Вечнолетающий дрон, ветер без тормозов и электрокары. Ульяновские школьники бросили вызов науке XXI века


Сегодня губернатор Сергей Морозов наградит одаренных детей нашего региона. Среди них и те, кто пробился в финал Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы» и осенью отправится в образовательный центр «Сириус» в Сочи. О том, как научить дрон всё видеть и не замерзнуть, создать батареи для пустыни и приручить ветер, ребята рассказали ulpravda.ru.

Во Всероссийском конкурсе «Большие вызовы» юные исследователи участвовали в нескольких номинациях: «Умный город и безопасность», «Современная энергетика», «Когнитивные исследования», «Генетика и персонализированная медицина», «Агропромышленные и биотехнологии», «Беспилотные транспорт и логистические системы», «Новые материалы».

Пять проектов ульяновских ребят курирует главный специалист московского концерна радиостроения «Вега» Александр Гордеев. Об одном мы рассказывали в апреле этого года. Напомним: четыре ученицы Губернаторского лицея № 100 Ульяновска Ольга Бычкова, Дарья Николаева, Лиза Стрюкова и Амина Азизова исследовали экспресс - диагностику и лечение ряда онкозаболеваний. Проект уникален тем, что дает возможность лечить Covid-19, а также другие его модификации с помощью терагерцового излучения.

В полете и ночью, и днем, и в жару, и в мороз

Второй проект – дрон, созданный на основе новой бортовой арсенид-галлиевой электроники, не имеющей аналогов в мире. Его изобрели под руководством Александра Гордеева 10-классники физико-математического лицея № 38 Ульяновска Лаля Нуриева, Максим Сыров, Никита Брескану.  Версия устройства юных ученых – это новое поколение smart-беспилотников. 

- Уникальность нашего дрона в том, что его начинка – бортовая электроника – имеет в составе солнечные батареи нового поколения на арсениде галлия с очень высоким КПД (коэффициентом полезного действия)  - от 35 процентов, который можно довести до 50. В то время как сегодняшние солнечные батареи имеют в основе кремний и их максимальный КПД всего 23 процента, - рассказала ulpravda.ru Лаля Нуриева. -  Это значит, что наш беспилотник за счет высокого КПД станет«вечно летающим», даже зимой. К тому же он всевидящий. На нем установят приборы ночного видения, основанные на арсениде галлия, а значит, способные распознавать в инфракрасных лучах в темноте, в условиях смога, дождя, снегопада и т.д. Кроме того, наш дрон сможет выдерживать высокие температуры (до +250 С), что исключительно важно для МЧС, и будет оснащен бесконтактной зарядкой. Ее станции можно разместить в разных городах, по ходу следования дрона.  Дрон предназначен для урбанизации городов, агросектора и других применений.

_________________________________________

Справка

В настоящее время получена уникальная структура LPE GaAs-кристаллов, которая позволяет реализовать на качественно  новом уровне все, что создано мировой электронной промышленностью на кремнии, карбиде кремния и нитриде галлия вместе взятых. Александр Гордеев предложил вариант создания высокотехнологичной долины в промзоне Ульяновска.

_________________________________________

Ребята уже закончили теоретическую часть проекта, перебрав нюансы всех приборов, из которых будет состоять новый дрон. После каникул лицеисты намерены приступить к созданию 3D-модели аппарата.

Однако разработка уже на этом этапе принесла Лале Нуриевой победу в финале Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы». Ей одной из команды удалось набрать высокие баллы. Это значит, что Лаля отправится осенью на профильную смену в «Сириус» в Сочи, а сегодня будет награждена губернатором Сергеем Морозовым.

На основе идей лицеистов Московский авиационный институт подал заявку на городской конкурс проектов  «Новатор Москвы».

Работают и в Сахаре, и в космосе

Еще одна умница – Настя Куракина из многопрофильного лицея Димитровграда  - станет героем сегодняшней встречи с главой региона. Она так же, как и Лаля, пробилась в финал «Больших вызовов», победив в региональном этапе по направлению «Современная энергетика». Ее проект тоже связан с использованием арсенида галлия, но в широкополосной фотовольтаике. Девочка разработала солнечные GaAs-батареи нового поколения.

- Если сегодняшние батареи созданы на основе кремния, то мои – на базе монокристаллов арсенида галлия, проще говоря, на нетоксичном соединении галлия и мышьяка, - пояснила Настя. –  В силу некоторых физических и химических свойств они увеличивают КПД батареи до 30 процентов, в то время как используемые сейчас солнечные батареи имеют 17¸ 23  процента КПД.

Более того, GaAs-батареи способны работать, например, в Сахаре – перепады температур им нипочем, а также в жесткой радиационной обстановке, например, в космосе. Еще один плюс этого ноу-хау в том, что оно совмещает в себе свойства фотовольтаики (солнечной батареи) и лазера (беспроводной передачи электроэнергии в атмосфере и космическом пространстве).

Школьница уже завершила исследовательскую часть, но испытания провести не может, т.к. в ее ведении нет необходимых ресурсов. Впрочем, на этом этапе Настя решила остановиться и в сочинском «Сириусе» намерена расширить свои знания и, возможно, переключиться на другой проект.

- Я уже решила, что свяжу свою жизнь с технической специальностью, а вот какой именно, надеюсь, пойму после смены в «Сириусе», - говорит Настя Куракина.

Меньше топлива – больше энергии

10-классница Кузоватовской средней школы № 1 Анастасия Суходеева придумала два типа автомобиля. Первый - электромобиль на основе GaAs-электроники, способный работать в сверхжестких температурных условиях и подзаряжаться за счет реверсного возврата электроэнергии в Li-аккумулятор.

- Суть проекта –создание перспективной модели электромобиля на основе арсенид-галлиевой силовой электроники для рынка стран с жарким климатом. Такие приборы будут более мощные и быстрые, в отличие от  сегодняшних кремниевых, - разъяснила Настя Суходеева.

По словам Александра Гордеева, уже направлено в письмо в Министерство транспорта РФ и корпорацию «РосТех» для разработки автомобилей на основе проекта Насти.

Второй автомобиль – ионный, в котором двигатель работает на основе ионов кислорода и водорода.

- В двигатель следует вставить террагерцовый генератор, который будет бить своей энергией молекулы элементов, после чего готовую кислородно-водородную смесь впрыскиванием следует подавать в цилиндр ДВС (двигатель внутреннего сгорания). За счет этого резко возрастут энергия и мощность в единицу времени, т.е. вызовет более полное сгорание топливной смеси и резкое повышение КПД. Тем самым можно рекордно снизить расход топлива, - уверяет Настя.

Оба проекта кузоватовская школьница уже подготовила и планирует работать над ними дальше. Тем временем террагерцовый генератор уже создают ученые из Санкт-Петербурга, а финишный терагерцовый мощный блок ионизации будет выполнен на арсениде галлия.

- Я решила, что после 11-го класса буду поступать на специальность «Машиностроение» и непременно продолжу заниматься этим проектом, мне интересно довести его до конца, - говорит девушка.

Сверхмагниты для энергии

Еще один «большой вызов» науке бросила 10-классница Большенагаткинской средней школы Любовь Сультеева. Она представила проект новой ветроэнергетики, основанной на сверхмагнитах и GaAs-электронике.

- Это возможность поднять КПД чердаклинских конструкций ветрогенераторов в два раза, - заверил Александр Гордеев. – Нужно убрать «тормоза», редукторы и не бояться ветра.

Электрогенератор на сверхмагнитах.

Люба в своем проекте использовала совокупность нескольких решений. Это уникальные гиперскоростные диоды, сверхмагниты (Ne-Fe-B) и мощные преобразователи.

- Это все позволяет решить сразу несколько проблем. Во-первых, ветрогенератор становится универсальным для любых скоростей ветра, в то время как сегодняшние устройства не приспособлены для низких скоростей ветра и не выдерживают сильных ветров, - говорит Любовь. – Во-вторых, в два, а то и в три раза увеличивается КПД устройства. В-третьих, уменьшаются затраты на металл. Пожалуй, самое главное, что позволяет сделать мой проект, - это создать эффективный сектор генерации электроэнергии для всех местностей, в том числе для равнинных, где низкая скорость ветра.

Мультифазность устройства позволит убрать барьеры и вне зависимости от силы ветра вырабатывать энергию.

Проект Любови Сультеевой завершен в теоретической части. Но девушка уже составила графики и чертежи своего устройства. Словом, бери и пробуй! Кстати, как сообщил Александр Гордеев, проектом девушки уже заинтересовались в Ставрополье.

Силовые высоковольтные гиперскоростные GaAs-диоды

____________________________________

Справка

Научно-технологическая программа Всероссийского конкурса «Большие вызовы-2020» состоится в образовательном центре «Сириус» в Сочи с 19 октября по 8 ноября 2020 года.

Всего на «Большие вызовы» приглашены 384 школьника со всей России. Они были отобраны по итогам одноименного конкурса и по результатам оценки академических достижений.

В течение трех недель ребята будут готовить собственные проекты и заниматься научно-исследовательской деятельностью. Школьников ждут лекции ведущих специалистов и ученых, а также культурная программа.

Всероссийский конкурс научно-технологических проектов «Большие вызовы» — проект для школьников 7–11-х классов, занимающихся научно-исследовательской и проектной деятельностью. Учредителем конкурса является образовательный фонд «Талант и успех».

___________________________________

Фото: архив героев публикаций

3497 просмотров