чем было накоплено за предыдущие полвека, и поможет учёным разгадать загадки Вселенной.
Подробнее здесь: «КШ» № 1–2 (15–16) за январь — февраль 2016 года.
4. Постичь суть Вселенной
Сеть телескопов-роботов. Россия, Аргентина, ЮАР, Испания
— Глобальная сеть телескопов-роботов МАСТЕР собирает информацию о происходящем в самой глубине Вселенной, чтобы прояснить, как развивались события после Большого взрыва и что было до него, — рассказывает астрофизик Владимир Липунов, завлаб в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга МГУ (ГАИШ МГУ), об уникальной астрономической системе космического мониторинга. Собственно, эту систему в 2002 году создал сам Липунов при участии друзей-астрофизиков и благодаря поддержке бизнесмена, мечтавшего, сидя на даче, наблюдать за гамма-всплесками. Начинался МАСТЕР с одного роботизированного телескопа в подмосковном посёлке Востряково. Учёные и предположить не могли, что разработанная ими технология станет успешным международным проектом и поможет совершить сотни открытий в астрофизике.
Сеть МАСТЕР включает в себя восемь одинаковых оптических телескопов-роботов, расположенных в России (Амурской, Иркутской, Свердловской областях, Карачаево-Черкесии, Крыму), Аргентине, ЮАР и Испании (на Канарских островах).
Каждый прибор состоит из двух светосильных зеркально-линзовых телескопов по 40 см в диаметре и, по сути, напоминает огромный бинокль. Бесценной и неповторимой сеть делает её мозг — программное обеспечение, разработанное астрономами из МГУ ещё в начале 2000-х и постоянно совершенствующееся. Все телескопы связаны друг с другом, способны автономно в режиме реального времени выбирать стратегию обзора неба и оперативно оповещать центр управления об открытиях.
За время своего существования МАСТЕР обнаружил новые экзопланеты, астероиды и кометы; зафиксировал свыше тысячи оптических вспышек (в том числе в нескольких миллиардах световых лет — речь идёт о свидетелях зарождения Вселенной) разной физической природы: образование чёрных дыр, сверхновых, коллапсы и ядерное горение погибающих звёзд, вспышки ядер активных галактик (блазары, квазары). Также телескопы МАСТЕР были задействованы в проекте LIGO по поиску гравитационных волн.
Подробнее здесь: «КШ» № 1–2 (27–28) за январь — февраль 2017 года.
5. Найти звезду
Обсерватория МГУ. Республика Карачаево-Черкесия, высота 2100 м. над уровнем моря
Карачаево-Черкесия. Северо-восточный отрог урочища Шатджатмаз, 30 км к югу от Кисловодска. В этом районе небо остаётся безоблачным более 200 ночей в году, что как нельзя лучше подходит для наблюдений. Здесь расположена Кавказская горная обсерватория, открытая ГАИШ МГУ в декабре 2014 года.
Главный инструмент «звёздной» лаборатории — зеркальный 2,5-метровый телескоп, созданный по лучшим мировым стандартам. Угловое разрешение телескопа как в крупнейших мировых обсерваториях: в Чили, на Канарах и Гавайях. Управлять им можно удалённо, поэтому студентам, чтобы наблюдать, не обязательно отвлекаться от учёбы и ехать в горы. Звёздная астрономия и астрофизика высоких энергий, внегалактические объекты, небесная механика планет — вот неполный перечень тем, над которыми учёные планируют круглый год работать в Кавказской обсерватории.
6. Испечь полимерную вафлю
Комплекс установок Института новых углеродных материалов и технологий. Воробьёвы горы
«Полимерный композиционный материал заменит алюминий и титан при изготовлении деталей двигателей самолётов и ракет», — это из свежих новостей о разработках Института новых углеродных материалов и технологий (ИНУМиТ), созданном на базе химического факультета МГУ.
Одна из последних разработок ИНУМиТ — уникальные композиты, выдерживающие температуру до 450 градусов в нагруженном состоянии. Полимерные матрицы из фталонитрилов — производных фталевой кислоты — обеспечивают этим материалам термическую устойчивость и огнеупорность, а за счёт армирующих элементов из углеродного волокна композиты прочны, как сталь. До недавнего времени для формования деталей из композитов с фталонитрильными матрицами требовалась температура не менее 200 градусов. Учёные ИНУМиТ создали легкоплавкие мономеры — это здорово облегчило работу.
— Из этих композитов можно изготавливать детали для самолётов и космических аппаратов. Сейчас лопатки компрессоров и турбин авиадвигателей делаются в основном из титановых сплавов. Композитные лопатки будут легче титановых в два раза, а снижение массы лопатки на 1 кг приводит к общему снижению массы двигателя и крыльев на 3,4 кг, — рассказывает старший научный сотрудник химического факультета МГУ Борис Булгаков.
Другое перспективное направление развития композитов — вторичная переработка. Большинство связующих для полимерных композиционных материалов при отверждении формируют трёхмерную сетку, после чего уже не плавятся и не растворяются — как холодец, который не может обратно стать бульоном. Поэтому деталь из углепластика нельзя починить. Необходимо создать технологию и наладить производство связующих, которые способны обратимо формировать трёхмерную структуру.
7. Открыть тайны материи
Ускорители и другие установки Института ядерной физики МГУ. Воробьёвы горы
Далеко не каждом жителю Москвы кажется очевидным, что буквально в двухстах метрах от выхода из метро «Университет» работают полноценные ускорители элементарных частиц, принадлежащие НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ. Они, конечно, не такие масштабные как Большой адронный коллайдер, но тоже могут помочь в познании тайн материи.
Каскадный генератор КГ-500 — ускоритель положительных ионов. Используется для исследований в области материаловедения, в том числе космического; при изучении взаимодействия пучков заряженных частиц с поверхностью диэлектрических материалов.
Не имеющий мировых аналогов линейный ускоритель электронов непрерывного действия. Предназначен для радиационных технологических задач: производства термоусадочной плёнки и труб, улучшения свойств кабельной продукции. Разработан и создан в НИИЯФ МГУ.
Ускоритель тяжёлых ионов на энергии до 500 кэВ. Позволяет получать пучки однозарядных ионов в широком диапазоне масс — от водорода до радия. На нём проводятся работы по созданию квантовых точек, материалов спинтроники и радиационностойких структур.