Доклад по науке астана-Алматы, 2016 ббк 72,3 а 12 Национальный доклад по науке издается в соответствии с «правилами», утвержденными Указом



страница6/20
Дата17.10.2016
Размер4.22 Mb.
ТипДоклад
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

Случайные уравнения. Исследование уравнений и систем уравнений в частных производных со случайными коэффициентами, в частности, уравнений магнитной гидродинамики, является одним из важнейших направлений в современной теории уравнений в частных производных, теории случайных процессов, и вообще теории случайных сред. Необходимость исследования задач этого направления возникает из запросов таких разделов наук, как физика, астрофизика, геофизика, гидродинамика, теория гетерогенных сред и композитных материалов, теория неупорядоченных структур и т.п. Особое значение имеет исследование вопросов осредняемости таких уравнений и получение осредненных уравнений, более адекватно описывающих изучаемые явления и анализ таких уравнений. Результаты исследований могут найти приложения в теории случайных сред, теорий уравнений в частных производных, гидродинамике и в ряде разделов астрофизики и техники.


Обратные задачи стохастических дифференциальных уравнений и систем уравнений. В настоящее время сформулированы возможные постановки обратных задач стохастических дифференциальных систем и достаточно полно разработаны общие методы решения этих задач в классе обыкновенных (неслучайных) дифференциальных уравнений. Вместе с тем, во многих работах по стохастической устойчивости и стохастическому управлению рассматриваются динамические системы, описываемые стохастическими дифференциальными уравнениями типа Ито. Этими уравнениями описываются многочисленные и важные в приложении модели механических систем, учитывающие воздействие внешних случайных сил.

Перспективность исследований по данному направлению заключается в расширении возможности построения математических моделей, точнее отображающих динамику важных в прикладном отношении реальных процессов.



Исследования в области теоретической эконометрики. Предложенный новый метод, суть которого заключается в том, что бесконечная последовательность векторов приближается функцией непрерывного аргумента, оказался более общим и гибким, чем методы, использовавшиеся до сих пор за рубежом. Это позволяет использовать методы математического анализа при исследовании объектов, содержащих бесконечный объем информации. С помощью данного метода удалось решить задачу об асимптотическом распределении оценки наименьших квадратов для чисто пространственной модели [76].

Предельные теоремы теории вероятностей. Содержание современной теории вероятностей в ее большей и, возможно, самой важной для приложениий части составляют, так называемые, предельные теоремы. Весьма почетное место среди них занимают предельные теоремы для последовательностей распределений сумм независимых случайных величин, значения которых могут быть как вещественными числами, так и элементами пространств более общего типа (векторами, функциями и т.д.).

Популяционная генетика. В настоящее время методы теории ветвящихся процессов находят все больше применении в задачах популяционной генетики. Рассматриваются процессы рождения и гибели с взаимодействием. Эта модель интересна тем, что между частицами имеется конкуренция. В таких задачах очень важно знать также среднее время вырождения такого процесса, т.е. знать, как долго будет длиться процесс. Она также рассматривала процесс Гальтона-Ватсона с дробно-линейным законом размножения, в том числе в неоднородной среде [77,78].

Для вышеназванного круга задач были доказаны предельные теоремы для среднего времени вырождения, получены асимптотические формулы, доказана разложимость процесса Гальтона-Ватсона с дробно-линейным законом размножения на подтипы, найдена вероятность невырождения в случайный момент наблюдения однотипного дробно-линейного процесса Гальтона-Ватсона.



3.1.6. Исследования в области космической технологии

Анализ современного состояния и тенденций развития космической деятельности6

Анализ и перспективы развития космической деятельности в мире. За последние 10 лет число стран, имеющих национальные космические программы или собственные космические средства, удвоилось, а совокупный объём глобальных государственных ассигнований в космическую деятельность вырос более чем в 1,5 раза.

На сегодня свыше 130 государств причастны к различным космическим программам. В предыдущие годы 11 стран мира в полной мере обладали инфраструктурой для космической деятельности: Россия, Украина, США, Франция (Европа), Китай, Израиль, Индия, Южная Корея, Япония, Иран, КНДР.

За последние 10 лет из 640 успешных мировых запусков, на долю России приходилось 255, США - 191, Китая - 87, Европы - 61, Японии - 24, Индии - 17, Израиля - 3, Ирана – 2 (рис. 3.2). За тот же период из 1 тысячи 86 космических аппаратов в США было построено 38%, в России - 20%, в Европе - 17%, в Китае - 9%, в Японии - 6% [79].

Рисунок 3.2. Анализ мирового космического рынка по количеству запусков
По итогам 2010 г. совокупный объем мирового космического рынка составил 276,5 млрд. долларов США, что больше показателя 2009 г. на 7,7%. По итогам 2012 г. этот показатель составил более 300 млрд. долларов США, что больше показателя 2011 г. минимум на 7,8%.

Количество запусков снизилось с 78 в 2009 г. до 74 в 2010 г., однако количество полезных грузов увеличилось со 111 до 118, соответственно.



Расходы правительств на гражданские и оборонные космические проекты в 2010 г. выросли на 2% по сравнению с 2009 г. и достигли 71,5 млрд. долларов США.

В мировом ВВП объем продаж авиакосмической техники достигает 1,2%, а в США - 2%. Объем продаж мирового авиакосмического рынка в 2013 г. составил около 400 млрд. долларов США [80], при этом основная его доля - 86% - приходилась на США и ЕС, доля России составляет свыше 10% [81]. В их экономике данная отрасль обладает высоким экспортным потенциалом. Так, в 2010 г. при дефиците внешнеторгового баланса США в 231 млрд. долларов США положительное сальдо в отрасли достигло 41 млрд. долларов. В последние годы значительное внимание развитию авиакосмической отрасли уделяют развивающиеся страны (КНР, Индия, Бразилия и др.).

Динамика объема продаж авиакосмического рынка за 2009-2012 гг. обнаруживает их устойчивый рост. Спад рынка в 2008 г. был незначителен и совпал со спадом в мировой экономике и кризисами в США. Помимо динамики ВВП, среди влияющих на объем продаж авиакосмического рынка факторов можно выделить удорожание техники вследствие ее усложнения, роста сроков и стоимости освоения продукции - до 8-10 лет и 10-12 млрд. долларов США для новой модели и 2-4 лет и 2 млрд. долларов США для модификации, значительных сроков выполнения заказов - до 2-3 лет. На объем продаж влияют и старение парка техники у эксплуатирующих организаций, снижение их рентабельности, платежеспособности и рыночной силы.

К 2018 году на мировом космическом рынке пусковых услуг потребность в ракетах-носителях легкого класса увеличится с 15% до 16%, а спрос на ракеты-носители среднего класса снизится с 27% до 20% по сравнению с существующим в настоящее время. Спрос на ракеты-носители тяжелого класса будет расти, и его доля составит от 58% до 64% [82].

К концу 2018 г. количество ракет-носителей, изготовленных в Европе, России, США и Китае, составит около 88% от общего количества ракет-носителей, изготовленных в мире. Остальные 12% разделят примерно поровну фирмы Hindustan Aeronautics (Индия), Mitsubishi Heavy Industries (Япония), Иран и Корея. Изготавливаемые ими ракеты-носители: PSLV/GSLV (Индия), H-2A (Япония), Safir (Иран), Unha-2 (КНР), KSLV (Корея) - относятся главным образом к носителям, используемым для обеспечения потребностей своих государств.

До 2018 г. максимальное количество запусков произведут компании ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (РФ) ракетами-носителями типа «СОЮЗ» и НПО «Южное» (Украина) ракетами-носителями «Зенит». Доля этих предприятий составит 12,8% и 12,6% соответственно [83].

Перспективы развития космических технологий в Азии. Регион представляет собой достаточно неоднородную группу государств с точки зрения уровня и темпов развития космических технологий. Только некоторые из них, например, Корея, Малайзия и Индонезия, имеют планы по разработке собственных ракет-носителей; большинство же являются операторами нескольких спутников и тратят на космическую деятельность не более 100 млн долл. США ежегодно.

Различаются и цели развития космических технологий. Меньшие и менее развитые экономики такие, как Бангладеш и Лаос и др. пришли к пониманию роли космических средств в социально-экономическом развитии, в то время как для Китая космическая инфраструктура – одно из средств поддержания стратегического баланса силы в регионе.

Анализ перспектив развития космических программ азиатских стран позволяет сделать следующие выводы.

1. В ближней и среднесрочной перспективе поступательное наращивание космической инфраструктуры в регионе продолжится, оно будет опираться на высокие темпы азиатских экономик, а также огромный потенциал региональных рынков.

2. Увеличение числа заказчиков за счёт «новых космических стран» расширит рыночные перспективы ведущих мировых игроков (таких как США, Европа и Россия), в то же время, с учётом динамичного развития потенциала Китая, Индии, Японии, а также других стран (Кореи, Таиланда, Вьетнама), будет способствовать ужесточению конкуренции на региональном и мировом рынке.

3. Диверсификация мировой космической деятельности за счёт вовлечения новых игроков обуславливает повышение динамики и сложности международного сотрудничества, а также переформатирование моделей взаимодействия стран-лидеров и «возникающих азиатских космических стран», постепенный переход к передаче более передовых технологий.

4. Повышается значимость кооперации на региональном уровне – как в рамках региональных форумов, так и в формате двустороннего сотрудничества. Начиная с 2008 г. в Азии под эгидой Китая и Японии параллельно действуют Азиатско-тихоокеанская организация по сотрудничеству в сфере мирного космоса (APSCO) и Региональный азиатско-тихоокеанский форум космических агентств (APRSAF). В качестве примера двухстороннего сотрудничества можно привести проекты КНР в сфере спутниковой навигации и создании совместных с Таиландом, Шри-Ланкой и Лаосом спутников. Подобные проекты реализуют Япония и Вьетнам по разработке и производству малых спутников для мониторинга, в 2017-2020 гг. намечены запуски двух спутников, второй из которых будет собран вьетнамскими специалистами. Это сотрудничество не имеет аналогов, т.к. предложенные Вьетнаму аппараты ASNARO по характеристикам превосходят эксплуатируемые Японией разведывательные спутники системы IGS, при этом проект предполагает передачу уникальных технологий.

В итоге, происходящие масштабные изменения оказывают всё большее воздействие на экономические и политические процессы в Азии, возрастает роль космической деятельности в процессах региональной интеграции, а также как фактора ускорения социально-экономического и технологического развития стран региона. В то же время, стремительное развитие космических технологий азиатскими странами несёт в себе ряд вызовов.

Во-первых, с учётом особого значения космической деятельности как инструмента расширения экономического и политического влияния, а также обеспечения безопасности на мировом и региональном уровне, динамичное наращивание космического потенциала в Азии приобретает на данном этапе черты соревнования, «региональной космической гонки». Хотя, пока сложно спрогнозировать, насколько далеко оно может зайти, но это совершенно точно окажет существенное влияние на будущие международные отношения в сфере космоса.

Во-вторых, в Азии формируются три центра силы в сфере космических технологий (Китай, Япония, Индия), отношения между которыми зачастую носят характер острого политического соперничества. Это препятствует объединению их усилий в сфере космоса и полномасштабной реализации потенциала региона.

В-третьих, на фоне активного наращивания темпов военного строительства в регионе возникает ряд вопросов, связанных с милитаризацией космоса и развёртыванием космических систем военного и двойного назначения, что может быть воспринято как угроза сложившемуся балансу сил. В то же время, поступательное развитие международного сотрудничества способно оказать стабилизирующее влияние и выработать новые подходы к реализации несиловых механизмов обеспечения региональной стабильности и безопасности. 

Проблемы и перспективы развития космической деятельности в Казахстане. Космическая отрасль Казахстана лишь недавно стала самостоятельной, ее доля в мировом рынке мала. Для сравнения, если сегодня Россия тратит на космическую деятельность 2,7 млрд. долл. в год и находится на четвертом месте в мировом рейтинге [84], то Казахстан с 2009 по 2014 гг. потратил всего 111,3 млрд. тенге или 0,6 млрд. долл. [85].

Для создания космической отрасли в республике имелись объективные предпосылки: наличие космодрома «Байконур» с функционирующими космическими ракетными комплексами (КРК) «Протон», «Союз», «Зенит», «Днепр»; наличие базовых элементов Национальной системы космического мониторинга (НСКМ), включающей три Центра приема космической информации со спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), и наличие основных элементов научно-технологической инфраструктуры, включающей станции космических лучей, научные лаборатории, астрономическую обсерваторию.

В рамках первой Государственной программы развития космической деятельности на 2005-2007 гг. реализованы проекты создания спутника связи и вещания «KazSat-1», организации специального конструкторско-технологического бюро космической техники (СКТБ КТ), развиты подсистемы НСКМ. Были разработаны проектные материалы создания КРК «Байтерек», спутника связи и вещания «KazSat-2», космической системы ДЗЗ, сборочно-испытательного комплекса космических аппаратов (СбИК КА), космической системы научного назначения, системы высокоточной спутниковой навигации.

В рамках ГП ФИИР на 2010-2014 гг. была поставлена стратегическая цель создания в Казахстане самодостаточной космической отрасли для удовлетворения потребностей экономики страны в различных космических продуктах и услугах космических систем связи, ДЗЗ и спутниковой навигации.

За 2012-2014 гг. завершено 23 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, создано 2 экспериментальных образца космической техники и материалов.

За 2012 г. в 10 организациях и учреждениях были использованы наукоемкие космические технологии и услуги, было внедрено 6 наукоемких космических технологий, доля казахстанских квалифицированных специалистов в области космической деятельности по отношению к общему числу работников космической отрасли выросла на 30%.

В 2013 г. число организаций и учреждений, в которых были использованы наукоемкие космические технологии и услуги, выросло до 11, количество наукоемких космических технологий – до 8, доля казахстанских квалифицированных специалистов в области космической деятельности по отношению к общему числу работников космической отрасли – до 40%.

При этом по новым направлениям прикладных научных исследований, связанным с разработкой отечественных образцов космической техники, требуется создание и оснащение современным опытно-экспериментальным оборудованием соответствующих лабораторий.



3.1.7. Исследования в области механики и машиноведения7

Анализ современного состояния и тенденций развития механики в мире. Мировые тенденции развития в небесной механике и астродинамике

В современной теоретической механике наиболее развиваемым направлением является астродинамика – раздел небесной механики, посвященный изучению движения искусственных небесных тел, т.е. искусственных спутников.

Расчёт начальных положения и скорости искусственного небесного тела, соответствующих выбранной заранее первоначальной орбите, - одна из задач проектирования орбит.

При проектировании орбит весьма важны задачи о переходе искусственного небесного тела с одной орбиты на другую, т.к. часто или невозможно, или энергетически невыгодно осуществить запуск сразу на орбиту, отвечающую поставленной цели исследования. Могут ставиться задачи как о сравнительно небольшой коррекции орбит, так и о переходе на совершенно другую орбиту. С такими задачами сталкиваются, например, при осуществлении межпланетных перелётов, запуске искусственных спутников Луны или при запуске космических аппаратов (КА) на стационарную орбиту вокруг Земли.

Вопросы оптимального движения искусственных небесных тел с дополнительной тягой разрабатываются весьма интенсивно. Это вопросы: о выборе оптимальной программы управления для доставки на круговую орбиту, расположенную на большой высоте над поверхностью Земли, максимального полезного груза в заданное время; об оптимальном многоимпульсном переходе между произвольными эллиптическими орбитами КА. К этому кругу относятся также задачи о возвращении космического аппарата на Землю с учётом торможения в атмосфере.

Мировые тенденции развития в механике деформируемого твердого тела

Фундаментальные исследования по механике деформируемого твердого тела во всем мире выполняются главным образом в следующих основных направлениях:

- создание упругих, пластических, реологических, вязко-упругопластических моделей материалов, конструкций, сооружений, тел и сред при разнообразных воздействиях силовых, температурных и электромагнитных полей;

- исследование напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости указанных объектов;

- разработка научных основ макромеханики, мезомеханики, микромеханики и наномеханики с учетом все более мелкомасштабной внутренней структуры.

В настоящее время в геодинамике и механике разрушения происходит интенсивное развитие исследований, связанных с изучением нестационарных процессов в зонах разломов земной коры.

Исследования электромагнитного взаимодействия ядра Земли с мантией, начатые Е. Буллардом, продолжаются. Механизм, создающий и поддерживающий эксцентричность внутреннего ядра, недостаточно исследован.

Механика горных пород и грунтов как наука, занимающаяся происходящими в горных породах, грунтах и в их массивах, толщах в естественном состоянии процессами, впитала в себя методы современной механики. Скачок в познании механики горных пород появился в связи с открытием явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок.

Задачи термонапряженного состояния труб и тел, термоупругости, также как и задачи устойчивости деформируемых систем, являются актуальными задачами современной механики твердых тел (МТТ).

В связи с дальнейшим развитием методов анализа и появлением новых методов и технологий измерения разработка научных основ микромеханики и наномеханики с учетом все более мелкомасштабной внутренней структуры также является одной из доминирующих тенденций современной механики деформируемого твердого тела.

Разработка новых материалов с повышенными деформационными свойствами, прочностью и трещиностойкостью, также как и создание конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях совместного действия интенсивных механических нагрузок, физических полей и активных сред, требуют глубокого понимания и моделирования роли различных структурных уровней материала и их взаимодействия в процессах деформирования и разрушения.

Появившиеся в последние годы технологии создания нанообъектов с высокими механическими свойствами открывают возможности для разработки и производства новых материалов и изделий с высокими эксплуатационными свойствами (долговечностью, усталостной и контактной прочностью, трещиностойкостью).

Структурная механика является научной основой развития указанного направления техники и технологии. При этом фундаментальную роль играет моделирование взаимодействия нано-, микро-, мезо-, макромасштабов в процессах деформирования и разрушения.

Мировые тенденции развития в механике жидкости и газа

Одной из основных нерешенных до конца проблем механики жидкости и газа (МЖГ), также как и современной теоретической физики, является проблема турбулентности. Исследование турбулентных течений остается одной из центральных тем в гидроаэродинамике, метеорологии, промышленной технологии. Этот интерес определяется тем, что турбулентные течения являются самой распространенной формой движения жидкостей и газов, в турбулентных течениях интенсивность динамических и тепло- и массообменных процессов на порядки выше, чем в ламинарных течениях.

С развитием мощных вычислительных систем и численных методов, с одной стороны, и измерительной техники и технологии, с другой, достигнуты большие успехи в понимании этого явления, и открываются новые возможности. Например, в настоящее время достигнуты значительные успехи в исследовании турбулентных течений с помощью прямого численного решения системы нестационарных уравнений Навье-Стокса. Еще один современный метод – моделирование крупных вихрей – дает возможность рассматривать более сложные практические задачи и при более высоких числах Рейнольдса.

Одной из современных задач самолето- и ракетостроения является создание гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА), летящего со скоростью, превышающей скорость звука в 5-10 раз и позволяющего за 2-3 часа покрывать самые дальние расстояния на Земле. В камерах сгорания двигателя ГЛА процессы смешения и горения топлива происходят на сверхзвуковых скоростях, и топливо находится в камере сгорания несколько миллисекунд, в течение которого его надо перемешать с окислителем и сжечь, что предъявляет очень высокие требования к точности экспериментальных и расчетных измерений.

Также продолжают успешно развиваться классические разделы МЖГ. К ним относятся многофазные течения, течения в пористых средах, управление течением, вычислительная гидро- и газодинамика, газодинамика горения и взрыва, волновые течения, физико-химическая гидродинамика, механика разреженного газа. Например, расширение круга вопросов, связанных с исследованием в области механики гетерогенных (двух- и многофазных) сред обусловлено развитием геоэнергетики, теплоэнергетики, атомной энергетики, химической, нефтегазодобывающей, металлургической промышленностей и т.д.

Необходимо отметить, что потребности МЖГ, как фундаментальной, так и прикладной науки, дали сильнейший толчок развитию новых направлений в математике. Например, решение сложных, нелинейных задач МЖГ стало главной отправной точкой развития вычислительной математики, и в дальнейшем, вычислительной гидро- и газодинамики. В свою очередь, МЖГ и методы ее расчетов стали интенсивно проникать во все смежные отрасли наук. Соответственно, появились такие направления, как физико-химическая гидродинамика, гидродинамика атмосферы и океана, магнитная гидродинамика, гидродинамика окружающей среды, гидродинамика суспензий и др.

Основной современной тенденцией механики жидкости и газа является углубленный и все более детальный анализ закономерностей развития течений жидкостей и газов в сложных условиях и/или устройствах. Происходит невероятно широкий и всесторонний учет свойств или проявлений течений жидкостей и газов в новых технологиях. Соответственно появились такие новые направления в МЖГ, как течения в поле микрогравитации, микротечения, нанотечения, клеточная и молекулярная биомеханика, комплексные и умные жидкости, которые бурно развиваются.

Мировые тенденции развития в машиноведении

Современные тенденции развития промышленности в мире ставят перед машиноведами и машиностроителями такие задачи, как освоение новых конструкций машин и механизмов, современных средств автоматизации, использование высокопроизводительных и экономичных технологий, обеспечение надежности и долговечности машин и механизмов, повышение их экономичности и производительности.

Среди механических систем в последнее время особенно выделяются механизмы переменной структуры с жесткими и упругими элементами, у которых в процессе движения скачкообразно изменяются некоторые инерционные и силовые характеристики.

Большое внимание в мире уделяется также разработке современных бесступенчатых передач на основе не переключаемых зубчатых передач с постоянным зацеплением зубчатых колес.

В настоящее время возникла необходимость теоретического обоснования возможности создания механической зубчатой бесступенчатой коробки передач, обеспечивающей получение требуемой рабочей характеристики на выходном валу в виде плавной гиперболы, простой по конструкции, надежной в работе и высокоэффективной.

Также в мировой практике робототехники бурно развиваются исследования в области параллельных манипуляторов. В отличие от традиционно используемых антропоморфных манипуляторов в параллельных манипуляторах рабочий орган соединяется параллельно несколькими кинематическими цепями замкнутого типа со многими степенями свободы. При этом общей тенденцией является отказ от универсальности и высокой маневренности антропоморфных конструкций в пользу эффективности, достигаемой, прежде всего, рациональным проектированием механической части манипулятора.

С развитием всех отраслей производства возникла потребность в создании грузоподъемных механизмов, относящихся к подъемно-транспортному машиностроению, с большим спектром применения: складские комплексы, магазины, производственные цеха, автосалоны, театры, специализированные выставки, при погрузочно-разгрузочных работах. Особое отличие грузоподъемных механизмов в том, что они легки в эксплуатации и предельно просты по принципу действия.

При этом главным препятствием является отсутствие фундаментальной теоретической базы для исследования (анализа и синтеза), возникающих в грузоподъемных механизмах.

Также следует отметить тенденцию развития механики в сторону рассмотрения круга необычайно сложных и трудоемких задач, возникающих из потребностей практики и технологий: задачи механики природных разрушений, динамики и управления изменениями форм структур, взаимодействия жидкостей с биологическими структурами (биомеханика), учета эффектов малых размеров и др.

Анализ достижений и тенденций развития ведущих научных школ Казахстана. Анализ достижений и тенденций развития ведущих научных школ по небесной механике и астродинамике

Исследования по Небесной механике проводятся учениками академика НАН РК Т.Б. Омарова и профессора В.Г. Демина (МГУ). Развитие данного научного направления характеризуется тем, что акцентируется внимание на вращательное движение в целом. Однако в совместном рассмотрении поступательно-вращательного движения поступательное движение центра масс небесного тела в свою очередь влияет на вращательное движение. При этом происходит вход и выход в резонансный интервал между поступательным и вращательным движением.

Фактически переменность многих динамических параметров, таких как масса, размеры, формы и распределение масс внутри тела, в свою очередь определяет эволюционные треки гравитирующих систем, как в случае резонанса, так и в его отсутствии.

В Казахстане разработкой таких систем стабилизации углового движения спутников и созданием малого студенческого спутника занимаются в КазНУ им. аль-Фараби и АО «НЦКИТ».





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал