Як українська наука може вдосконалити інфраструктуру

Українcьким ученим та розробникам є що запропонувати для розвитку інфраструктури. Це показала перша зустріч Tech Today Hub, яка відбулася вчора в центральному офісі «МТС Україна». Працівники науково-дослідницьких інститутів презентували свої розробки представникам бізнесу та влади.

Захід відкриває президент співорганізатора проекту – організації NDI Foundation – Ольга Крупська
Керівник прес-служби «МТС Україна» Вікторія Рубан пояснює, чому мобільний оператор взявся долати розрив у поінформованості про науку: «Ми працюємо в бізнесі і розуміємо, що той, хто дивиться лише вперед, ніколи не виграє. Необхідно озиратися навколо»

 

Захід був присвячений темі «Інфраструктура», а тому доповіді були про розробки у сферах транспорту, логістики та енергетики.

«Оксамитовий шлях»

Зусиллями вчених із Інституту електрозварювання ім. Патона у мандрівок потягом може зникнути одна невід’ємна риса – перестук коліс. Його прибере технологія «Оксамитовий шлях», яка дозволяє створювати безстикові рейки майже безкінечної довжини.

Сьогодні подібні безшовні рейки зазвичай мають довжину близько 800 метрів, після чого їх необхідно розділяти. Розробка українських науковців дозволяє зробити так, що залізничні станції будуть з’єднуватися одним суцільним рейковим полотном. Відсутність стиків означає більше комфорту та більш плавний рух для пасажирів, а також те, що колісні пари потягів будуть менше зношуватися – вони рухатимуться на 10% вільніше. На рейки «оксамитового шляху» також витрачається менше матеріалів – до 5-7 тонн на кожен кілометр такої колії.

Щоб створити таке залізничне полотно, необхідно діяти на метал рейок із дуже великою силою – так можна компенсувати сили, що виникають у рейках від зміни температури навколишнього повітря. І чим довша безстикова ділянка залізничного полотна, тим із більшим зусиллям необхідно стискати рейки при його побудові.

 

Представник Інституту ім. Патона Ігор Васильович Зяхор навів приклад впровадження цієї розробки. За його словами, коли австралійська залізниця придбала рейки китайського виробництва та захотіла зробити з ними безстиковий шлях, їй це не вдалося, бо вона використовувала традиційні методи. А ось українське рішення впоралося із завданням завдяки своїм високим характеристикам. Наприклад, новітня машина для зварювання рейок під індексом «к922» розвиває зусилля осадки металу до 130 тонн. Використовувана залізничниками нині машина «к350» видає лише 40 тонн

Захист пасажирів потягів та міцніші колеса

В Інституті технічної механіки НАН України подумали про безпеку під час мандрування залізницею. Працівники цього закладу створили систему пасивного захисту потяга при аварійних зіткненнях.

Її принцип роботи – такий самий, як і в системах пасивного захисту автомобілів, хіба що річ йде про локомотиви. Спереду та ззаду потяга встановлюються металеві коробки, які наповнені металевим осердям. При зіткненні ці елементи деформуються та поглинають енергію удару, залишаючи машиністів, пасажирів та сам локомотив неушкодженим або значно зменшуючи можливі наслідки.

В Україні та у країнах, що використовують колію з шириною 1520 мм, кажуть розробники, аналогів подібному захисту немає. Його ефективність науковці перевірили в німецькому випробувальному центрі T?V S?D Rail GmbH. Краш-тест експериментального зразка показав, що результати добре збігаються з теоретичними розрахунками.

Підтвердження ефективності системи підштовхнуло науковців створити і запустити у виробництво принципово нову конструкцію модульної кабіни машиніста з посиленою лобовою стінкою, зоною зминання і зоною безпеки для виживання та евакуації локомотивної бригади. Її потім використали як основу при створенні електровоза ЕП20.

В Інституті технічної механіки також змогли поліпшити колеса вантажних вагонів, створивши зносостійкий профіль кочення ІТМ-73. Його використання збільшує вартість вагону лише на 2-3%, але це окупається підвищеними динамічними та експлуатаційними характеристиками вагона.

Сьогодні в Україні, Білорусі, Казахстані та Російській Федерації експлуатуються близько 25000 модернізованих новими колесами вагонів. Орієнтовна вартість переобладнання становить усього $2000.

Програмний комплекс «Транспорт»

Науковці з Інституту кібернетики ім. Глушкова створили програмний комплекс «Транспорт», що здатен скорочувати логістичні витрати. Із цим рішенням простіше планувати залізничні перевезення та розвивати транспортні системи. Воно також допомагає раціональніше використовувати кошти на реконструкцію станцій, портів та поповнення вагонного парку.

За словами Володимира Анатолійовича Пепеляєва, створена в Інституті кібернетики система вже готова та потребує лише доробки інтерфейсу під конкретного замовника та завдання. При цьому вона дозволяє вирішувати такі завдання, як:

системна оцінка продуктивності транспортного комплексу;

– системна оцінка ефективності проектних рішень та можливих наслідків їхньої реалізації;

– оцінка ефективності та обґрунтування оптимальних рішень при різних стратегіях;

– уточнення регламентуючих положень техніко-нормативної документації.

Полімерні матеріали для будівництва

Валерій Михайлович Коляда з Інституту хімії високомолекулярних сполук захопив слухачів прикладами творчих підходів до завдань. Один із них – формат «тимчасових творчих колективів», який довів свою ефективність у 1980-х роках. У ньому над рішенням проблеми в одну групу збиралися фахівці з різних компаній та індустрій. Об’єднуючи свої знання, їм вдавалося вирішити майже не вирішувані проблеми.

Наприклад, прокладання тунелів під час будівництва Байкало-Амурської магістралі (БАМ). Прохідники стикнулися з пливкими ґрунтами і для спорудження тунелів запрошували іноземні компанії. Вони не впоралися із завданням, і тоді за роботу взялася група вітчизняних науковців і будівників. Разом вони розробили полімер, який зміцнив ґрунти та, за словами Коляди, фактично зробив будіництво БАМу можливим.

Проте подібне будівництво було вже давно, і науковець розказав про відносно нещодавній випадок із Театром ляльок у Києві. Його гранітна тераса почала пропускати воду від дощів, і це почало псувати весь будинок, разом із внутрішніми приміщеннями.

Дирекція театру запросила оцінити вартість ремонту будівельну компанію. Її фахівці проаналізували масштаб робіт та сказали, що доведеться крівлю тераси повністю переробляти: знімати гранітну плитку, стяжку, ізоляцію від вологи тощо. Таку переробку вони оцінили у 420 тисяч гривень – цілком нормальна сума для подібного фронту робіт на площі у 200 квадратних метрів, але занадто велика для закладу культури.

Від затоплення та псування театр врятували два працівники з Інституту хімії високомолекулярних сполук. Вони використали три розроблені у цій науковій установі речовини. Перша заблокувала канали, якими проходила вода, інша – приклеїла гранітні плити на своє початкове місце, а третя – герметизувала шви між плитками. На всю роботу дві людини витратили близько місяця та 50 тисяч гривень. Осінні дощі показали, що гідроізоляція пройшла успішно.

«Інновації – це не поліпшення. Це новий підхід», – завершив свій виступ Валерій Михайлович Коляда. На його думку, створений формат Tech Today Hub дозволить це реалізувати

Технології для транспортного машинобудування

В Інституті проблем міцності ім. Писаренка придумали, як можна поліпшити закуплене, наприклад, у Китаї обладнання. Деталі в останньому часто не проходять термообробку і тому швидко зношуються через м’якість поверхні.

Зробити робочі площини деталей у верстатах та обладнання можна за допомогою технології іонно-плазмового термоциклічного азотування. Вона дозволяє отримувати зносостійкі шари матеріалу на робочих поверхнях елементів машин, інструменту та медичних імплантах. Ці шари надають деталям багато переваг:

– підвищують циклічну довговічність вузлів в обладнанні;

– мають малі коефіцієнти тертя;

– багаторазово підвищують ресурс експлуатації деталі;

– після обробки відсутня зміна геометрії деталі.

Подібні характеристики дозволяють використовувати розробку майже в усіх галузях техніки: в машинобудуванні, теплоенергетиці, медицині.

Титан на заміну сталі

В автомобілях, літаках, потягах та будь-якому іншому транспорті як основний конструкційний матеріал використовується сталь. Це зручна в обробці речовина, але у неї є суттєві недоліки: велика вага, низька стійкість до корозійного впливу атмосфери тощо.

Одним із варіантів на її заміну може бути титан, головну проблему якого – високу вартість – подолали в Інституті металофізики ім. Курдюмова. Науковці створили технологію отримання титанових деталей шляхом спікання порошку зі сполуки водню з титаном. Це дозволяє виготовляти вузли машин із заданими характеристиками міцності і при цьому спрощує обробку. Адже деталі вже мають базову форму та потребують лише невеликої доробки.

Співробітник інституту Павло Марковський навів приклад вигідності заміни стальних елементів титановими. Наприклад, у з’єднанні фюзеляжу літака з крилами використання титанових болтів заощадить 200-300 кілограмів. Це робить повітряні кораблі більш економічними, і вони зможуть взяти на борт більше вантажу чи пасажирів.

Спрощення транспортних потоків у Києві

Проект Інституту гідромеханіки націлився на вирішення транспортних проблем української столиці. Його науковці пропонують звільнити міські дороги від вантажного транспорту, перевівши його на пороми. Для цього вони пропонують створити вище та нижче по Дніпру кілька переправ, завдяки чому вантажівкам не потрібно буде в’їжджати в місто.

Водії зможуть скоротити свій шлях та заощадити пальне, переправляючись із одного берега Дніпра на інший по воді. При цьому розробники стверджують, що інфраструктура для цього проекту готова, і необхідно провести лише невелику адаптацію.

В Інституті гідромеханіки спільно з Асоціацією інженерів енергоефективних технологій України, шведської фірми «TERMOEKONOMI» та шведського Королівського технологічного інституту  також придумали, як отримати енергію з відходів, для чого потрібно дещо модернізувати Бортницьку станцію аерації в Києві. Вона щоденно оброблює стічні води, які самопідігріваються розкладанням сміття, що плаває. Якщо перетворити це тепло на електроенергію, вдасться отримувати до електрику та теплу воду, якої вистачить на 150 тисяч мешканців прилеглого житлового масиву.

«Витягувати» енергію зі стічних вод науковці пропонують за допомогою добре відомого рішення – теплового насосу. Цей проект:

  • дозволить зменшити споживання природного газу для потреб теплозабезпечення населення в середньому на 60 млн куб. м (вартістю 25 млн доларів США) щорічно;
  • приведе до зменшення викидів СО2 на 100 тис. тон за один рік;
  • зменшить викиди вуглекислого газу та дозволить додатково долучити до реалізації проекту близько 2 млн євро в рамках Кіотського протоколу;
  • також сприятиме зменшенню теплового забруднення Дніпра та поліпшенню екологічної ситуації в київському регіоні.

Рішення українських учених зацікавили присутніх на зустрічі представників бізнесу. По завершенні доповідей останні почали жваво розпитувати науковців про особливості запропонованих проектів та обмінювалися з ними візитними картками. Схоже, завдання проекту – звести потенційних інвесторів та розробників – почало вирішуватися.

А після презентації актуальних інфраструктурних рішень учасники Tech Today Hub візьмуться за іншу важливу сферу: фармацевтику та охорону здоров’я. Зустріч з цієї теми відбудеться у жовтні – стежте за нашими публікаціями.

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Коментуйте, будь-ласка!
Будь ласка введіть ваше ім'я