Главная
Главная
О журнале
О журнале
Архив
Архив
Авторы
Авторы
Контакты
Контакты
Поиск
Поиск
Посткоронавирусный социальный синдром: регулируемый капитализм и кризис дем...
В статье изложены представления автора о том, какими будут социально-экономическ...
№06
(374)
23.05.2020
Наука и техника
Три ключевых слова футурологии-21: Китай, перовскит и 3d-принтеры
(№6 [279] 22.05.2014)
Автор: Константин Корсак
Константин Корсак

  Предвидение будущего – заманчивое, но неблагодарное занятие. Во второй половине 1980-х годов десятки лучших ученых, журналистов и политиков Франции много раз обсуждали особенности соревнования США и СССР в течение 2000-2100 годов при почти полном игнорировании Китая. Итогом стала большущая книга «о XXI веке» [1], опубликованная практически одновременно с исчезновением одного из соревнующихся. Столь же бесславной оказалась индивидуальная попытка американца Д.Фридмана описать наступающий век в виде счастливого и единоличного доминирования США над всем миром [2].

  Их неудачи, вероятно, стали наукой для многих. Вот и в предлагаемом ниже футурологическом анализе обязательно учтем существование Китая и обратимся к особой группе слов и понятий, имеющих хорошо выраженные «прожекторные» свойства – способность «высвечивать» самые важные для всего человечества события в эволюции средств его жизнеобеспечения (два из подобных включены в название этой статьи).

   Начнем, однако, не с них, а с объяснения свойства «прожекторности». Для этого вспомним заключительные главы школьного курса физики, посвященные открытию атомных ядер и истории успешного использования ядерной энергии.

  Примечательно, что свойство небольшой части ядер химических элементов выделять энергию в форме «излучения» (радиации), способного засветить хорошо упакованную в черную бумагу фотопластинку, было открыто еще в ХIX веке – даже раньше осознания того, что все атомы имеют ядра, еще до установления размера и свойств этих ядер.

  Вероятно, самый известный среди всех новозеландских ученых – «англичанин» Э.Резерфорд – воспользовался этим излучением в качестве средства «ощупывания» атомов, выяснения их формы и распределения электрических зарядов в их объеме. Как это нередко случается при исследовании ранее никем не изученных объектов, полученный результат нельзя было предсказать даже на основе самых кошмарных снов. Воистину, как пел В.Высоцкий – «Все не так, ребята!».

  Э.Резерфорд, как и его учителя и, вероятно, практически все физики того времени, считали атомы сплошными, а любые пленки или пластинки были в их глазах аналогом старых крепостных стен, сооруженных из огромных и «неугловатых» булыжников-атомов. В составе использованного им излучения также были «булыжники», мчавшиеся с очень-очень большой скоростью. Э.Резерфорд, вероятно, рассчитывал через несколько часов или даже дней проделать отверстие в очень тонкой пленке-стене (золотой фольге), но был буквально ошарашен тем, что летящие «булыжники» мгновенно пронизали ее, словно препятствия не было вообще. Разумеется, Э.Резерфорд и его помощники в конце-концов разобрались в природе этого настоящего чуда и объяснили все тем, что «булыжники-атомы» в пленке оказались эфирно-пушистыми, а нечто твердое в их составе, названное «ядром», было почти столь же малым и незаметным, как маковое зернышко где-то в центре современного крытого футбольного стадиона. Летящие «булыжники» были такими же «зернышками», поэтому-то они имели очень мало шансов столкнуться хотя бы раз с ядром атомов пленки-мишени, даже если она имела много тысяч слоев этих атомов.

  Вообще-то, наша статья посвящена не рассказу о самых удивительных физических экспериментах, а фундаментальной футурологии в аспектах выживания человечества, а для этого, как минимум, требуется «хлеб» - источник энергии огромной мощности. Вот и в атомно-ядерной теме подчеркнем не столько ничтожные размеры ядер, сколько невероятно высокую концентрацию энергии в их малом объеме – в миллионы раз большую, чем в столь почитаемых политиками и генералами нефти или газе.

  Естественно, эту энергию физики назвали «ядерной», начав усиленно размышлять над ее контролированным использованием. Шли годы и десятилетия, множились исследовательские институты и университетские лаборатории, еще больше возросло число ученых, но никому не удавалось указать способ надежного управления ядрами, стимулирования их излучения и превращения его в электрическую или (на худой конец) в тепловую энергию.

   Мрак и густой туман в вопросе управления ядерной энергией развеялся почти мгновенно после появления в результате длительных экспериментов всего двух новых для ученых понятий – «урана-235» и его способности к «цепной реакции». В конце 1930-х годов эти два «прожекторных» термина дали возможность физикам сразу нескольких стран предложить и запатентовать ядерные реакторы как устройства для спокойного и медленного выделения ядерной энергии ураном-235, а ядерные (чаще говорят «атомные») бомбы – для практически мгновенного получения очень-очень больших количеств энергии в форме неконтролируемого взрыва.

   Мир после 1945 года оказался травмированным атомно-ядерной темой на несколько десятилетий. Ажиотаж соревнования в изобретении и совершенствования многих типов взрывающихся устройств несколько поутих только после того, как основные соперники накопили идиотски большое их количество – достаточное для гарантированного уничтожения «Главного Врага» и сразу всех его сателлитов простым взрывом всех национальных средств на своей собственной территории.

   В этой ситуации остается надеяться только на то, что гарантированный победитель захочет выжить сам и оставить хоть какую-то надежду на жизнь своим детям и внукам. А вот для прогнозирования этой самой мирной жизни в первой половине XXI века нам чрезвычайно нужны сразу три „прожекторных” понятия – Китай, перовскит и 3D-принтер. В принципе, автор может предложить еще десяток-другой „менее прожекторных» терминов (ноотехнологии, нооэкология, ноофилософия и пр., и пр.), но это чревато превращением обычной статьи в приличного размера монографию.

Используем вначале слово «Китай».

   Современный Китай, по нашему мнению, превратился в неожиданного гаранта положительной эволюции всего человечества по необычной причине – саморазвитии до уровня почти полной экономической и политической независимости не только от G7 (Большая Семерка из 6 главных стран Запада и Японии), но даже и от G8 (те же 7, включая Россию). Докажем на конкретном примере (одном из многих возможных) недавнюю способность G8 радикально затормозить эту самую «положительную эволюцию». Этот пример касается необычайно важного достижения физиков (опять в Англии!), сумевших в 1992 году успешно осуществить термоядерную реакцию, т.е. «сжечь воду» и получить при этом много энергии.

  Напомним, что в указанной выше «ядерной гонке» физики обнаружили два почти противоположных пути получения ядерной энергии – деление самых тяжелых ядер на части и слияние самых легких в более тяжелые. Оба были вполне успешно реализованы для создания средств массового испарения и «просто убийства» людей (ядерное и термоядерное оружие), а вот реакторы удалось построить только на основе процесса деления неустойчивых ядер.

  Попытки быстренько соорудить реактор на основе контролированного слияния ядер водорода в ядро гелия полностью провалились. Эта неудача заметно обескуражила физиков. Расчеты и первые опыты указывали на то, что это все же вполне возможно, если… (три точки обозначают деньги, персонал, исследовательские установки, премии, научные звания и пр.). Все, что в скобках, вполне скомпоновалось, а вот реактор «солнечного» типа на изотопах водорода зажечь не удавалось целых 40 лет. А ведь ставки в игре были большие – лишь в одном-единственном кубическом километре любой воды на Земле энергии наличных изотопов было столько же, сколько содержится во всех разведанных месторождениях нефти.

  Гипотетическое термоядерные реакторы - почти идеальные источники энергии. К их соблазнительным чертам принадлежат высокая безопасность (они "от рождения" категорически не способны к взрывам), почти полное отсутствие опасных для людей радионуклидов, концентрированность и эффективность выделения энергии и т.д.

  Камнем преткновения на пути к этим экологически почти безвредным энергетическим центрам было достижение сразу двух характеристик смеси ядер тяжелого и сверхтяжелого водорода (дейтерия и трития) – невероятно высокой температуры (гораздо выше, чем в центре Солнца!) и достаточной плотности. Соревнование за успех стало особенно отчаянным в 1980-х годах, а в начале 1990-х группа исследователей из Великобритании сообщила - оснащение имевшегося у них реактора дополнительными средствами нагрева Д-Т-плазмы дало возможность достичь желательной температуры для начала успешного хода реакций слияния.

  Естественно, физики вполне обоснованно ожидали 1) поздравлений, 2) аплодисментов, 3) потока денег и ресурсов на превращение небольшой экспериментальной установки в прототип промышленного термоядерного реактора.

  Первых двух пунктов они дождались (преимущественно от коллег), а вместо третьего получили совершенно неожиданный «холодный душ» от правительственных органов. Решающим для незавидной судьбы термоядерной энергетики стало то обстоятельство, что сотни миллионов людей и мощнейшие международные картели до конца боролись и будут бороться за свои заработки и прибыли от нефти, газа и их переработки. Именно они стали причиной того, что сразу же после указанного значительного успеха физиков дальнейшее финансирование исследований было надолго полностью прекращено...

  Не будем вспоминать серию заказных критиканских статей в США и других странах в адрес британских физиков; особо плохую роль «Бритиш Петролеум» (Бог таки есть – именно на ее буровой платформе в Мексиканском заливе случилась колоссальная катастрофа, «наказавшая» и фирму, и те же США); тихий сговор шести стран из состава G7 не обращать внимания на слезные просьбы Японии «ускорить и интенсифицировать» (в Японии-то нет ни нефти, ни газа…); несколько шарлатанских проектов и предложений отвлекающего типа; предотвращение вполне возможных протестов недовольных невниманием физиков «царским» правительственным подарком в виде грандиозного Большого Коллайдера на встречных пучках (там работает или пребывает в командировке почти половина физиков мира, интересующихся частицами из состава ядер и их всевозможными превращениями).

  Нам важен результат 22 лет правительственной имитации горячего желания соорудить в научном городке Кадараш (Cadarache) на юге Франции величественный международный термоядерный энергетический реактор (ITER): желание все еще декларируется, японцы разочаровались и больше уже ничего не требуют, на месте реактора красуется видимое из космоса (удобно использовать Google-планета) светлое пятно очищенной бульдозером от растительности площадки.

   Поскольку Китай не смог вмешаться в эпопею термоядерных исследований, то G8 успешно похоронила все надежды, а ITER с очень высокой вероятностью вообще никогда не построят. А сейчас пример того, как, во что и с какими результатами «вмешивается» современный Китай.

  В течение нескольких последних десятков лет часть стран из состава G8 превратила задачу решения экологических проблем из благого пожелания в важную общенациональную цель. Среди них – Германия. Не травмированные задачами создания сверхоружия и защиты от него, ученые этой страны принялись соревноваться со шведами и представителями очень малого круга других богатых стран в создании «зеленых» домов, поселков, источников тока и пр. Немцы преуспели в создании преобразователей солнечного света в электричество на основе кремния.

   Это удовольствие оказалось дорогим (хотя песка для выделения кремния хватает всюду, даже в Сингапуре), что связано с особенностями и сложностями изготовления красивых фотопанелей (рис.1).

Нажмите, чтобы увеличить.

Рис. 1. Типичный «озелененный» европейский домик 1990-х с кремниевыми фотопанелями

   Производство вообще не стало дешевым, ведь «зелеными» законами все это дело оплачивалось доходами, полученными от продажи хорошо известных нам всем автомобилей и прочих качественных изделий машиностроения и химии. Никто особо и не старался удешевить кремниевые панели – они потихоньку раскупались и так.

  В рамках «движения в сторону Китая» Германия соорудила там не только автомобильные заводы с чуть подремонтированными списанными с заводов Фольксвагена и БМВ сборочными линиями, но и парочку современных предприятий по производству кремниевых фотопанелей. Еще была помощь Китаю в пуске огромного производства редкоземельных элементов (17 металлов – лантан, индий, скандий и др.) для базе весьма «удобного» и большого месторождения к западу от Пекина (не оттуда ли летит пыль, образующая неприятный столичный смог?). 

Последствия этих шагов Германии и действий Китая – прекрасный пример того, что светлое будущее мира сейчас очень мало зависти от G8. Китай смог получать значительную прибыль даже в том случае, когда предлагал всему миру редкоземельные элементы по одной пятой их цены в США, а кремниевые фотоэлементы – одной седьмой (или даже девятой) их цены в Германии.

Топание ногами и всевозможные обвинения США и прочих членов G8 не произвели ни малейшего впечатления на Китай, ссылавшийся на правило «рынок – это рынок, а не жизнь по понятиям». В США почти мгновенно исчез крайне важный для обороны страны сектор рудного и химико-металлургического производства редкоземельных элементов (это около четверти мирового объема).

Китай, как всякий нормальный монополист, медленно и упорно начал повышать цену на свою продукцию, а слишком уж недовольных приглашал производить чипы и всякие там гаджеты в своих «особых экономических зонах» на базе действительно дешевого и незаменимого сырья. Дело зашло так далеко, что недавно ЦРУ обратилось со слезной просьбой к Конгрессу срочно выделить сколько-то там миллиардов для восстановления исчезнувшего сектора и предотвращения полной зависимости хайтек-производств от «прихоти» Китая.

Та же картина повторилась и с кремниевыми фотопанелями, но на этот раз больше пострадали европейские страны, вынужденные сейчас ежегодно тратить миллиарды евро для их приобретения в Китае, со спокойствием сфинкса не реагирующего на все обвинения в демпинге и прочих вариантах плохого экономического поведения. 

Подведем промежуточный итог: G8 навсегда потеряла возможность что-то диктовать Китаю с целью полного торможения научно-технологического прогресса для собственной выгоды. Слово «Китай» стало особо важным для любого серьезного и глобального прогноза. Оно не  случайно стоит первым среди трех «прожекторных» терминов.

Объяснить два оставшихся термина гораздо проще.

Перовскит – горная порода, чрезвычайно распространенная в мантии Земли и не такая уж редкостная на ее поверхности. Состоит из кальция, титана и кислорода (CaTiO3). С небольшим запозданием, вызванным неудачными стартовыми гипотезами (было потеряно всего три годика), физики обнаружили выдающиеся способности перовскита в аспектах превращения света Солнца в электрический ток. Они настолько велики, что слово «перовскит» было названо среди самых-самых важных научных открытий 2013-го года.

Очень кратко укажем уже выявленные преимущества фотопленок их перовскита над фотопанелями из кремния:

- пленочка перовскита раз в 200 (и даже больше) тоньше пластинки из кремния. Около 20 ведер перовскита хватит для изготовления квадратного километра фотопленки, имеющей электрическую мощность до 150 000 киловатт;

- если вначале для производства первых перовскитных фотоисточников тока требовалась температура 600-650 градусов Цельсия, то в данный момент уже говорят о вчетверо меньших показателях, что позволяет наносить слой CaTiO3 на хорошо освоенные в массовом производстве пластики повышенной прочности (необходимой для защиты слишком нежной нанопленочки перовскита);

- перовскитные фотопленки не требуют жесткой ориентации на Солнце, они хорошо воспринимают косые лучи. Это означает, что ими можно не только оклеивать виллы, домики и дома со всех сторон, но и применять в качестве заборов, высоких противошумовых барьеров вдоль автотрасс, элементов садовых и всех прочих антрополандшафтов. На рис. 2 показаны первые практические итоги начала промышленного производства перовскитных пленок;

Нажмите, чтобы увеличить.

Рис. 2. Западный фасад нового конференц-центра EPFL (SwissTech) и перовскитные фотопанели (около 300 м2) [3]

- продолжение исследований перовскита наверняка приведет к открытию его дополнительных возможностей. Например, при пропускании через пленку тока от внешнего источника она начинает светиться [4], что в перспективе обещает дополнение революции в солнечной энергетике революцией в средствах освещения;

- производители из Швейцарии предлагают перовскитные фотопанели по средней цене 200 $ за киловатт мощности. Это означает, что Китай или почти любые другие страны при самостоятельном и массовом изготовлении этих фотопленок запросто смогут снизить цену в 4-5 раз (возможно – даже больше), что быстро превратит в полный анахронизм традиционное энергетическое обеспечение частных домовладений и небольших производств.

  Очевидно – вполне достаточно усилий одного Китая для обеспечения всего мира перовскитной фотоэнергетикой. Традиционным производителям и распределителям нефти, газа, угля и урана из состава G8 придется смириться с полной и окончательной победой электричества во всех важных для человека сферах – от информатики до почти всех видов транспорта.

 Хотя «перовскит» - действительно прожекторное слово, следует все же предупредить читателей, что уже в ближайшем будущем конкуренцию этому замечательному веществу обязательно составят органические субстанции, наследующие хлорофилл в превращении энергии солнечных лучей во что-то весьма полезное (речь идет не только об электрическом токе, но и о глюкозе и прочих вариантах «первичной еды»). Римскую программу «плебсу – хлеб и зрелища» можно будет осуществить для всех миллиардов лиц, составляющих в данный момент гигантскую группу потенциальных мигрантов, но детальный анализ этой темы заслуживает отдельной статьи.

  Третье прожекторное слово «3D-принтеры» как-то даже неловко обсуждать и анализировать, так как эти устройства уже довольно старые и заслуженные [5]. Особенность современного момента в том, что в феврале-марте 2014 года исчезло ограничивающее действие множества патентов, исключавшее свободную конкуренцию и удерживавшее цену привлекательных 3D-принтеров в пределах многих тысяч (даже десятков тысяч) долларов США. Лет двадцать тому назад столь же дорогими были и цветные 2D-принтеры, но технологический прогресс и все та же конкуренция превратили их в удобную и довольно дешевую штуковину, впрочем, совершенно необходимую только для меньшей части наших современников. В отличие от цветных 2D-принтеров, разнообразные 3D-принтеры будут нужны всем и каждому, возможно – даже по несколько штук сразу. Вероятно, их массовое распространение начнется с очень дешевых аппаратов, использующих пластмассы (рис.3).

Нажмите, чтобы увеличить.

Рис. 3. Простенький репликатор 1-го поколения (3D-принтер), способный изготовить чашку любой формы и с произвольным числом ручек

 Гораздо более важным автор считает не изготовление чашек или елочных игрушек, а сооружение вилл из лёсса с помощью 3D-принтера второго поколения (устройства 1-го поколения работают на муке или пластмассе, что и делает их сравнительно дешевыми). Рассмотрим этот пример только в общих чертах.

 Истратив немного денег на приобретение сотни-другой квадратных метров перовскитных фотопленок, истосковавшийся по комфорту и эстетике хуторянин должен прибрести или нанять на несколько месяцев лазерный 3D-принтер второго поколения с рабочим объемом около кубометра. Засыпав в приёмную воронку ведро-другое лёсса (или другой бесплатной пыли/песка), нужно будет задать точную форму будущей строительной детальки (с выступами/впадинами для использования принципа Lego), выбрать ее цвет и тонкие черты лицевой поверхности. Здесь, по нашему мнению, будет крайне полезно хорошенько изучить все, что касается новаторских архитектурных идей удивительного испанца А.Гауди (1852-1926). Тогда вилла получится, возможно, тоже удивительной.

 Дешевый и отлично освоенный в производстве лазер на углекислом газе, встроенный в 3D-принтер, будет плавить пыль и послойно формировать материал, копирующий вулканическую пемзу. Чем меньше будут поры, тем прочнее и легче получится блок для виллы. Дальше детализировать не будем, указав лишь на возможность на том же устройстве изготовлять рамы, стекла, трубы, краны, мебель и пр., и пр.

  Не исключено, что и тут весьма пригодится лёсс, но более вероятно другое – в ближайшее время все земляне будут засыпаны предложениями самых невообразимых рабочих материалов для 3D-принтеров второго и всех последующих поколений. Все дело в том, что до 2014 года этих устройств было слишком мало для возникновения ажиотажа и соревнования между изобретателями и изготовителями рабочих материалов для 3D-принтеров. Тема «материалы» находится в самом зачаточном состоянии, вопрос «рабочие головки» - в стадии начала, задача «программное обеспечение» встроенного компьютера – слегка уже решена.

 Автор надеется, что изложенного вполне достаточно для стимулирования воображения читателей и осознания ими того, что В.Высоцкий имел массу оснований предупредить всех нас о том, что всё будет «совершенно не так». А чуть-чуть заглянуть в настоящее «так-будущее» автор предлагает при помощи указанных и всех прочих возможных прожекторных терминов и понятий.

Литература

1. 2100: recits du prochain siecle / Sous la direction du T. Gaudin. — Paris : ed. Payal, 1990. — 600 p.

2. Фридман Д. Следующие 100 лет: прогноз событий XXI века / Джордж Фридман ; [пер. с англ. А. Калинина, В. Нарицы, М. Мацковской]. — М.: Эксмо, 2010. — 336 с.

3. Леммер У. Об органической фотовольтаике замолвите слово http://www.nanonewsnet.ru/articles/2013/ob-organiche... (24-12-2013)

4. Новая технология: солнечная панель днем, светильник ночью  http://newsland.com/news/detail/id/1344265/ ;   24-03-2014

5. Интернет-поиск уже предлагает миллионы материалов и тысячи фотографий на одно короткое слова «3D-принтеры»

Нажмите, чтобы увеличить.
Центр инноваций в Лозанне. 300 кв. метров пленки. Красиво и полезно!

_______________________

© Корсак Константин Витальевич 

 

Девять мер красоты. Путевой очерк
Очерк о поездке автора из Мельбурна через родной город Одессу в Израиль. Автор делится своими впечатлениями от...
Мир в фотографиях из социальных сетей и фото наших авторов
Фотографии из социальных сетей периода публикаций в апреле-мае 2020 года и фото наших авторов.
Интернет-издание года
© 2004 relga.ru. Все права защищены. Разработка и поддержка сайта: медиа-агентство design maximum