_files_materials_5053_prog.ntr

271

снижения риска природных и техногенных катастроф. Наименее разработанная область – «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы», в которой отставание России максимально.

Лидирующие позиции в области рационального природопользования занимает Евросоюз, которому немного уступают США. Другие страны в целом находятся на значительно более низком уровне.

Энергетика и энергосбережение Для обеспечения высоких темпов роста отечественной экономики

необходимо ее устойчивое энергообеспечение, что предполагает как ускорение прироста энергопроизводящих мощностей, так и значительное снижение потерь при передаче и использовании электроэнергии.

Согласно экспертным оценкам, наиболее важная тематика для России в настоящее время относится к технологиям создания энергосберегающих систем и производству энергии с использованием органического топлива. Проблематика, относящаяся к атомной энергетике, по важности занимает промежуточное положение, а наиболее низкие оценки получили темы из области «Технологии водородной энергетики» и «Технологии новых и возобновляемых источников энергии».

Среди технологий создания энергосберегающих систем наиболее актуальными будут технологии проектирования и строительства энергоэффективных зданий, обеспечивающие снижение энергозатрат при их эксплуатации в 2,5-3 раза, и технологии повышения эффективности управления процессами в энергетике путем применения "умных" датчиков. Другие важные технологии относятся к аккумулированию энергии, в первую очередь, электрической, передаче электроэнергии постоянного тока на сверхдальние расстояния, а также созданию интеллектуальных систем мониторинга, диагностики и автоматического управления для энергосистем.

Производство энергии с использованием органического топлива будет развиваться за счет создания «чистых» угольных электростанций, отвечающих

272

современным экологическим требованиям; парогазовых энергоблоков с КПД выше 60%; разработки эффективных технологий получения углеводородов из угля. Актуальна также тематика, ориентированная на создание малых ТЭЦ (с электрической мощностью 1 – 10 МВт), газотурбинные мини-ТЭЦ на различных видах топлива мощностью порядка 10 МВт(э) и 20 МВт(т), в том числе с регенеративным циклом и мощные газотурбинные установки с начальной температурой газа 1350-1700С.

Актуальные научные исследования в атомной энергетике связаны с построением математических моделей и баз данных для высокоэффективного управления генерацией и передачей энергии, а также математическим моделированием реакторов, разработкой «виртуальных» энергоблоков и полномасштабных тренажеров. В числе главных направлений практического использований данных технологий – создание реакторов на быстрых нейтронах, технологии уранового и смешанного топлива, а также совершенствование корпусных водо-водяных реакторов. Другие важные направления – это технологии замыкания топливного цикла, обогащения и разделения изотопов, а также разработка плавучих атомных энергоблоков для энергоснабжения, теплофикации и обеспечения пресной водой отдаленных районов.

Водородная энергетика будет развиваться в направлении создания: высокоэффективных технологий для транспортировки и хранения водорода, высокоемких, компактных и легких наноструктурных материалов для аккумулирования водорода и природных газов; топливных элементов на основе твердополимерного электролита для транспортного и стационарного использования; безопасных установок для производства водорода и синтетического газа из природного газа.

Технологии новых и возобновляемых источников энергии относятся к числу актуальнейших направлений развития мировой энергетики. Для России наиболее перспективными являются: газификация твердых бытовых отходов с использованием полученного газа в энергоустановках, технологии газификации

273

биомассы с созданием мини-ТЭЦ, а также технологии получения и энергетического использования биотоплива. Важно также развивать технологии теплоснабжения на базе теплонасосных систем с замкнутым регулируемым энергетическим циклом. В то же время российские эксперты не придают высокого значения технологиям использования энергии морских волн, тепла морской воды и геотермального тепла, а также солнечных электростанций, размещенных на околоземных орбитах и передающих энергию на Землю сверхвысокочастотным излучением.

В целом Россия отстает от мировых лидеров в области энергетических технологий. Это отставание не так значительно в области атомной энергетики и энергосберегающих систем, в то время как в сфере водородной энергетики и производства энергии с использованием органического топлива позиции нашей страны существенно хуже мировых.

К числу наиболее разработанных относятся, например технологии создания АЭС малой и средней мощности с продолжительностью кампании ~ 20 лет для регионов, нуждающихся в автономном энергоснабжении; технологии легководных транспортных реакторов, жидкометаллических и высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов.

Мировое лидерство в большинстве энергетических технологий принадлежит США, которым несколько уступают Япония и Евросоюз.

Авиация и космос В области авиации и космоса к наиболее важным направлениям относятся

«Материалы, технологии их создания и обработки» и «Двигатели и энергетические установки с отработавшим ядерным топливом».

Среди технологий создания и обработки материалов особо актуальными будут технологии изготовления герметичных корпусов приборов с улучшенными массогабаритными, тепловыми и защитными характеристиками на основе би-, триметаллов и алюминиевых сплавов с редкоземельными металлами, обеспечивающих срок активного существования; технологии

274

создания конструкций, обладающих высокой степенью адаптации к условиям полета (интеллектуальные конструкции); технология изготовления высокопрочных нагруженных отливок деталей перекачивающих установок жидкостных ракетных двигателей из высоколегированных жаропрочных сплавов с применением лигатур и огнеупорных материалов на основе нанопорошков. Важными направлениями исследований станут разработка технологических процессов получения неразъемных соединений методами сварки плавлением и высокотемпературной пайки конструкций из сталей и сплавов; создание супержаропрочных материалов для изготовления узлов авиационных двигателей и элементов конструкций гиперзвуковых летательных аппаратов.

Новые двигатели и энергетические установки будут развиваться в направлении создания высокоэффективных ракетных и авиационных двигателей, работающих на альтернативных видах топлива, в том числе криогенных (жидкий водород, сжиженный природный газ), жидкостных ракетных двигателей многоразового использования на топливах кислород + углеводородное горючее (метан, керосин) и кислород + водород с упрощенной технологией межполетного обслуживания и требуемыми стоимостными и энерго-массовыми характеристиками, ресурсом и кратностью использования. Актуальными направлениями будут создание ЖРД малой тяги с улучшенными характеристиками, включая двигатели малой тяги на экологически безопасных топливах и использующих электролиз воды, системы лазерного зажигания камер маршевых жидкостных ракетных двигателей и жидкостных ракетных двигателей малой тяги при старте ракет-носителей в полете, а также создание космических ядерных энергетических установок, в т.ч. ядерных ракетных двигателей и разработка концепции детонационных двигателей.

В разделе «Методы и средства создания и обеспечения функционирования авиационной и космической техники» особо актуальными будут работы, относящиеся к методам обнаружения малозаметных летательных аппаратов, методам, позволяющим существенно (на 10-30%) снизить шум

275

элементов двигателя, в том числе вентилятора, турбины, камеры сгорания и выхлопной струи, и методам активной теплозащиты для летательных аппаратов; созданию робототехнических средств для выполнения орбитальных операций и технического обслуживания в автоматическом и адаптивном режимах без выхода человека в открытый космос и средств защиты орбитальных станций и космических аппаратов от воздействия частиц космического мусора, метеоритов и факторов космического пространства.

Вразделе «Авиационные и космические летательные аппараты» наиболее перспективная авиационная тематика включает разработку «экологически чистого» пассажирского самолета с уменьшенным в 2-4 раза уровнем шума на местности, на 60-70% меньшей эмиссией вредных веществ, имеющего в 1.5-2 раза более низкий расход топлива на пассажирокилометр и на 50% меньшие операционные расходы, и беспилотного летательного аппарата для выполнения авиационных работ и специальных задач (в том числе распыления сыпучих и жидких веществ для нужд сельского и лесного хозяйства, мониторинга нефте- и газопроводов).

Среди наиболее актуальных космических аппаратов - автоматические космические аппараты (коммуникационные, навигационные, для фундаментальных космических исследований социально-экономического назначения); космические комплексы нового поколения тяжелого и среднего классов КА повышенной грузоподъемности и космический комплекс системы подвижной спутниковой связи и многофункциональной системы ретрансляции.

Вразделе «Функциональные системы и комплексы» наиболее актуальны будут гибридные навигационные системы на основе объединения перспективных инерциальных измерительных блоков на базе волоконнооптических, лазерных, динамически настраиваемых и других гироскопов среднего класса точности и навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем, системы навигационного обеспечения управления космическими аппаратами различного целевого назначения на основе использования информации космической навигационной системы

276

ГЛОНАСС и унифицированные информационно-измерительные системы на основе комплексирования оптико-электронных, гироскопических, радиотехнических и других приборов, обеспечивающие улучшенные тактикотехнические характеристики систем управления движением и навигацией и высокую целевую эффективность космических аппаратов различного назначения. Хорошие перспективы имеют создание космической системы оптико-электронного и радиолокационного наблюдения для исследования природных ресурсов, рационального природопользования и картографирования; освоение перспективных интегрированных комплексов авионики и бортовых информационных систем с возможностями комплексирования разнородной информации.

Позиции России по отношению к мировым лидерам в области авиации и космоса значительно лучше, чем в других направлениях технологического развития. В первую очередь это относится к двигателям и энергетическим установкам с отработавшим ядерным топливом.

В то же время в целом Россия уступает мировым лидерам по уровню разработок, в первую очередь в части создания функциональных систем и комплексов и методов и средств создания и обеспечения функционирования авиационной и космической техники.

Производственные системы Для того чтобы успешно применять на практике современные научно-

технические достижения и в широких масштабах выпускать конкурентоспособную продукцию, необходимо располагать самыми совершенными производственными технологиями. Промышленное оборудование должно быть насыщено электроникой, средствами гибкой автоматизации и контрольно-диагностическими системами, а доля ручного труда должна непрерывно снижаться.

277

Сегодня одной из важнейших задач является определение и анализ главных направлений, обеспечивающих быстрый подъем отечественного машиностроения, а тем самым и других отраслей экономики.

Вобласти новых материалов для производственных систем и промышленной инфраструктуры к наиболее важной тематике отнесены технологии создания композиционных материалов нового поколения, а также металлических нанокристаллических и наноструктурированных материалов. Последние, в частности, оцениваются как перспективные для повышения износостойкости узлов трения машин и механизмов, а также для применения в качестве магнитомягких материалов. Отмечена важность выявления закономерностей в изменении структуры материалов при одновременном воздействии температуры и нагрузок, особенно при их резких изменениях. Весьма актуальными признаны работы по созданию материалов для строительства газонефтепроводов, работающих в особосложных условиях, а также промышленных установок для реализации новых технологических процессов получения наноструктурных защитных и упрочняющих покрытий.

Вразделе «Мехатронные системы» в качестве наиболее перспективны: разработка сложных роботов и унифицированных мехатронных модулей, а также принципиально новых металлообрабатывающих станков на их основе; технологии создания машин и оборудования, использующих новое поколение наноматериалов и композиционных материалов. В качестве важного научного направления отмечается углубление теории мехатронных устройств, как сложных инженерных комплексов, реализующих интеграцию элементов механики, электротехники и электроники.

Вразделе «Средства диагностики материалов» отмечена особая необходимость разработки методов диагностики и прогнозирования параметров, определяющих надежность особо ответственных объектов. Важной научной задачей признано построение физико-математических моделей структурного состояния материалов при различных внешних воздействиях, а также сложных конструкций в различных условиях эксплуатации на основе

278

собранной диагностической информации. Актуальным является создание диагностических приборов (высокоинформативные магнитные и электромагнитные дефектоскопы-томографы, ультразвуковые томографические дефектоскопы с трехмерным изображением и др.) и технологий для мониторинга состояния материалов и конструкций.

Вразделе «Методы и средства формообразования» будут востребованы новые методы обработки давлением и технологий высококачественного проката, а также стального литья; прецизионные технологии формообразования

–вплоть до достижения нанометровой точности; достижение сверхвысоких скоростей обработки материалов.

Вразделе «Соединение материалов и покрытия» наиболее важными будут: технологии создания на деталях из тугоплавких металлов и углеродных материалов защитных покрытий, позволяющих работать в окислительной среде при температуре до 2000˚С; сварочные технологии, позволяющие сохранять исходные свойства соединяемых материалов – их износостойкость, твердость и прочность, а также методы прогнозирования, диагностики, контроля и управления свойствами соединений материалов, гарантирующих надежность ответственных объектов в приоритетных областях промышленности (атомноэнергетической, нефтегазовой, ракетно-космической, оборонной и др.)..

Важной работой станет создание промышленных установок для нанесения наноструктурных защитных и упрочняющих покрытий, а также наноламинантных покрытий без использования цинка и алюминия.

Вразделе «Лазерные и другие лучевые технологии» особо актуальными станут технологии лазерной сварки конструкционных материалов для изделий ответственного назначения, электронно-лучевые технологии с применением программного управления, обеспечивающие повышенную точность обработки,

атакже технология безотходного объемного формообразования деталей с применением лазерного излучения, не требующая механической обработки. В части научных исследований большое значение будут иметь создание физических и математических моделей воздействия высококонцентрированных

279

потоков энергии для получения уникальных свойств материалов, а также разработка методов управления плазменными потоками для создания технологий модификации поверхности, очистки, полирования, рафинирования, структурирования и легирования.

В области производственных систем Россия отстает от мировых лидеров практически по всем направлениям, за исключением технологий лазерной резки негабаритных сооружений толщиной до 100 мм, для целей утилизации сырья с помощью транспортных лазерных установок и технологий создания металлических материалов, устойчивых против углеродной коррозии «самопроизвольного превращения металла в порошок», для работы в активных углеродсодержащих газовых средах и получения нетрадиционных форм углерода (углеродные нанотрубки), где российские разработки находтся на уровне США и Японии. В целом отставание от мировых лидеров менее заметно в области новых информационных средств диагностики материалов, а наибольшее отставание характерно для высокоточных, энерго- и ресурсосберегающих способов формообразования.

Медицина и здравоохранение Медицина и здравоохранение – важнейшие области применения новых

технологий как с точки зрения их социальной значимости, так в отношении появления новых масштабных рынков.

В области диагностики заболеваний среди перспективных технологий можно отметить такие технологии, как ранняя диагностика всех форм рака по результатам исследования крови; создание автоматических устройств, позволяющих за короткое время (до одного часа) определять патогенны, оценивать их лекарственную чувствительность и резистентность; создание приборов для неинвазивного определения глюкозы в крови.

Наиболее актуальные направления для профилактики заболеваний связаны с изучением особенностей (в том числе наследственных) структуры заболеваний населения Российской Федерации, внедрением технологий,

280

обеспечивающих комплексный санитарно-эпидемиологический и экологический надзор за состоянием воды, земли, воздуха и продуктов питания, а также генодиагностику риска развития заболеваний. Наряду с этим большое значение будет иметь. внедрение эффективных программ медико-санитарного просвещения и пропаганды здорового образа жизни

Для оптимизации медицинского обслуживания и обучения необходима разработка системы индикаторов качества, основанных на доказательной медицине, для оценки и контроля деятельности лечебно-профилактических учреждений и деятельности врачей, системы для хранения всей медицинской информации о пациенте, включая результаты исследований, историю болезни и назначения, на одном носителе информации, а также дистанционных систем контроля и мониторинга состояния пациентов. Важную роль будет играть развитие непрерывного медицинского образования с применением дистанционных форм обучения.

Укреплению психического здоровья будет в значительной степени способствовать развитие эффективных методов лечения и реабилитации химических и нехимических зависимостей, а также лечения и реабилитации зависимого поведения. Другое ключевое направление исследований в этой сфере - разработка высокоэффективных лекарственных препаратов для лечения больных с психическими расстройствами с минимальными побочными эффектами.

Наиболее важные инновационные технологии общего назначения включают разработку диагностических экспресс-тестов для исключения инфицирования при переливании крови и ее компонентов; системы изображений для диагностики любых поражений/заболеваний организма; генную и клеточную терапию заболеваний человека; микрочиповую диагностику на основе нанотехнологий; биоинженерию тканей с последующей трансплантацией, реконструкцией утраченных тканей, восстановлением функций поврежденных органов и тканей.