Блог

14 принципиально важных инженерных проблем и приоритетов развития человечества сформулированы комитетом Grand Challenges for Engineering при Национальной академии инженерии США. Она функционирует на гранты Национального научного фонда, а возглавляет ее бывший министр обороны Уильям Перри. Среди ее постоянных членов, что интересно, как профессора крупнейших университетов и руководители крупных инвестиционных банков, так и футуролог Рэй Курцвейл.

[spoiler]Вот эти 14 областей:
- экономичные энергосистемы на солнечных батареях;
- ограничение выбросов заводами и электростанциями углекислого газа в атмосферу (парниковый эффект), где он может держаться столетиями, и его утилизация;
- восстановление баланса азота;
- доступ к чистой воде;
- улучшение городских инфраструктур;
- информатизация медицины;
- инженерия медицины (генные манипуляции, микроконтроль за организмом, новые лекарства);
- новые инструменты для научных исследований;
- реверс-инжиниринг мозга;
- противодействе ядерному терроризму;
- безопасность киберпространства;
- продвинутая виртуальная реальность;
- развитое персонализированное обучение.

Особняком стоит задача освоения энергии плазмы, создание термоядерных реакторов, пресловутое "укрощение энергии Солнца" (синтез легких ядер). На эту тему имеется (комедия "Весна" 1947-го года) замечательное выступление профессора Кристофера Ллуэллин-Смита,  председателя Советов ИТЭР и СЕЗАМ.

Вкратце: в нынешнем столетии классические энергоресурсы, основанные на естественных ископаемых, закончатся, включая даже дешевый уран для АЭС. Все другие источники способны дать ограниченную энергию или слишком дороги для массового внедрения, а потребности человечества в энергии быстро растут (сегодня они составляют 13 ТВт, а все альтернативные источники в самом лучшем случае обеспечат 6 ТВт). Фактически единственной перспективной технологией, способной стать общедоступной, является термоядерная реакция (основной источник энергии для существования Вселенной). Она способна обеспечить человечество десятками и сотнями ТВт.

В 1985 г. СССР предложил создать опытный реактор (токамак нового поколения), на котором удалось бы отладить основные технологические процессы управления термоядерной реакцией. В 1992 г. Россия, Европейское Сообщество, Япония и США подписали такое соглашение, впоследствии к ним присоединились Китай, Южная Корея и Индия, и началась стадия проектирования международного экспериментального термоядерного реактора ITER (International Tokamak Experimental Reactor), а строительные работы стартовали с 2007-го (на юге Франции).

Проект с относительно небольшим бюджетом в 15 млрд. евро подразумевает возведение гигантского устройства размером 1000 x 400 x 60 м и массой 120 тыс. тонн. При этом термоядерная станция будет значительно безопаснее АЭС, потому что в ней используется мало радиоактивных веществ, да и не может быть какого-то энергетического мега-выхлопа. Собственно, даже ГЭС по масштабам вероятного урона гораздо опаснее для окружающей среды в случае аварий, нежели ТЯЭС. Первый запуск ITER с планируемой мощностью 500 МВт намечен на 2018 год, получение дейтерий-водородной плазмы -- на 2026-й, и где-то через 30-40 лет от сегодняшнего дня ожидается появление массовых коммерческих сетей термоядерных реакторов.

Выступление профессора честное, но конечно, в силу его должности, немножко рекламное. Ведь проблемы с токамаками тоже хорошо известны. Так, создавать компактные реакторы невыгодно -- получаемая энергия зависит от квадрата размеров системы, поэтому небольшие термоядерные устройства, видимо, навсегда останутся фантастикой. Более того, в рамках ITER полноценную термоядерную реакцию провести не удастся, он возводится на 20% меньше, чем для этого требуется -- полноразмерный комплекс на 20% крупнее обошелся бы уже на 100% дороже, ибо проектирование и конструирование подобных комплексов архисложны и архиресурсоемки (создается ITER по стандарту системной инженерии ISO 15288, предлагающему процессный взгляд на жизненный цикл системы). В качестве примера проблем отдаленной схожести можно привести немного полетевшую "Булаву", причина сбоев которой вроде как -- все же нарушение технологии сборки, а не ошибки в бортовом ПО или недоработки конструкции.

Не исключены неведомые побочные явления, которые приведут к нестабильной работе (хотя математические модели проработаны достаточно детально). Себестоимость энергии системы на первых порах будет крайне высока. Ученые обещают различные самоподдерживающиеся режимы работы, но эти предположения в любом случае требуют прикладной проверки. И тем не менее плата человечества за подобные перспективы по миллиарду долларов в год весьма невысока. Кроме того, с учетом последних достижений в сферах создания новых материалов, структура (да и цена) которых очень важна для эффективности и надежности работы токамков, сверхпроводящих устройств, автоматического проектирования и доступной вычислительной мощи намечаются альтернативные проекты ускоренного создания термоядерных реакторов по гибким технологиям.

Но и прямая утилизация солнечной энергии тоже весьма перспективна. Так, в конце октября американское правительство одобрило крупнейший в мире проект компании Solar Millennium по возведению в Калифорнии четырех гигантских солнечных панелей (каждая обойдется в миллиард долларов) суммарной производительностью в тысячу МВт.

Поучаствовать в любом из подобных мега-проектов мечтает, наверное, каждый инженер. Но как сильно люди сегодня мечтают стать инженерами, и мечтают ли об этом вообще? Интересная зависимость (чем выше уровень жизни, тем меньше стремление к получению технических специальностей) была отмечена на втором саммите Grand Challenges, прошедшем в октябре в Лос-Анджелесе и собравшем 800 специалистов: 21% азиатских студентов выбирают профессию инженера, 14% европейских, и лишь 4,5% американских. Сложно сказать, применима ли эта зависимость к России, но у нас, судя по обрывочным сведениям, популярность инженерной специальности (как минимум, в регионах) заметно подросла. Так, в Нижнем Новгороде инженер -- вторая по популярности профессия после экономиста (на третьем месте -- юрист), на Украине взамен "экономистов и юристов" инженеры вообще выходят на первый план, да и в нашей Калуге инженерия уже лидирует. В этом году конкурс в калужский филиал Бауманки был просто фантастический!
А самым непопулярным у калужан стал факультет журналистики.