Суреттерді түсірген Марат ЖҮНІСБЕКОВ
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
