Космический интернет и прорывы в медицине: главные достижения российской науки в январе

💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.

Создали наноспутник, способный отслеживать стихийные бедствия

Студенты из Москвы при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках проекта Space-Pi программы «Дежурный по планете», задачей которого является привить школьникам и студентам интерес к космическим технологиям, разработали наноспутник «Святобор-1». Устройство сделано на платформе OrbiCraft-Pro компании «Спутникс». Космический аппарат оснащён тепловизионной и цветной камерами, что позволяет ему делать фотографии с разрешением 15-17 метров на пиксель (точная цифра зависит от высоты орбиты), а также плазменным двигателем VERA. Основной задачей устройства будет отслеживание различных стихийных бедствий (например, лесных пожаров) непосредственно из космоса. Если «Святобор-1» успешно пройдёт все этапы предпусковых испытаний (на данный момент протестирована только система камер), то уже до лета текущего года его смогут вывести на орбиту для работы по назначению.

Разработали первую отечественную тест-систему для проведения жидкостной биопсии

💡 Простыми словами

На данный момент одним из способов борьбы с раком является химиотерапия опухоли. Однако данная процедура вызывает огромное количество тяжелых побочных эффектов, которые проявляются из-за механизма действия: препараты химиотерапии, являясь по своему принципу действия мощнейшими ДНК-токсичными агентами, уничтожают опухолевые клетки и всё вокруг. При этом лечение проводится по утвержденным клиническим протоколам с определенным числом курсов, которые часто не учитывают специфику конкретного организма, его особую реакцию на вводимые препараты и сопротивляемость болезни. А способ корректно и точно определять эффективность лечения, чтобы сократить число курсов химиотерапии без ущерба для качества, в современной клинической практике отсутствует. За рубежом существуют методы жидкостной биопсии с высокой точностью, однако время анализа составляет более месяца. Это и высокая стоимость метода не способствуют его широкому применению. Российские же учёные разработали подобный метод с гораздо более выгодными показателями. Новая тест-система позволит снизить себестоимость процедуры до 10 раз по сравнению с существующими аналогами, а время исследования составит не более пяти-семи дней. Эти преимущества дадут возможность включить процедуру в клинические рекомендации и стандарты лечения широкого спектра пациентов с лимфомами, а в дальнейшем — и с другими опухолевыми заболеваниями.

👨‍🔬 Детально

Отечественная тест-система разработана на основе технологии нанопорового секвенирования свободно циркулирующих ДНК и позволит проводить анализ мутаций генетического материала опухоли в биологических жидкостях пациентов (жидкостная биопсия). При разрушении раковых клеток опухоль выделяет в кровоток ДНК, которую можно проанализировать на наличие мутаций, специфичных для опухоли, и в случае их отсутствия прекратить курс химиотерапии, сократив объем побочных эффектов. Сейчас учёные Московского физико-технического института разрабатывают набор целевых ДНК-маркеров (определённых фрагментов, точно указывающих на наличие злокачественной опухоли) онкогенов, связанных с лимфомами, а также определяют подходы для анализа мутаций. Далее разработку ждут проведение технических и клинических испытаний и выход на рынок в виде полноценной диагностической тест-системы.

Придумали мощные СВЧ-устройства для организации в частности спутникового интернета

💡 Простыми словами

СВЧ-излучение (сверхвысокочастотное) — это радиоволны, которые используются в самых разных областях: от микроволновых печей и Wi-Fi до сотовой связи и спутниковой навигации. В СВЧ-технике также имеются различные устройства, например, аттенюаторы, фазовращатели и так далее. Все они работают на твердых материалах. Холдинг «Росэлектроника» (входит в «Ростех») придумал новое СВЧ-устройство для наземных систем космической связи, которое обеспечит доступ к цифровому телевидению, высокоскоростному интернету и мобильной связи по всей стране.

👨‍🔬 Детально

Новое устройство основано на мощных лампах бегущей волны (ЛБВ) — электровакуумных приборах, в которых для генерирования и/или усиления электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и электронного потока, движущихся в одном направлении (в отличие от лампы обратной волны, где электромагнитные волны идут по замедляющей системе в направлении, обратном направлению движения электронов). ЛБВ являются одними из ключевых элементов наземных станций спутниковой связи, выполняя роль усилителей мощности сверхвысокочастотной радиоволны, что позволяет увеличить расстояние доставки радиосигнала. Интересно, что сдвоенные 12-ваттные ЛБВ были установлены на корпусе под тарелкой космического корабля New Horizons, который посетил Плутон в 2015 году. Специалисты «Росэлектроники» намерены создать два новых типа ламп — C- и Ku- диапазонов с воздушным охлаждением и выходной мощностью до 700 Вт. Более мощные устройства будут обладать не только повышенным радиусом доставки радиосигнала, но и более длительным сроком эксплуатации. Это позволит создать в стране качественную систему космической связи. Создание первых опытных образцов новых устройств и проведение испытаний запланировано на 2024 год, а серийное производство — на 2025 год.

Упростили производство целлюлозы

💡 Простыми словами

Целлюлоза служит основой не только для производства бумаги, но и различной химической продукции: вискозного шелка, лаков, красок, пороха. При её изготовлении сырье необходимо очистить от примесей и отбелить. Последний этап является наиболее важным, так как на этой стадии сырье обрабатывают химическими веществами, которые меняют белизну целлюлозы настолько, чтобы из неё можно было изготовить бумагу и картон высокого качества. Эту процедуру было решено провести с помощью пероксида водорода. Кроме того, в качестве сырья для производства целлюлозы учёные предложили использовать древесину, чтобы избавиться от необходимости закупок дорогостоящего импортного хлопка. Новая технология получилась и экономичнее, и экологичнее аналогов.

👨‍🔬 Детально

На данный момент для отбеливания сырья для производства целлюлозы в основном используют хлор или хлорсодержащие реагенты. В поиске более экономичных и экологически безопасных способов обработки учёные Пермского Политеха разработали оригинальную технологию. Для получения волокнистого сырья небеленой целлюлозы они использовали обычную древесину. Затем полученная масса прошла последовательную обработку пероксидом водорода в щелочной и кислой среде с добавлением катализатора. Благодаря использованию одного окислительного реагента, отбелка проводится при атмосферном давлении, что значительно упрощает процесс. Полученная целлюлоза обладает достаточно высоким уровнем качестве и может использоваться как для производства бумаги, так и для дальнейшей химической переработки, например, с целью получения вискозных тканей или пороха.

Улучшили модель управления автоматическими системами

Одной из главных проблем в теории автоматического управления является невозможность обеспечения установленного качества регулирования в каждый момент времени. Когда все параметры процесса, который необходимо автоматизировать, люди знают заранее и они не смогут измениться, то без проблем работают существующие подходы к автоматизации. Когда же присутствуют неучтённые факторы, то современные методы начинают сдавать. Решить проблему призваны адаптивное и интеллектуальное управление. Однако это возможно только после обучения управляющей системы. То есть после любых обновлений в процессе системе необходимо время для сбора информации о новом объекте, после чего она сможет вновь перейти к управлению процессом. А в каких-нибудь беспилотных автомобилях каждая секунда сбоя автопилота может стоить жизни пассажирам. Другим примером являются электроэнергетические сети, где поддерживать частоту и напряжение тока в заданном пределе нужно в каждый момент времени. Факторами, появление которых невозможно предугадать, в данном случае является обледенение проводов или короткое замыкание. В случае любого ЧП частота или напряжение будет отклоняться от заданных параметров. Существующие системы безопасности в таких обстоятельствах просто выключают сеть, даже если ситуация того не требует. Из-за этого теряется много времени на перезапуск системы. Если бы была система управления, способная балансировать частоту, а не отключать сеть, можно было бы существенно повысить КПД электроэнергетических сетей.

Российские учёные предложили новый метод управления автоматизированными системами, который сможет удерживать их в заданном диапазоне рабочих величин (то есть система всё ещё будет отклоняться от идеальных показателей, но держаться в указанных границах), даже когда некоторые параметры заранее неизвестны. Такой прорыв стал возможен благодаря применению современных нелинейных методов управления. Работоспособность нового метода была подтверждена на экспериментальном стенде по управлению электроэнергетическими сетями, а также при теоретических расчётах по управлению беспилотным летательным аппаратом.