Это не мох.

Первое, что нужно знать о ягеле: называть его мхом — грубая ошибка. Ягель — это лишайник, а лишайники не относятся ни к растениям, ни к грибам, ни к водорослям. Это симбиотический организм, в котором гриб и водоросль (или цианобактерия) образуют настолько тесный союз, что ни один из партнёров не может существовать без другого. Гриб обеспечивает структуру и защиту, водоросль производит питательные вещества через фотосинтез — идеальное разделение труда, отточенное миллионами лет эволюции.

Античные и средневековые учёные называли лишайники «хаосом природы» — настолько непонятной была их сущность. Их относили то ко мхам, то к водорослям, то к плесени. Только в 1867 году швейцарец Симон Швенденер доказал двойственную природу этих организмов, а термин «симбиоз» появился ещё через два года. Но даже это оказалось не всей правдой. В 2016 году журнал Science опубликовал исследование, перевернувшее устоявшиеся представления: в большинстве лишайников присутствуют не два, а три партнёра — два вида грибов и водоросль.

Ягель относится к роду Кладония (Cladonia) и включает несколько видов, самый известный из которых — Cladonia rangiferina, кладония оленья. Эти кустистые лишайники образуют сплошные ковры в тундре и тайге, покрывая до 8% поверхности планеты — больше, чем территория России. Они выживают при температуре минус 50 градусов, переносят многомесячную засуху, растут на голых скалах и бедных почвах. Цена такой выносливости — невероятно медленный рост: всего 3-5 миллиметров в год. Чтобы ягельник восстановился после вытаптывания, требуются десятилетия.

Аптека под копытами оленя.

Для северных оленей ягель — не просто еда, а вопрос выживания. Зимой, когда под снегом не найти ни травы, ни листьев, лишайник составляет до 70-80% их рациона. Олени разбивают копытами снежный покров толщиной до метра и безошибочно находят ягель под ним. Как именно — учёные до сих пор не выяснили: у лишайника почти нет запаха, который мог бы пробиться сквозь толщу снега. Но дело не только в калориях. Ягель содержит усниновую кислоту — мощный природный антибиотик, который защищает оленей от кишечных паразитов. Без этого лишайника животные гибнут от инфекций даже при достатке другой пищи.

Северные народы давно подметили целебные свойства ягеля и научились использовать их для собственных нужд. Охотники обкладывали им раны — и гной не образовывался. Мясо, переложенное лишайником, хранилось дольше без признаков порчи. На северных территориях Руси ягель добавляли в тесто при выпечке хлеба — не для вкуса, а для сохранения свежести благодаря бактерицидным свойствам. Из него варили кисели, студни, готовили чай. Во время Великой Отечественной войны лишайник использовали как сырьё для производства сладостей — в условиях дефицита сахара его полисахариды стали спасением.

Современная наука подтвердила народные наблюдения. Усниновая кислота активно убивает туберкулёзную палочку и входит в состав некоторых лекарственных препаратов. Полисахариды лишайников — лихенин и изолихенин — обладают иммуномодулирующими свойствами. Ведутся исследования противоопухолевой активности экстрактов ягеля. А питательная ценность этого неприметного организма поражает: один центнер ягеля по калорийности равен трём центнерам картофеля. Неудивительно, что именно на ягеле держится вся цивилизация оленеводческих народов Крайнего Севера.

Золотое руно с Колымы.

Идея создать «безвредную» водку преследовала советских учёных задолго до новосибирского патента. В 1960-х годах военно-морской врач из Владивостока Израиль Брехман заинтересовался веществами, повышающими адаптивные способности организма. Изучая дальневосточные растения, он обратил внимание на элеутерококк — его добавляли в корейскую водку, после которой похмелье было заметно мягче. Вместе с наркологом из Магадана Мироном Этлисом Брехман начал искать вещество, способное нейтрализовать токсическое действие алкоголя.

Поиски привели к каприму — экстракту из виноградных косточек и гребней. Название расшифровывалось просто: «Кахетия + Приморье». В грузинской деревне Большое Лило построили специальный завод, и на свет появилась водка «Золотое руно» с аргонавтами на этикетке. Испытания на животных и добровольцах показали: напиток действительно вызывает меньше неприятных последствий. Журналист Вячеслав Огрызко, пробовавший «Золотое руно», вспоминал: при употреблении этой водки исчезал так называемый тета-ритм в мозге — первый признак интоксикации.

В 1985 году начался беспрецедентный эксперимент. Местом выбрали Северо-Эвенский район Магаданской области — изолированную территорию, куда сложно завезти «левый» алкоголь. Туда доставили двухгодовой запас «Золотого руна», а обычную водку из продажи убрали. Результаты поразили: за 10 месяцев потребление алкоголя снизилось на 27%, а случаев алкогольных психозов зафиксировали всего четыре — и все после спиртного, привезённого из других регионов. Но у проекта обнаружился фатальный недостаток: настоянный на травах напиток нельзя хранить долго — он давал осадок и портился. А потом началась горбачёвская антиалкогольная кампания, и эксперимент свернули. Страна осталась без беспохмельной водки.

Случайное открытие из Академгородка.

Тридцать пять лет спустя история повторилась — с другим растением и другими учёными. Николай Баранов и Оксана Афанасьева из Новосибирска не собирались изобретать алкоголь нового поколения. Они изучали ягель как потенциальное средство для лечения сахарного диабета второго типа. Логика была простой: лишайник веками помогал оленям выводить токсины, значит, его полисахариды могут работать как сорбент и для человеческого организма. Учёные выделили из ягеля олигосахариды и начали тестировать их в разных жидкостях.

Одной из жидкостей оказалась водка. Результат эксперимента на крысах удивил самих исследователей: животные, получавшие алкоголь с экстрактом ягеля, демонстрировали меньше признаков интоксикации и медленнее формировали зависимость. В марте 2021 года Баранов и Афанасьева получили патент на технологию производства. Согласно документу, экстракт ягеля добавляется в сорокаградусную водно-этанольную смесь в соотношении от 1:150 до 1:200. При этом токсическое и постинтоксикационное воздействие снижается на 18-20%, а скорость формирования алкогольной зависимости — на 20-33%.

Но СМИ не любят скромных цифр. Telegram-канал Mash Siberia первым сообщил о «сенсации», и в пересказах проценты превратились в «разы»: токсичность снизилась «в 2-3 раза», похмелье — «в 20 раз», зависимость формируется «в 6 раз медленнее». Заголовки множились, новость разошлась по всем крупным изданиям. Сам Баранов в интервью РИА Новости был куда осторожнее: «Беспохмельной водки, конечно, не бывает. Приём алкоголя — это в любом случае отравление организма». Но кого интересуют оговорки, когда речь идёт о мечте человечества?

Почему химики смеются.

Реакция экспертного сообщества на новосибирское изобретение оказалась скептической. Один из врачей-токсикологов в разговоре с «АиФ Новосибирск» не удержался от сарказма: «Эти учёные, видимо, испробовали изобретение на себе и в таком состоянии писали об этом статью». За едкой формулировкой скрывался серьёзный научный аргумент: победить похмелье добавкой в бутылку биохимически невозможно.

Механизм похмелья хорошо изучен. Этанол, попадая в печень, окисляется до ацетальдегида — вещества, которое в десятки раз токсичнее самого спирта. Именно ацетальдегид вызывает головную боль, тошноту, тремор и всё остальное, что знакомо каждому, кто хоть раз перебрал. Затем ацетальдегид превращается в безвредную уксусную кислоту, но скорость этого процесса ограничена количеством ферментов. Если алкоголя поступает больше, чем печень способна переработать, токсичный промежуточный продукт накапливается. Никакая добавка в водку не изменит этой биохимии — ацетальдегид образуется внутри организма, а не в бутылке.

Критики указывают и на логическое противоречие. Если добавка блокирует усвоение алкоголя — похмелье должно стать тяжелее, потому что непереработанный этанол останется в крови дольше. Если добавка ускоряет метаболизм — водка просто перестанет опьянять, а это вряд ли устроит потребителей. Сорбент может связывать токсины в желудке, но не в печени, где происходит основная работа по обезвреживанию. Эксперты сходятся в одном: наличие или отсутствие похмелья определяется количеством выпитого, генетикой и состоянием здоровья — но не этикеткой на бутылке.

Экономика против мечты.

Даже если отбросить научный скептицизм и поверить в эффективность ягельной добавки, остаётся главное препятствие — экономика. Сам Николай Баранов признавал в интервью: производители алкоголя стремятся к снижению себестоимости, а экстракт ягеля водку только удорожает. В мире, где минимальная розничная цена полулитровой бутылки регулируется государством и каждая копейка на счету, дополнительный ингредиент — непозволительная роскошь.

Но проблема глубже. Ягель растёт по 3-5 миллиметров в год. Чтобы восстановить вытоптанное оленями пастбище, требуется 15-25 лет. Масштабная заготовка лишайника для алкогольной промышленности означала бы экологическую катастрофу для тундры и крах оленеводства. Северные народы веками кочевали именно потому, что ягельники не выдерживают интенсивной эксплуатации. Промышленное производство экстракта потребовало бы либо варварского уничтожения хрупких экосистем Крайнего Севера, либо создания технологий культивирования лишайников — а их пока не существует.

Четыре года спустя патент Баранова и Афанасьевой остаётся бумагой. Ни один производитель не заинтересовался технологией. На полках стоят сотни марок водки с самыми разными добавками — серебром, золотом, берёзовым соком, кедровыми орехами — но ни одной с ягелем. Учёные вернулись к изначальной цели: разработке препарата для диабетиков. Производство водки они называют «делом будущего», но будущее, похоже, не торопится наступать.

Вечная погоня за невозможным.

История беспохмельной водки — это история человечества, которое тысячелетиями ищет способ получить удовольствие без расплаты. От советского «Золотого руна» до новосибирского патента, от виноградных косточек до оленьего лишайника — каждое поколение верит, что разгадка где-то рядом. Что достаточно найти правильную добавку, правильный экстракт, правильную технологию — и можно будет пить без последствий.

Ягель в этой истории — идеальный символ. Организм, который не является ни растением, ни грибом, ни водорослью. Существо, выживающее там, где не выживает ничто другое. Лекарство, которым северные народы лечились веками. Кажется, если что-то и способно победить похмелье — то именно этот загадочный симбионт из тундры. Но законы биохимии не отменяются патентами. Ацетальдегид образуется в печени независимо от того, что было написано на этикетке бутылки.

Возможно, главный урок этой истории — не в химии и не в экономике. Ягель растёт по три миллиметра в год и живёт десятилетиями. Он научился выживать, не торопясь и не пытаясь обмануть природу. Может быть, и нам стоит перестать искать волшебную добавку — и просто пить меньше? Впрочем, это уже совсем другая история. И куда менее популярная.

Источник.

Секретный бункер в Красноярске.

В академгородке Красноярска, куда иностранцам въезд был запрещён до 1991 года, советские учёные строили будущее космических колоний. BIOS-3 — подземная стальная конструкция объёмом 315 кубических метров — стала самой успешной закрытой экосистемой XX века. Строительство началось в 1965 году, а в 1972-м Иосиф Гительзон и его команда провели первые пилотируемые эксперименты.

Установка делилась на четыре отсека: жилой модуль с тремя каютами, кухней и санузлом; два фитотрона для выращивания пшеницы и овощей; и культиватор хлореллы. Двадцать ксеноновых ламп по 6 киловатт каждая имитировали солнечный свет. Электричество поступало от соседней гидроэлектростанции — единственная связь с внешним миром.

С 1972 по 1984 год BIOS-3 принял десять экспериментов с экипажами от одного до трёх человек. Самый длительный продолжался 180 дней — полгода трое учёных жили внутри стальной капсулы, питаясь выращенной пшеницей, овощами и привезёнными мясными консервами. Система достигала 95 процентов замкнутости по воде. Один человек требовал восемь квадратных метров водорослей для дыхания. Во время одного из экспериментов случайно попавшее в систему семя проросло и превратилось в крепкий берёзовый саженец под искусственным солнцем — позже его ствол разрезали на сувениры.

Гительзон сформулировал правило, которое десятилетия спустя повторяли создатели Biosphere 2: «Помните золотое правило закрытых систем: жизнь надёжна, а на технологии можно полагаться только в том, что они сломаются».

Стеклянный дворец в пустыне.

Biosphere 2 задумывался как советский BIOS-3, увеличенный в сотни раз. В 1991 году в аризонской пустыне завершилось строительство крупнейшей закрытой экосистемы в истории — 1,27 гектара под стеклом, пять биомов от тропического леса до пустыни, собственный океан с коралловым рифом. Восемь добровольцев вошли внутрь 26 сентября 1991 года, чтобы провести там два года.

Проблемы начались почти сразу. Необычно облачная зима 1991-92 годов ограничила фотосинтез, и урожаи оказались меньше запланированных. Экипаж голодал, потеряв в среднем по 16 процентов веса. Но главная катастрофа развивалась незаметно. Через год после начала эксперимента содержание кислорода упало с 21 до 14 процентов — как на вершине четырёхтысячника. Люди едва могли подняться по лестнице. Врач экипажа Рой Уолфорд не мог выполнить простые арифметические действия.

Управляющие приняли решение закачать кислород извне. Пресса объявила эксперимент провалом. Но настоящее открытие пришло позже, когда геохимики из Колумбийского университета выяснили, куда исчез кислород. Микробы в почве — богатой компостом и торфом для ускорения роста растений — перерабатывали органику с огромной скоростью, выделяя углекислый газ. Растения должны были поглощать его и возвращать кислород. Но углекислота находила другой путь: она реагировала с бетоном стен, превращая его в карбонат кальция и необратимо связывая кислород. Внутренняя поверхность бетона содержала в десять раз больше карбоната, чем внешняя.

76 процентов видов животных вымерли. Тараканы и муравьи размножились неконтролируемо. Все опылители погибли, и растения пришлось опылять вручную. Но провал Biosphere 2 дал больше знаний о закрытых экосистемах, чем успех мог бы дать. Главный урок: в замкнутой системе нет мелочей.

Лунные дворцы и барселонские биореакторы.

После распада СССР BIOS-3 вошёл в Международный центр закрытых экосистем и начал сотрудничать с западными агентствами. Европейское космическое агентство запустило проект MELiSSA в 1989 году — амбициозную попытку создать полностью замкнутую систему жизнеобеспечения для полётов к Марсу. Тридцать организаций из дести стран работают над пятью связанными биореакторами: микробные камеры перерабатывают отходы, цианобактерии регенерируют воздух, высшие растения производят пищу и кислород. Пилотная установка открылась в Барселоне в 2009 году. Пока экипаж заменяют крысы.

Китай пошёл дальше всех. В 2014 году в Пекинском университете аэронавтики и астронавтики заработал «Лунный дворец» — Yuegong-1. Первый эксперимент длился 105 дней: три человека жили в 160 квадратных метрах, выращивая пшеницу, кукурузу, сою и пятнадцать видов овощей. Главным источником белка служили жёлтые мучные черви — те самые, которых в Европе продают как корм для рептилий.

В мае 2017 года начался эксперимент Yuegong-365. Восемь добровольцев сменяли друг друга в течение 370 дней — мировой рекорд продолжительности жизни в замкнутой экосистеме. Система достигла 98 процентов замкнутости — против 82 процентов у советского BIOS-3 и 78 процентов у американских аналогов. В 2018 году добровольцы вышли с охапками выращенных овощей под камеры китайского телевидения.

Люцерна как пионер.

В августе 2022 года журнал PLOS ONE опубликовал исследование, которое началось с проекта старшеклассницы из Айовы. Пуджа Касивишванатан задалась вопросом: можно ли вырастить пищу в марсианском грунте без удобрений с Земли? Её научные руководители из Университета штата Айова превратили школьный проект в полноценное исследование.

Марсианский реголит — это базальтовая пыль, выветренные остатки древних вулканов. На Земле вулканические почвы богаты питательными веществами. На Марсе — нет: реголит не содержит органического углерода, не удерживает воду и лишён азота, необходимого для роста растений. Вдобавок марсианская вода перенасыщена солью, а почва содержит перхлораты — токсичные соединения, смертельные для человека.

Решение оказалось в растении, которое тысячелетиями служило кормом для скота. Люцерна — азотфиксатор: бактерии в её корнях захватывают азот из воздуха и превращают в органические соединения. Команда посадила люцерну в чистый базальтовый реголит без каких-либо добавок — и она выросла. Затем высушенную люцерну измельчили в порошок и использовали как удобрение. В обогащённом реголите выросли редис, репа и салат.

Воду опреснили цианобактерии — морская разновидность Synechococcus, та самая группа организмов, которая 2,4 миллиарда лет назад создала кислородную атмосферу Земли. Дополнительная фильтрация через базальтовые породы довела солёность до приемлемого уровня. Цикл замкнулся: цианобактерии опресняют воду, люцерна создаёт почву, овощи кормят астронавтов.

Почему это важно.

От двадцати четырёх часов Шепелева до трёхсот семидесяти дней китайских добровольцев прошло пятьдесят семь лет. За это время мы научились многому: что бетон крадёт кислород, что тараканы переживут любую катастрофу, что мучные черви — приемлемый источник белка, что люцерна растёт в мёртвой пыли. Но главный урок остаётся тем же, который Шепелев получил, вернувшись в свою камеру: замкнутая экосистема — это не сумма отдельных процессов, а сеть связей, которую невозможно полностью просчитать.

Biosphere 2 провалился не потому, что его создатели были некомпетентны. Они просто не могли предвидеть, что бетон станет ловушкой для кислорода. BIOS-3 работал, но его масштаб — три человека на полгода — далёк от марсианской колонии. Lunar Palace 1 достиг рекордной замкнутости, но так и не решил проблему перхлоратов. MELiSSA разрабатывается тридцать пять лет и до сих пор не готов принять человека.

Колонизация Марса потребует системы, которая проработает годы без поставок с Земли. Мы до сих пор не построили ничего подобного. Но каждый эксперимент — от сибирского бункера до аризонского дворца — добавляет строчку в инструкцию, которую однажды прочтут первые марсианские фермеры. Они будут сажать люцерну в мёртвый реголит, опреснять воду цианобактериями и помнить золотое правило Гительзона: жизнь надёжна, а технологии ломаются.

Источник.

Однако даже специалистам сложно отличить естественное старение от симптома заболевания. Один врач видит возрастную норму, другой — патологию, третий советует просто сменить шампунь.

При этом проблема стремительно молодеет: если раньше с выпадением волос обычно сталкивались после 35 лет, то сегодня трихологи принимают 20-30-летних пациентов и отмечают рост обращений среди подростков.

Науке хорошо известны основные причины выпадения волос — от генетической предрасположенности и гормональных влияний до различных заболеваний и факторов внешней среды, однако практически отсутствуют исследования, описывающие, как должны выглядеть волосы здорового человека в разном возрасте. Существующие работы часто основаны на анализе посмертных образцов и не помогают сформировать полноценную картину возрастных изменений у живых людей.

Это напрямую влияет на практическую диагностику. У врачей-трихологов нет четких критериев для разграничения естественного старения и патологических процессов. Стандартный осмотр остается субъективным, а такие методы, как фототрихограмма, хотя и более точны, требуют многократных визитов и значительных затрат. Кроме того, они обычно выявляют проблему на поздней стадии, когда волосы уже заметно поредели. Из-за отсутствия доступных методов ранней диагностики врачам сложно подобрать эффективное лечение. Пациенты вынуждены годами ходить по разным специалистам и менять схемы терапии, не получая желаемого результата.

Ученые ПГМУ им. академика Вагнера и ПНИПУ создали программу-помощник для трихологов, которая объективно оценивает соответствуют ли волосы пациента возрастной норме.

В основе разработки — исследования возрастных изменений волос, проведенные пермскими учеными. Изучались волосы мужчин и женщин разных возрастных групп: 21-35 лет; 36-59 лет; 61-74 года и 75-86 лет.

Исследователи анализировали изменения в височной и теменной зонах, потому что они демонстрируют разную реакцию на старение: первая очень чувствительна к возрастным изменениям, а теменная более устойчивая и дольше сохраняет структурные характеристики волос. Лобную и затылочную области не исследовали, так как на лбу волосяной покров изначально редкий, что не позволяет получить репрезентативные данные, а на затылке отличается особой устойчивостью к облысению, что делает его менее информативным для оценки динамики.

Ученые исследовали два ключевых параметрах — ширину волосяной луковицы и толщину стержня волоса. Эти показатели были выбраны, так как их можно объективно измерить в микрометрах. В отличие от субъективных оценок «густоты» или «плотности», эти критерии не зависят от внешних условий и сигнализируют о состоянии волоса.

Ширина луковицы отражает потенциал фолликула: чем она больше, тем больше ресурсов для формирования полноценного волоса.  Толщина стержня демонстрирует фактическое состояние волоса, позволяя определить результат работы всей системы. Это помогает комплексно оценить состояние — от потенциала роста до реального качества.

Количество выпавших волос не учитывается, поскольку этот показатель сильно варьируется под влиянием внешних факторов, таких как сезонность, режим ухода и общее состояние организма. Кроме того, изначальная густота индивидуальна для каждого человека — у некоторых от природы более редкие волосы.

Ученые обнаружили, что в теменной зоне у мужчин наблюдается тенденция к уменьшению ширины луковицы с 74,6 мкм в молодом возрасте до 71,2 мкм в пожилом, а толщины стержня — с 33,8 мкм до 31,8 мкм. У женщин также отмечается аналогичная тенденция: ширина луковицы снижается с 75,4 мкм до 71,3 мкм, толщина стержня — с 32,8 мкм до 30,9 мкм. Полученные данные позволяют утверждать, что параметры волос в теменной зоне остаются относительно стабильными на протяжении жизни. Незначительная тенденция к уменьшению ширины луковицы и стержня укладывается в рамки естественного старения, поэтому выраженное истончение волос в этой области будет указывать на заболевание.

Также ученые выявили у женщин негативную динамику состояния внутренней защитной оболочки луковицы — структуры, которая служит опорой для растущего волоса. Если среди молодых участниц она сохранялась в 76,3% случаев, то в зрелой группе этот показатель снизился до 65,1%, а среди пожилых женщин — до 49,2%.

— Можно предположить, что проблема выпадения связана с глубоким повреждением самой волосяной луковицы. С возрастом ее внутренняя структура постепенно разрушается — уменьшается количество активных клеток, нарушаются процессы питания и восстановления. В результате луковица теряет способность производить здоровые волосы. Поэтому традиционные методы лечения, направленные лишь на внешнее укрепление волоса, часто не приносят результата. Они не воздействуют на основную причину — постепенное разрушение луковицы изнутри, — рассказал Анатолий Баландин, доцент кафедры анатомии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера, доктор медицинских наук, врач-невролог.

При исследовании височной зоны выявились более выраженные возрастные изменения по сравнению с теменной областью. У мужчин ширина луковицы сократилась с 73,4 мкм в первом периоде зрелого возраста до 65,1 мкм в старческом (на 11,3%). У женщин аналогичный показатель изменился с 74,4 мкм до 65,7 мкм (на 5,14%).

Что касается толщины стержня, то здесь также наблюдалась лишь тенденция к уменьшению: у мужчин — с 31,7 мкм до 28,4 мкм, у женщин — с 31,1 мкм до 29,5 мкм. При этом изначально волосы мужчин и женщин демонстрируют удивительное сходство — разница в размере луковиц составляет всего 1 микрометр. С возрастом это расхождение уменьшается до 0,6 мкм. Это означает, что базовая структура волос у мужчин и женщин практически идентична, а все видимые различия в состоянии связаны с разной скоростью и механизмами старения, а не с изначальными особенностями строения.

По результатам, височная зона оказалась наиболее уязвимой к возрастным изменениям, причем у мужчин эти процессы выражены сильнее. Это объясняется анатомическими особенностями кожи разных зон головы. В височной области она тоньше, более подвижна и содержит меньше жировой клетчатки.

Теменная область же имеет лучшее кровоснабжение, более толстую и менее подвижную кожу с развитой подкожно-жировой клетчаткой. Эти факторы обеспечивают лучшую поддержку волосяным фолликулам и объясняют относительную стабильность волос в этой зоне. Именно поэтому височные области первыми проявляют признаки возрастных изменений, в то время как теменная зона дольше сохраняет стабильность.

Выявленные в исследовании закономерности позволили ученым установить чёткие границы нормы для каждой возрастной группы и половой принадлежности. Эти данные и стали основой для создания программы-помощника трихолога.

— Принцип работы разработки строится на сравнении индивидуальных показателей пациента с полученными нормами. Врач вводит в систему пол и возраст пациента, а также данные трех волос с разных участков головы: ширину луковицы, толщину стержня и состояние внутренней защитной оболочки. Программа анализирует эти параметры и определяет степень соответствия биологического возраста волос реальному возрасту пациента, — поясняет Владислав Никитин, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Разработка пермских ученых уже готова к практическому применению в клиниках и медицинских центрах. Программа не требует сложного оборудования и может быть интегрирована в работу врачей в кратчайшие сроки. Теперь специалисты могут не тратить месяцы на пробные методики лечения, а сразу назначать целенаправленную терапию или корректный антивозрастной уход. Для пациентов это означает не только экономию времени и денег, но и возможность сохранить здоровье волос благодаря точному диагнозу.

Существующий ГОСТ 14846-2020 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» создан для двигателей внутреннего сгорания, поэтому его нельзя применять к электромоторам из-за принципиальных различий.  Бензиновый или дизельный двигатель, если дать ему непосильную нагрузку, просто заглохнет. Электродвигатель же сохранит частоту вращения ротора и продолжит работать, при этом сила тока в его обмотках возрастет в разы, что приведет к стремительному нагреву. Это может вызвать нарушение изоляции, замыкание и отказ.

Кроме того, электромоторы способны развивать максимальное усилие «с места», на очень низких оборотах (в диапазоне от 0 до приблизительно 1000 об/мин), где обычный двигатель внутреннего сгорания работать не может. Помимо этого, их рабочий диапазон шире: они работают на частотах вращения, в полтора-два раза превышающих максимальные обороты бензиновых аналогов.

Все это требует другого испытательного оборудования.  Для моделирования различных условий работы двигателя используют стенды и специальные испытательные установки. Стенд для электромотора должен уметь создавать усилие, в 2–3 раза превышающее его номинальную (паспортную) мощность. Такая перегрузка позволяет смоделировать экстремальные, но возможные в жизни ситуации — например, резкий обгон или затяжной подъём в гору с полным грузом. При испытаниях бензинового двигателя стенду было достаточно создать усилие, всего на 50% превышающее максимальное усилие самого двигателя.

В России готовых решений для испытаний автомобильных электромоторов под нагрузкой практически нет. Импортное оборудование либо недоступно, либо стоит очень дорого.  Без серийных проверок на стенде, нельзя гарантировать безопасность и долговечность работы электрических двигателей, из-за чего нельзя наладить массовое производство собственных электромобилей.

Учёные Пермского Политеха разработали и предложили собственную методику на специально собранном для этого нагрузочном стенде. Комплекс, созданный на кафедре «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, позволяет исследовать поведение электродвигателей в экстремальных режимах и определять точные границы их безопасной эксплуатации.

Для экспериментальной апробации новой методики специалисты выбрали конкретный образец — серийный, малоразмерный асинхронный двигатель мощностью 1,1 кВт. Это самый распространённый и надёжный тип электромотора, где ротор вращается за счёт «скольжения» — небольшого отставания от вращающегося магнитного поля статора. Такая конструкция проста, долговечна и хорошо выдерживает перегрузки. Выбор сделан не случайно: на российском рынке доступен большой выбор подобных двигателей с разной мощностью и частотой вращения, кроме того, асинхронные электрические машины сегодня используют ведущие мировые автобренды, включая Tesla, Audi и Mercedes-Benz, например, модели Tesla Model 3, Y, X, Ora 03 GT, Mercedes-Benz EQC, Audi e-Tron.

Для испытаний собрали специальный стенд. Основой для него стал электромотор, к валу которого присоединили генератор. Этот генератор выполняет роль «электрического тормоза»: создаёт сопротивление, заставляя мотор работать под разной нагрузкой — от минимальной до предельной. Скорость вращения мотора управляется с помощью частотного преобразователя, который действует подобно педали газа. Силу «торможения» генератором можно плавно регулировать с пульта управления. Эта установка позволяет воссоздать на стенде любые дорожные условия: от спокойной езды до резкого ускорения или медленного подъёма. Всё это время специальные датчики замеряют следующие параметры: усилие, которое развивает мотор, частоту вращения и температуру его корпуса. Так инженеры видят, как ведёт себя двигатель в каждой конкретной ситуации и в какой момент он начинает опасно перегреваться.

Обычно, при испытаниях двигателей по стандартам, главным показателем на графиках является скорость вращения вала (обороты в минуту). Учёные Пермского Политеха предложили изменение: в качестве основного параметра они использовали частоту электрического тока (в герцах), подаваемого на мотор. Они сделали это потому, что в электромобиле, когда водитель нажимает на педаль газа, электронная система меняет именно частоту тока. Такой подход упрощает восприятие и обработку результатов испытании, делая их более понятными для инженеров, которые проектируют системы управления будущих автомобилей.

Мотор тестировали на разных режимах. Особое внимание уделяли рабочим параметрам, влияющим на нагрев электрического двигателя. Учёные определили для данного двигателя две ключевые температурные границы: критическая температура корпуса — 70 °C и максимально допустимая температура медных обмоток — 145 °C. Превышение этого внутреннего предела ведёт к необратимому повреждению изоляции и резкому сокращению срока службы.

Поэтому контроль температуры корпуса может стать надёжным, внешним индикатором процесса. Когда температура стабильно ниже 70 °C, скрытые обмотки гарантированно не перегреваются. Это позволит создать простую и эффективную систему управления двигателем, а датчик на корпусе при достижении порога в 65–70 °C автоматически подаст сигнал о необходимости ограничить ток, предотвратив разрушение двигателя изнутри.

Исследователи определили оптимальный диапазон для продолжительной работы двигателя, в котором он не выходит за допустимые значения по температуре в течение 30 минут работы.  Тестируемый мотор выдал свою паспортную мощность в 1,1 кВт, работал с небольшим запасом до критического порога в 70°C.  

— Испытания также позволили выявить режимы, при которых температура всего за несколько минут работы достигает опасной отметки, практически вплотную приближаясь к критическому порогу. Эти режимы не подходят для длительной работы электрического двигателя под нагрузкой, — поясняет Николай Лобов, заведующий кафедрой «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.

Разработанная учёными методика создаёт универсальный инструмент для тестирования отечественных электродвигателей для электромобилей под нагрузкой. Дальнейшим направлением работы исследователей станет применение отработанной методики к другим типам электродвигателей, в первую очередь к синхронным.

Однако уже сейчас результаты могут быть использованы для всего цикла разработки и сертификации отечественных электромобилей. Полученные данные предоставляют инженерам-испытателям чёткий алгоритм действий для определения конкретных температурных границ и рабочих параметров, конструкторам — основу для точного расчёта систем охлаждения и силовых агрегатов, а разработчикам программного обеспечения — фундамент для создания интеллектуальных алгоритмов управления. Практическое применение разработанного подхода позволит производителям гарантировать безопасность, надёжность и предсказуемость характеристик будущих электромобилей, закладывая основу не только для серийного производства, но и для формирования новых национальных отраслевых стандартов, обеспечивающих технологическую независимость электроавтомобилестроения.

– По одной из гипотез, высокая активность звездопада с большим количеством метеоров может быть связана с продолжающимся процессом разрушения астероида (3200) Фаэтон, который представляет собой родительское тело. При каждом сближении с Солнцем астероид подвергается мощному тепловому и гравитационному стрессу, что приводит к выбросу потока обломков. Таким образом, каждый декабрь, наблюдая ослепительный звездный дождь, мы становимся свидетелями динамичного космического процесса — постепенной эволюции малого тела Солнечной системы. Именно эта связь с астероидом – ключевая особенность Геминид, – рассказывает Евгений Бурмистров, эксперт в области астрономии Пермского Политеха.

Астероид Фаэтон принадлежит к группе аполлонов – объектам, чьи траектории движения пересекают земную орбиту. Его путь уникален – он невероятно вытянут и пересекает орбиты всех четырёх планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Марса. В настоящее время он, продолжая движение по своей эллиптической орбите, находится вблизи нашей планеты.

Родительское тело потока представляет собой каменную глыбу диаметром примерно 6 км. Свое название он получил в честь героя греческого мифа – Фаэтона, сына бога солнца Гелиоса. Этот объект сложно однозначно классифицировать, поэтому эксперты называют его «связующим звеном» между разными типами небесных тел. Сгорающие в небе частицы представляют собой вещество самого космического объекта, что дает ученым уникальную возможность дистанционно изучать эволюцию малых тел. Согласно долгосрочным прогнозам астрономов, эти потоки будут видны на небе Земли еще многие десятилетия.

– Зрелищность Геминид обусловлена не только их количеством, но и качеством. Метеоры часто бывают исключительно яркими и, что важно для наблюдателей, сравнительно медленными. Их скорость составляет примерно 35 км/с, что почти в два раза меньше, чем у стремительных Персеид. Они не проносятся мгновенной черточкой, а оставляют в небе хорошо заметные, длящиеся пару секунд следы. Настоящим подарком для зрителей становится разноцветие вспышек: в потоке можно увидеть белые, желтые и даже изумрудно-зеленые метеоры. Такая палитра обусловлена различным химическим составом сгорающих в атмосфере частиц – в них могут присутствовать натрий, магний или железо, – отмечает ученый.

Чтобы своими глазами увидеть это разноцветное шоу, стоит заранее подготовиться. Условия в ночь с 13 на 14 декабря будут почти идеальными: радиант потока – точка, из которой «вылетают» метеоры – будет находиться в созвездии Близнецов, а Луна не создаст помех, так как будет в убывающей фазе.

– Начинать наблюдения стоит с наступлением темноты, примерно с 22 часов, и следить за восточной частью неба. Наибольшее количество «падающих звезд» будет видно после полуночи, когда радиант поднимется высоко над горизонтом. Лучше всего выбрать место вдали от городской засветки. Глазам потребуется около 20-30 минут, чтобы полностью адаптироваться к темноте. Смотреть нужно не строго на радиант, а на область неба вокруг созвездия Близнецов, – объясняет Евгений Бурмистров.