Инновациялық жобалар – ел игілігі

Наноспутник деген не?

Қазіргі таңда шетелдік инно­ва­­­циялық компаниялар мен ал­дың­ғы қатарлы университеттер ком­­мерциялық наноспутниктерді әзір­леумен айналысады. Себебі мұндай спутниктер дәстүрлі спут­никтермен салыстырғанда ана­ғұрлым арзанға түседі. Осын­дай жобалардың бір түрі – нано­жерсеріктерді жобалау. Нано­жер­се­рігі – массасы 10 келіден аспайтын ғарыш аппараты.

«CubeSat» форматындағы мұн­дай жасанды Жер серіктері қыс­қа мерзімде дайындалады әрі жер төңірегіндегі орбитаға шыға­рылуы мүмкін. «CubeSat» тер­ми­ні профессор Боб Твиггстің бас­шы­лығымен стандартқа сәйкес жасал­ған наножерсеріктері дегенді біл­діреді. Ең қызығы, мұндай жоба­ларға студенттер мен жас ғалым­дар кеңінен тартылады. Құны арзан болғандықтан, университет аясында коммерциялық стартап-компанияларды дамытуға мүмкіндік береді», дейді ұлттық университеттің инжиниринг және жоғары технологиялар кластерінің бас директоры Әмірхан Темірбаев.

Университет бүгінге дейін көкке «Al-Farabi-1», «Al-Farabi-2» наноспутниктерін ұшырған. 2018 жылы Илон Масктің атақты «SpaceX» компаниясының көме­гі­­мен ұшырылған наноспутник әлі­ күнге дейін штаттық режімде жұ­мыс істеп тұр. Бұл тәжірибелік сы­нақ оқу орнының «Қазақстан-UNICEF»-пен бірлескен «UniSat» білім беру хабының ашылуы аясын­да жүзеге асқан. «Бірнеше ка­ме­ра және сенсорлармен жаб­­­­­­дық­­талған университеттің «UniSat»­­ спут­­никтері білім беруге­ арнал­­­­­­ған және салмағы 1-10 кг ара­­­­лы­­ғындағы шағын ғарыш а­п­­па­­­­раттары класына жатады. Қабыл­­­­дағыштар ауа температура­сы, қысымы, ылғалдылығы туралы мәліметтерді жинайды. Ал ауа­ның ластанғанын өлшейтін қабыл­дағыштар адам ағзасына өте қауіпті саналатын PM2,5 және PM10 микробөлшектерінің концентрациясын анықтайды», деп нақтылады Ә.Темірбаев.

Наноспутниктерден алған де­рек­­­­­­терді ғылыми және тәжіри­бе­лік мақ­­­саттарда пайдалануға болады. Мәселен, Түркістан қаласының аумағындағы ауа құрамы Дүние­жү­зілік денсаулық сақтау ұйымы ұсын­ған көрсеткіштерден жоғары еместігі анықталған. Қазір атмо­сфе­­раға ұшырылып жатқан «UniSat»­ спутниктері сынақ саты­сын­­­­да­ғы инженерлік модельдерге­ жата­ды. Осыған дейін олар Алма­ты­ облысында, Өзбекстанның Науаи­ облысында сынақтан өткен.­ Уни­вер­ситет ғалымдары аталған жо­ба­ны жетілдіре отырып, бола­шақ­та «UniSat» спутнигін ға­рыш­­­­қа ұшыруды көздеп отыр. Оқу ордасының инжиниринг және­ ғылымды қажетсінетін тех­­но­­­ло­гиялар кластерінде ға­рыш­ тех­нологиялары, жерді қашықтан зондтау, сондай-ақ наноспутниктерді әзірлеу саласында қолданбалы және іргелі зерттеулер жүргізуге арналған мамандандырылған зерттеу жабдығы бар.

Мұздық көлдер мониторингі

Оқу ордасындағы Жерді қашықтан зондтау орталығы 2018 жылдан бері геоақпараттық жүйелер және ғарыштық суреттер негізінде әртүрлі салаға арналған геоөнімдер дайын­дап келеді. Геоақпараттық өнімдер деп отырғанымыз – Жер­ді­­ қа­шық­тықтан зондтау, яғни бақы­лау­ деректері негізінде алынған сарап­тама нәтижелері. Сонымен бірге тағы да басқа дереккөздердің карто­графиялық, статистикалық, метео­мәліметтері пайдаланылады. Бұл жүйе ауыл шаруашылығы, құрылыс, төтенше жағдайлар, экология, қоршаған ортаны қорғау және жүк тасымалы секілді салалар үшін аса тиімді. Мұндай инновациялық өнімдер әлемдік нарықта бәсекеге қабілетті болуға жол ашады.

Жерді қашықтан зондтау орта­лы­­ғында Қытай ғылым академиясына қарайтын «SatSee» виртуалды­ стансасы жұмыс істейді. Бұл «QuickLook» режімінде Қытайдың бес­ жасанды Жер серігінен АҚШ-тың «LandSat» ғарыштық аппа­ра­тының ұшып бара жатқан траек­­­­то­риясын көре отырып, қажет­ті­ аумақтың суреттерін алуға мүм­кін­дік береді.

«Бүгінгі таңда орталық Жер­ді­ бақылап қана қоймай, студент­тер мен магистранттарды өндірістік тәжі­­рибеден өткізеді. «SuperMap» ком­па­ниясымен біріге отырып,­ география және таби­ғат­ты пайдалану, механика-матема­ти­ка­­ факультеттері кафедрала­ры­­­н­а­­ «Super­Map iDesktop» бағ­дар­­ла­ма­сының 30 лицензиясын­ ор­нат­ты. Сонымен қатар Кар­то­гра­­фия және геоинформати­ка­­ кафедрасының базасында «SuperMap» компаниясының инно­ва­циялық өнімдері негізінде «Гео­ақпараттық картография»­ зерт­ха­насы ашылды. Бұл бағдар­ла­ма дүние­жүзіндегі барлық стан­дартқа сәйкес келеді және онда­ заманауи тренд саналатын «Big data», жасанды интеллект, «3D GIS» секілді платформаның бар­лы­ғында жұмыс істеуге болады.­ Бағ­дарлама 600-ден астам талдау­ жасау мүмкіндігіне ие», дейді Инжиниринг және жо­­ға­­ры тех­но­логиялар кластері бас­ директорының орынбасары Өміржан Тәукебаев.

Сардоба су қоймасы жарылған кезде Жерді қашықтан зондтау орталығы Қытай ғылым академиясына қарасты аэроғарыштық зерттеулер институтының ма­ман­­дарымен бірлесе зерттеу­ жүр­гіз­ген. «Сол кезде ғарыштық сурет­тердің негізінде бөгеттің 234-ші метрлік тұсы жарылып­ кет­кенін анықтадық. Жер беде­рі­нің цифрлық моделі арқылы талдау­ жасағанымызда Сардоба суқой­ма­­сынан Қазақстан аумағына дейін аққан су 25-30 шақырым қа­шықтық бойы тек қана ылди­лап аққаны белгілі болды. Мысалы, су­қой­ма­сы­ның маңы теңіз деңгейінен 287 метр­ биіктікте болса, елімізбен шека­ралас аймақтардың деңгейі 210-215 метрге дейін төмендей түседі», дейді ол.

Сол сияқты 2019 жылы орта­лық­ өкілдері Ертіс өзенінің 240 ша­қы­­рымына талдау жасаған. Осы аралықта орта есеппен 138 мың­ға жуық халқы бар 65 елді ме­кен орналасқан. Нәтижесінде ма­мыр айында судың арнасы­на­ толуы байқалған. Бұл су тас­қы­нының алдын алуға және ауыл шаруашылығына қатысты жұ­мыс­тарды жоспарлауға мүмкіндік береді.

Мореналық көлдер тау биік­те­рін­де мұздықтардың еруінен таулы­ аймақтарда пайда болатыны бел­гілі. Алайда құзар таулардағы мома­қан күй кешкен тұнық көлдер көк­тем-жаз мезгілдерінде тасып,­ ала­пат сел туындатуы әбден мүм­кін.­ Бұл ретте Жерді қашықтан зон­д­­­­тау орталығы мореналық көл­дерге автоматтандырылған мони­торинг жүйесін құру және кон­тейнер типтегі мобильді гибридтік электр стансаларды жасау бағытында бірнеше жобаны жүзеге асырды. Елімізде 945 мореналық көл бар болса, оның 47-сі­ көктем сайын қауіп төндіреді. Соның 14-і Алматы қаласының ма­ңында орналасқан.

«Еліміздің сел және көшкін жүру қаупі бар аймақтары да үнемі мониторинг жүргізуді қажет етеді. Ал ғарыштық технология­ларды пайдалану табиғи және антро­по­гендік факторлардан туын­дай­тын апаттардың алдын алу мен шығын мөлшерін азайтуға сеп­теседі. Автоматтандырылған интел­лектуалдық жүйе бір мезет­те­ бірнеше көрсеткішті өлшей ала­ды. Мысалы, судың сапасын, топырақ температурасы мен­ ылғалдылығын, жауын-шашын­ мөл­шерін әп-сәтте анықтап бере­ді.­ Ал мамандар ситуациялық орта­лықтарда отырып-ақ сол мәлі­мет­тер негізінде талдау жасайды. Одан­ бөлек, 360 градустық камера­лар орнатып, жағдайды толық бақы­лауда ұстауға мүмкіндік бар», дейді Ө.Тәукебаев.

Жерді қашықтан зондтау орта­­­лы­­ғының туризм саласының да­муы­­на, қауіпсіздігіне де үлесі ора­сан.­ Мысалы, туризмді дамы­ту мақ­­сатында университет орталығы «Turanga Group» ЖШС-мен бірлесе отырып туристерге арналған карта дайын­дады. Картада Іле-Алатау ұлт­тық паркінде орналасқан Аюсай шатқалындағы үш соқ­пақ­­ пен туристік нысандар көрсе­тіл­ген. Бұл туристерге жол ұзын­ды­­ғы және күрделілігі жайлы ақпа­­раттарды қолжетімді ете түс­ті. Мәліметтердің барлығы цифр­лық форматта болғандықтан, оларды редакциялау да өте оңай. Инфрақұрылым жақсарған сайын картаны кез келген уақытта жаңа мәліметтермен толықтырып отыру­ға­­ болады.

«Жергілікті атқарушы орган­дар­ға пайдалы бола алатын тағы бір тұсымыз бар. Мысалы, тұрмыстық қалдықтарды көметін орындарға да ғарыштық суреттер арқылы мониторинг жасау жақсарды. Алматы маңындағы қоқыс төгетін полигон Әйтей ауылының жанында орналасқан. Ондағы қалдықтың көлемі соңғы онжылдықта 2,5 есе өскен. Аталған әдіс заңсыз қоқыс тас­талған жерлер мен көмілмей қал­ған қатты қалдықтарды анық­тай­ алады», деп нақтылады Ө.Тәу­ке­­­­баев.

Қай кезде де жаңа техно­ло­­гия­ға мұқтаж саланың бірі – ауыл­ шаруашылығы. Жерді қа­шық­тан зондтау болашақта сол жерлерде егістік алқаптарын жос­парлауға, өнімділігін алдын­ ала бағамдауға жол ашады. Қыс­қасы, жерді қа­шықтан зондтау – жаһандану дәуі­­рінде елеу­лі өзгерістер алып келген геоақпа­рат­тық жүйе. Әлем елдері мұны тиім­ді пайдаланып, тамаша нәти­же­­­лерге қол жеткізіп жатыр. Мыса­лы,­ Малайзия мемлекеті осы тех­но­ло­гияның арқасында ақылды қала жасап шығарса, Таиланд «Smart-Agriculture», яғни «ақылды ауыл шаруашылығын», Қытай төтенше жағдайлардың алдын алу геопорталын әзірледі. Тіпті кей­бір елдер логистика саласын­да геоақпараттық жүйелерді қол­дану арқылы жүк тасымалын бақы­лап отыр. Егер мемлекет немесе жергі­лікті атқарушы билік органдары­нан осындай жобаларға тапсырыс түссе, отандық мамандар бәсекеге қабілетті жаңа жоба жасап шығаруға қауқарлы.

Фуллерен – әмбебап өнім

Университеттің физика-техни­ка­лық факультетінің ғалымдары «Қол­дану ауқымы кең көміртекті наноқұрылымды материалдар өндірісін ұйымдастыру» жобасын жүзеге асырып жатыр. Бүгінде наноматериалдардың қолданыс аясы кең болғандықтан, оған әлемде қызығушылық та, сұраныс та басым. «Ал біздің мақсатымыз – құрамы мен қасиеті жақсартылған сапалы өнім жасау үшін көміртекті наноқұрылымдардың (фуллерен) аз шығынды тиімді өндірісін іске қосу. Көміртекті наноөлшемді молекулалық түзілімдерді фуллерен дейміз. Олардың жалпы Сn формуласы бар. Мұндағы n көбінесе 60 немесе 70 мәндерін қабылдайды. Ерекше физикалық-химиялық қасиетке ие», дейді жоба жетекшісі Данияр Исмаилов.

Жас ғалымның айтуынша, фул­леренді, әсіресе Қазақстанның тау-кен өндірісінде, мұнай-газ, метал­­лургия және геология-минеро­ло­гиялық индустрияда, құрылыс компа­ниялары мен электртехникада, сондай-ақ фармацевтика­ сын­ды басқа да салаларда пай­­да­­лана аламыз. Фуллерен – екі кор­­реляциялы жүйеде жә­не­ ғы­­лыми қоғамдастықта үл­кен­­ қы­зы­ғу­шы­­лық тудырып отыр­ған жаңа ма­­те­риал. 1985 жылы­ кездейсоқ табыл­ған фул­лерен көміртегі моле­ку­лалары­мен­ жүргі­зілген тәжірибе нәти­­же­сін­де дамып келеді. Осы материалдар негізінде жүргізіліп отырған тұрақты зерттеулер бола­­шақта пайдалы материалдар шыға­ру­­дың­ қазіргі технологияларын жетілдіреді. Яғни өндіріске өзгеріс әкелетін әмбебап өнім десе бола­ды.­ Өнімдердің құрылымын, төзім­ді­лі­гін күшейтеді.

«Микроматериалдарды көз­бен­ көріп, қолмен ұстай алсақ, нано­ма­териалдардың жайы мүлдем бас­қа. Олармен біз ДНҚ, атом, ядро деңгейінде жұмыс істейміз. Сон­дық­тан оны микроскоп арқылы ғана көреміз. Олардың құрылысы өзгеше, бірақ анағұрлым берік. Бір сөзбен айтқанда, қандай да бір материалдың қасиетін арттыруға, сапалы етуге ықпал етеді. Шикізат ретінде қызық болмауы мүмкін. Ал оны цементке, лак-бояу өнім­­деріне, биомедикаментке, электроникаға қосқан кезде оның қасиеті нығаяды. Мысалы, қол­да­ныс­тағы қарапайым цементті жауын­-шашын тесіп жіберуі ықти­мал.­ Ал наноматериал қосылған өнім суды бойына дарытпайды. Өйт­кені олардың мөлшері шағын бол­ғандықтан, құрамы тығыз әрі берік келеді. Демек құры­лысқа пайдаланған құрамы байы­тылған өнім сапасы жоғары, мық­ты болғандықтан, ұзақ уақыт қыз­мет етеді. Наноматериал қосыл­ған өнімнің құрамы байып, сапа­сы артады. Бұл жоба осынысымен құнды», дейді техника ғылымдарының кандидаты, PhD және Ашық түрдегі ұлттық нанотехнологиялық зертхана маманы Данияр Исмаилов.

Нақты айтқанда, наномате­риалдар графен, көміртекті нано­түтікшелер мен фуллерендер­ өзі­нің тамаша электрлік қасие­ті­ арқасында электронды құрыл­ғы­лар­ды барлық жерде, бар салада өмір­шең етіп, оның қызмет көрсету мер­зімі мен тиімділігін арттыра­ды.­ «Мәселен, автокөліктің дөңге­ле­гін алайық. Үнемі айналып тұрғандықтан, көліктің кейбір қосалқы бөлшектерін әлсін-әлсін ауыстыруға тура келеді. Себебі ол металл бір-бірімен түйіскенде қажалып, жүре-жүре тозады. Ал сол майға наноматериал дең­ге­йін­дегі қоспа қосатын болсақ, металл майланып, оның кішкентай саңы­лаулары жабылады. Соның нәти­жесінде дөңгелек пен көліктің қосалқы бөлшектерінің пайдалану мерзімі ұзарады», дейді ол.

Ғалым фуллерен алудың тех­но­логиясына да тоқталды. «Біз­ зертханадағы арнаулы­ құрыл­ғы­лардың көмегімен графитті стер­женьді жағып, одан күл аламыз.­ Үдеріс вакуум жағдайында жүзеге асы­рылады және жұмыс барысын­да­ инертті газ – гелийді пайдаланамыз. Күлдің де құрамы көміртегіден тұра­ды. Ол кеуекті әрі микроматериал. Ал біз одан біртұтас және наноөлшемдегі материал шыға­рамыз. Күлдің өзі емес, оның құрамындағы көміртекті нано­тү­тікшелер, графен мен фуллерен­ ма­ңызды. Екінші деңгейде еріт­кіш­тердің көмегімен күлді тазалап, құра­мындағы заттарды бөлеміз. Нәти­же­сінде, бірнеше химиялық кезең­нен кейін дайын өнім – фуллерен бөлініп шығады», дейді ол.

Қазіргі таңда өнім нарыққа ұсы­нылған. Бірақ «Пандемия біз­дің де жоспарымызға әсер етпей қой­мады», дейді ғалым. Сондықтан әзір­ге шикізат көршілес елден алы­нады. Қазіргі таңда ресейлік өнді­рушілерден сұраныс түскен. Ішкі нарық әлі де мұндай өнім­де­р­ін пайдалануға толық әзір бол­ма­ған­дықтан, фуллереннің экспорты тиім­ді болар еді. Ол үшін алғашқы қадам­дар да жасалған. Мәселен, Мәскеу мен Том қалаларынан құрылыс материалдарына қолдану үшін ұсыныстар түскен.

АЛМАТЫ