// Вие четете...

Чиста вода

Нано технологии в навигацията.

„В голямото има нещо малко, в малкото – нещо голямо.“

Изследвания и разработки в областта на нано технологията в настояще време активно се провеждат в повече от 50 страни. По прогноза в близките 10 години общия световен пазар на нано технологии ще превиши 1 трилион долара в година. Счита се, че нано технологията се явява основа на научна техническа революция през XXI век. Фундаментален базис за нано технологията се явяват по-рано неизвестни свойства на материалите и системите, възникващи при преход към обекти от изкуствено или естествено подредени системи.

За разбирането на нано технологията още няма общо прието определение, но има такива, които се произнасят от значителен брой специалисти. Към тях, в частност се отнасят определението дадено в Бялата книга на Съвета за научна политика от Агенцията по охрана на околната среда на САЩ. Съгласно което нано технологията това е:

– изследвания и разработки на атомно, молекулярно и макро молекулярно ниво в мащаба на размерите от един до сто нано метра;

– създаване и използване на изкуствени структури, устройства и системи, които по силата на своите свръх малки размери притежават съществено нови свойства и функции;

– манипулиране на веществото на дистанция на атомна скала.

Това е достатъчно широко определение. Приложено към техническите средства по аналогия със съществуващите сега микро технологии може да се предположи, че нано технологията – това е технология, оперираща с величини от порядъка на нано метъра, тоест от порядъка на 10-9 м. Тази величина е в сто пъти по-малка от дължината на вълната на видимата светлина и е сравнима с размерите на атома (от порядък на 10-10 м). Поради това прехода от „микро” към „нано” – това вече не е количествен, а качествен преход. Това е скок от манипулация на веществото към манипулация на отделния атом.

Нано технологията към настоящия момент се намира в начален стадии на развитие, основните открития предсказани в тази област, поне за сега не са направени. Така или иначе вече има важни практически резултати. Предполага се, че вече съществуват възможности в нано технологията и са достатъчни, за да се изгради от няколко молекули някакъв по-прост механизъм, които се ръководи от управляващи сигнали от вън, ще могат да се манипулират други молекули и да се създадат себе подобни устройства или по-сложни механизми.

Към настоящия момент могат да се приемат следните понятия в тази област:

• Нано технология – това е съвкупност от методи, осигуряващи възможност за създаване на обекти, включващи компоненти с размери по-малки от 100 нм;

• Нано материали – материали, съдържащи структурни елементи, с геометрически размери, които макар и с едно измерение не превишава 100 нм;

• Нано системна техника – техника, създадена на основата на нано материали.

За развитието на нано технологията през 2005 г. от правителствата на страните от целия свят и частни компании са били отделени 9,6 млрд. долара, което е с 10% повече от това през 2004 г. В САЩ около 1000 компании участват в работите по нано технологиите.

В света вече се пускат 475 наименувани товари само за широка употреба, в които се използват нано частици.

В развитите страни с държавна издръжка са разработени широко мащабни програми по развитието на нано технологията. Така в САЩ още през 2000 г. е приета дългосрочна програма по нано технологията с отделено финансиране от около 1 млрд. долара за година. Аналогични програми са приети в Япония, Китай, Бразилия и редица други страни. Общата цел на тези програми се заключава в изучаването и използването на явления, възникващи в нано мащабни величини за създаването на нови технически средства.

От самото начало в работите по нано технологиите в САЩ главна роля играе министерството на отбраната. Финансирането на тези работи в МО на САЩ е възложено на управление перспективни изследвания (DARPA), министерствата на ВМС, ВВС и СВ. За 2008 г. за изследвания по нано технологията са определени 374 млн. долара. Работите в тази област са насочени както към достигане на експериментални технически характеристики на прибори и устройства, така и на оценка на тяхната потенциална значимост за МО. В министерствата на всеки вид въоръжени сили са образувани научно изследователски групи по изучаване на нано технологията и откриването на ефективни пътища за тяхното внедряване. Ежегодно се провеждат конференции по нано технологиите и използването на нано материалите. По мнението на задгранични военни експерти нано технологиите имат блестящо военно бъдеще и могат да изменят характера на бойните действия в голяма степен, дори повече от времето на изобретяването на барута. За реализацията на бъдещи проекти е сформиран закрит „Институт за Армейски нано технологии”, обединяващ водещи специалисти в дадената област.

Конгресът на САЩ е отделил за военната нано технология 110 млн. долара, Годишен бюджет, осъществявана от група от федерални министерства и ведомства на САЩ „Национална нано технологична инициатива”, е бил през 2007 г. 1 млрд. и 350 млн. долара. Към 2014 г. Световния пазар за продукция на основата на нано технологията може да достигне 2,6 трл. долара.

В Китай за развитието на нано технологията се трудят над 800 фирми и над 100 научно изследователски институти.

Реализацията на нано технологията е възможна на практика във всички отрасли на народното стопанство и, разбира се, в интересите на усъвършенстване на въоръжението и военната техника, в това число и в навигацията. В интересите на навигацията на първо място, става дума, за създаването на нови поколения високо чувствителни малко габаритни елементи (ЧЕ) (жироскопи, акселератори, приемници на спътникови, радио и астрономически сигнали и т.н.) за инерциалните навигационни системи, системите за курсоуказване, гравиметри, спътникови и астронавигационни средства, измерители на скоростта и други автономни средства за навигация.

Зад граница работите по използването на нано технологията в интересите на навигацията се извършват изключително ефективно. В частност, в САЩ вече:

– Създадени са жироскопи с отдалечаване от истинския меридиан в милион пъти по-малко от най-добрите, използвани към настоящия момент на подводните лодки с балистични ракети. С тези жироскопи е създадена и е пусната в космоса система, предназначена за потвърждаване на теорията на относителността. Анализа на резултатите на нейната продължителна (в години) работа се е оказала много ефективна.

– Провеждат се работи с използването на нано технологията и по създаването на твърдотелови микро миниатюрни жироскопи и акселерометри.

– Разработени са оптически електрони влакна с нано метрически структурни признаци за влакно оптически жироскопи.

За тези цели могат да бъдат използвани и достиженията на физиците от Бостанския колеж. На тях им се е отдало да пропуснат сноп светлина с дължина на вълната от 750 до 380 нм, чрез нано кабел с диаметър около 300 нм, което до скоро се е считало за невъзможно да се осъществи, доколкото се е предполагало, че светлината не може да премине през отвор по-малък от колкото е нейната дължина на вълната.

– Демонстрирана е възможността за регистрация на нано материал с инфрачервено излъчване без необходимостта да се охлажда датчика на по-ниска от стайната температура.

– В конструкцията на телескопическите перископи вече се използват покрития от керамични нано материали.

– Изработват се покрития, увеличаващи здравината на пластмасата в няколко пъти.

– Сериозно внимание се отделя на акумулаторите с използването на нано технологията. Достигнато е снижаване на тока на разреждане и повишаване на плътността на енергията в батериите. В Масачузетския технически институт са създали литиево йонната батерия, която се сглобява от материали с микроскопически размери. Електроди, се явяват микро частиците на графита и нано частиците на оксида на кобалта.

– Създаден е свръх проводим болометър, работещ на терахерцови честоти за приемане на космическите излъчвания.

– Разработват се разнообразни маломощни датчици за подводни апарати, роботи и други обекти.

Учените в Бъркли (САЩ) разработват „умен прах” (Smart dust). Това са малки компютри, съединени в единна, без провода, сензорна мрежа, която да притежава възможността да събира, обработва, запаметява и предава информация. Техният размер е по-малък от 1 мм3. Милиони такива датчици плават във въздуха, събирайки информация за времето, вятъра, влажността, замърсяването и т.п.

Значително внимание се отделя и по създаването на микро електронни механични резонатори, способни да заменят техните кварцови аналози. В основата на няколко от тези резонатори лежат въглеродни нано тръби.

В Китай се разработват акселерометри във вид на системи от микро схеми. Те се използват за измерване на вибрации, инерционни ускорения, ъгли на наклона и т.п.

Във Франция се разработват малко габаритни сеизмични датчици. Определени успехи в тази област имат и други страни.

В Русия по нано технологиите е започнало да се работи още преди 50 години, но е било финансирано слабо. И едва през 2007 г. е започнало да им се отделя сериозно внимание. Създаден е Координационен и Правителствен Съвет по нано технологиите под ръководството на С. Иванов. При Академията на науките на РФ е създадена Комисия на РАН под председателството на академик Ж. Алферов.

От 2005 г. се издава журнал „Нано технология и микро системна техника”, а от юли на 2006 г, журнала „Руски нано технологии”.

В съответствие с Федералния закон „За Руски корпорации по нано технологиите” от 19 юли 2007 г. в Русия е създадена Държавна корпорация за нано технологиите (ДК „Роснанотехник”). В нея държавата има намерение да насочи през 2007-2008 г 180 млрд. рубли. Корпорацията трябва да съдейства за реализацията на държавната политика в сферата на нано технологиите, развитие на иновационни инфраструктури в сферата на нано технологиите, реализацията на проекти по създаването на перспективни нано технологии и нано индустрии.

С постановление на Правителството на Русия от август 2007 г. е утвърдена програма за „Развитие на инфраструктурата на нано индустрията в РФ от 2008-2010 г.”. Планира се развитието на около 100 направления в тази област. Обема на финансирането в рамките на програмата е 27,7 млрд. рубли.

По Програмата работят следните главни организации по направленията за развитието на нано технологиите:

– Нано електроника – НИИ за физически проблеми;

– Нано инженерно – Московски държавен институт за електронна техника (ТУ);

– Функционални нано материали за енергетиката – „Всерусийски НИИ за неорганически материали”;

– Функционални нано материали за космическа техника „Изследователски център”;

– Нано биотехнологии – Русийски научен център „Курчатовски институт”;

– Конструкционни материали – „Централен научен изследователски институт за конструкционни материали” и Технологически институт за свръх твърди и въглеродни материали”;

– Композиционни материали – „Всерусийски НИИ за авиационни материали”;

– Нано технологии за системата за безопасност – „Централен НИИ за химия и механика”.

От големия брой работи, извършващи се в Русия по използването на нано технологията, ще отбележим тези от тях, които имат непосредствено или косвено отношение към навигацията.

Преди всичко е необходимо да се отбележи, че повечето от тези работи в Русия се изпълняват в рамките на комплексни целеви програми. В частност, в рамките на една от тези програми под названието „Нано електроника – 2010” се провеждат изследвания по създаването на нано транзистори, нано електронни запаметяващи устройства със свръх голяма емкост на паметта, нано елементи с използването на квантови ефекти, а също така по създаването на свръх проводникови интегрални микро схеми.

В НПК „Технологически център” се разработват инерциални чувствителни елементи, в частност, нано акселерометри.

Провеждат се работи по създаването на микро механични жироскопи. Предполага се, че съвременните достижения ще позволят да се изготвят жироскопи с маса на ротора от порядъка на грам и габарити в единици милиметри, тяхната себестойност ще е от десетки долара за една ос на измерване. Важно е това, че техните механични части напълно се интегрират със сервизната електроника и позволява да се създаде сглобка на един чип с обем 10 см3 и с енерго потребление до 1 Вт.

Създадено е първото устройство на основата на нанонити (нано нишка), което е способно да съхранява данни в течение на продължително време и се превключва в 1000 пъти по-бързо от съвременните аналози от твърда памет. Клетката за памет представлява нишка с дължина 10 мкн и диаметър 30 нм. Времето за съхранение на данните в нанонити (нано нишка) е около 10000 години, употребяваната мощност е 0,7 мВт.

В НИИ за физически измервания (г. Пенза) на основата на нано технологията са разработени тънкопластни тензорезистивни датчици за налягане.

В Интернет са публикувани редица иновационни проекти по разработката и производството на приемно – приемащи и други възли, в това число и в интерес и на навигацията. Една от организациите, предлага своите услуги в тази област.

Значителна работа в тази област се извършва на Урал, в Института по електро физика и електро материали от Уралския държавен университет. В Свредловска област е създадено предприятие наречено „Уралски център за нано индустрия”, при който действа научно технически съвет. Провеждат се работи и в г. Санкт Петербург.

В рамките на Постановлението на правителството на Русия е създадена нано технологична мрежа с участието на повече от 30 ВУЗ. Сред които Санкт Петербургския държавен електрически университет, в който са разработени на основата на нано структури и са изготвени полупроводникови лазери във видимия и средния инфрачервения диапазони, а също така малко габаритни антенни устройства.

Очаква се, че към 2015 г. обема на продажбите на руска продукция на нано индустрията ще е около 900 млрд. рубли, обема от експорта на продукция на нано индустрията е около 70-75 млрд. рубли. Предполага се, че руския дял в този сегмент на световния пазар ще достигне 3%. Пет руски компании вече произвеждат нано продукция в обем за повече от 8 млрд. рубли за година.

От изложеното следва:

1. Водещите страни в света активно са се включили в развитието на нано технологиите.

2. Основните усилия в провежданите зад граница изследвания по нано технологиите са насочени към усъвършенстване на въоръженията и военната техника.

3. Определено внимание от изследователите в даденото направление се отделя и за разработките на средствата за навигация, на първо място за техните чувствителни елементи и радио електронни компоненти.

4. Отчитайки потенциалните възможности на нано технологиите, се счита за целесъобразно от специалистите по навигационната техника да се активизира работата в това направление.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар