Строго не по графику
ТЕХНОЛОГИИ / #1_2025
Текст: Андрей УВАРОВ / Фото: ЦЕРН, ТАСС, FAIR, NASA, ESS
На фото: туннель Большого адронного коллайдера
Осенью 2024 года стало известно, что пуск грандиозного мегасайенс-проекта — международного термоядерного реактора ИТЭР — откладывается: выход на полную энергию перенесли с 2033‑го на 2036 год. Термоядерщики не видят в этом проблемы: новый график даст им время устранить технические неполадки. Пример ИТЭР отнюдь не уникальный: многие крупнейшие установки класса мегасайенс были запущены позже, чем планировалось, или столкнулись с проблемами сразу после пуска, однако это не помешало им успешно работать. НАЭ изучил истории подобных установок и оценил, реально ли при создании таких уникальных объектов строго придерживаться первоначальных планов.
Проекты мегасайенс (от англ. megascience — меганаука) — это сверхмощные научные комплексы, позволяющие проводить сложнейшие уникальные исследования. Во второй половине XX века мировое научное сообщество признало, что пора объединять усилия — финансовых и исследовательских возможностей отдельных государств на подобные проекты не хватало. Так родилась идея создания крупных международных научных проектов. И оказалось, что в случаях, когда задействовано много стейкхолдеров и/или внедряются новые технологические решения, сдвиги по срокам и существенное увеличение стоимости проекта практически неизбежны.
БАК: изучить устройство вселенной
Известнейший пример проекта класса мегасайенс — Большой адронный коллайдер (БАК). Это самый мощный в мире кольцевой ускоритель заряженных частиц, в котором пучки протонов с энергиями до 14 ТэВ сталкиваются с ионами свинца с энергиями до 1150 ТэВ. Идея создания БАКа родилась в 1980‑х годах: ученые нескольких стран решили консолидировать усилия, так как создание собственных коллайдеров выглядело слишком затратно.
БАК был построен на границе Швейцарии и Франции, на месте отработавшего коллайдера LEP, в подземном тоннеле протяженностью 27 км на глубине 50−175 метров. Он стал первым международным проектом такого масштаба. В его строительстве и последующих исследованиях участвовали более 10 тыс. ученых из более чем 100 стран мира (в том числе из 12 российских институтов и двух федеральных ядерных центров). Основная цель работ на БАКе — уточнение или опровержение Стандартной модели, физической теории, описывающей элементарные частицы и три из четырех фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое и электромагнитное (за исключением гравитационного).
Строительство коллайдера началось в 1998 году. Первоначально его стоимость оценивали в 2,6 млрд швейцарских франков (₣2,6 млрд). Но уже в 2001 году сумма выросла на ₣480 млн при том, что бюджет Европейского центра ядерных исследований (CERN, ЦЕРН) был сокращен. Это стало причиной первого переноса сроков окончания сооружения — с 2005 на 2007 год.
Запуск БАКа переносился не только из-за проблем с финансированием. В 2007 году выяснилось, что поставленные американской Национальной ускорительной лабораторией им. Энрико Ферми (Fermilab) детали для сверхпроводящих магнитов не удовлетворяли конструкционным требованиям. Из-за этого запуск коллайдера был перенесен на 2008 год. Конечная стоимость строительства составила, по разным оценкам, от 6 до 7,5 млрд швейцарских франков.
Известнейший пример проекта класса мегасайенс — Большой адронный коллайдер (БАК). Это самый мощный в мире кольцевой ускоритель заряженных частиц, в котором пучки протонов с энергиями до 14 ТэВ сталкиваются с ионами свинца с энергиями до 1150 ТэВ. Идея создания БАКа родилась в 1980‑х годах: ученые нескольких стран решили консолидировать усилия, так как создание собственных коллайдеров выглядело слишком затратно.
БАК был построен на границе Швейцарии и Франции, на месте отработавшего коллайдера LEP, в подземном тоннеле протяженностью 27 км на глубине 50−175 метров. Он стал первым международным проектом такого масштаба. В его строительстве и последующих исследованиях участвовали более 10 тыс. ученых из более чем 100 стран мира (в том числе из 12 российских институтов и двух федеральных ядерных центров). Основная цель работ на БАКе — уточнение или опровержение Стандартной модели, физической теории, описывающей элементарные частицы и три из четырех фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое и электромагнитное (за исключением гравитационного).
Строительство коллайдера началось в 1998 году. Первоначально его стоимость оценивали в 2,6 млрд швейцарских франков (₣2,6 млрд). Но уже в 2001 году сумма выросла на ₣480 млн при том, что бюджет Европейского центра ядерных исследований (CERN, ЦЕРН) был сокращен. Это стало причиной первого переноса сроков окончания сооружения — с 2005 на 2007 год.
Запуск БАКа переносился не только из-за проблем с финансированием. В 2007 году выяснилось, что поставленные американской Национальной ускорительной лабораторией им. Энрико Ферми (Fermilab) детали для сверхпроводящих магнитов не удовлетворяли конструкционным требованиям. Из-за этого запуск коллайдера был перенесен на 2008 год. Конечная стоимость строительства составила, по разным оценкам, от 6 до 7,5 млрд швейцарских франков.
БАК
Продолжительность строительства: 10 лет (1998−2008)
Сдвиг сроков пуска: 3 года (с 2005 на 2008), а также ремонт — 1 год (до 2009)
Увеличение стоимости: с ₣2,6 млрд до ₣6−7,5 млрд (230−290 %)
Сдвиг сроков пуска: 3 года (с 2005 на 2008), а также ремонт — 1 год (до 2009)
Увеличение стоимости: с ₣2,6 млрд до ₣6−7,5 млрд (230−290 %)
Первый пуск пучка протонов состоялся 10 сентября 2008 года; через несколько месяцев планировалось провести первые эксперименты. Однако уже 19 сентября БАК был остановлен на ремонт из-за аварии. По данным расследования, один из электрических контактов между двумя криостатами начал резко нагреваться под действием сильного электрического тока. Возник дуговой разряд, пробивший стенку криогенной системы. Из-за пробоя в тоннель вылилось и испарилось более 6 тонн жидкого гелия, в трубах ускорителя был нарушен вакуум и выросла температура.
Предохранительные клапаны не справились с задачей. Из-за высокого давления внутренности криостатов сместились относительно оболочки, некоторые криостаты сдвинулись с опор, сломав крепления к бетонному полу. Для восстановления криогенной системы потребовалось нагреть «пострадавший» участок ускорителя до комнатной температуры, отремонтировать и заменить поврежденные магниты, а затем снова охладить его до рабочей температуры. Причины аварии: брак при монтаже ускорителя и конструкторский просчет при разработке систем безопасности ускорительного кольца. После установления причин аварии ЦЕРН принял меры для предупреждения подобных инцидентов в будущем и снижения их возможных последствий: были доработаны диагностирующие системы, внедрена новая система предохранительных клапанов, укреплены опоры криостатов и т. п. Стоимость ремонтных работ оценивается в € 10 млн, плюс еще примерно во столько же обошлось восполнение запасов магнитов. В ремонтных работах на ЦЕРНе участвовало около 100 специалистов.
Несмотря на аварию, 21 сентября 2008 года состоялась торжественная церемония введения БАКа в строй. Опыты собирались возобновить уже в декабре того же года, но дата повторного запуска несколько раз переносилась. Тестовые запуски пучков ионов свинца и протонов на части кольца состоялись лишь в октябре 2009 года, а первые столкновения — в ноябре 2009‑го. 31 марта 2010 года коллайдер заработал на полную мощность: в тот день было зарегистрировано столкновение пучков протонов на рекордной энергии 7 ТэВ. В апреле 2012 года была зафиксирована еще большая энергия столкновений протонов — 8 ТэВ.
Несмотря на почти пятилетнюю задержку, проект был реализован. Запуск БАКа оказал колоссальное влияние на мировую науку. В июле 2012 года во время одного из экспериментов был обнаружен бозон Хиггса, существование которого подтверждает правильность Стандартной модели строения вещества. В конце 2020 — начале 2030‑х планируется модернизация БАКа: его мощность возрастет до 14 ТэВ, а обновленные детекторы позволят регистрировать в два раза больше частиц.
История сооружения БАКа показала, что проектам такого масштаба постоянно требуется дофинансирование. Смета к концу строительства выросла более чем вдвое. В таких ультрасложных системах, как БАК, сложно заранее предусмотреть все сценарии аварий, поэтому могут потребоваться доработки диагностирующих и аварийных систем, дополнительные расчеты и обоснования.
Предохранительные клапаны не справились с задачей. Из-за высокого давления внутренности криостатов сместились относительно оболочки, некоторые криостаты сдвинулись с опор, сломав крепления к бетонному полу. Для восстановления криогенной системы потребовалось нагреть «пострадавший» участок ускорителя до комнатной температуры, отремонтировать и заменить поврежденные магниты, а затем снова охладить его до рабочей температуры. Причины аварии: брак при монтаже ускорителя и конструкторский просчет при разработке систем безопасности ускорительного кольца. После установления причин аварии ЦЕРН принял меры для предупреждения подобных инцидентов в будущем и снижения их возможных последствий: были доработаны диагностирующие системы, внедрена новая система предохранительных клапанов, укреплены опоры криостатов и т. п. Стоимость ремонтных работ оценивается в € 10 млн, плюс еще примерно во столько же обошлось восполнение запасов магнитов. В ремонтных работах на ЦЕРНе участвовало около 100 специалистов.
Несмотря на аварию, 21 сентября 2008 года состоялась торжественная церемония введения БАКа в строй. Опыты собирались возобновить уже в декабре того же года, но дата повторного запуска несколько раз переносилась. Тестовые запуски пучков ионов свинца и протонов на части кольца состоялись лишь в октябре 2009 года, а первые столкновения — в ноябре 2009‑го. 31 марта 2010 года коллайдер заработал на полную мощность: в тот день было зарегистрировано столкновение пучков протонов на рекордной энергии 7 ТэВ. В апреле 2012 года была зафиксирована еще большая энергия столкновений протонов — 8 ТэВ.
Несмотря на почти пятилетнюю задержку, проект был реализован. Запуск БАКа оказал колоссальное влияние на мировую науку. В июле 2012 года во время одного из экспериментов был обнаружен бозон Хиггса, существование которого подтверждает правильность Стандартной модели строения вещества. В конце 2020 — начале 2030‑х планируется модернизация БАКа: его мощность возрастет до 14 ТэВ, а обновленные детекторы позволят регистрировать в два раза больше частиц.
История сооружения БАКа показала, что проектам такого масштаба постоянно требуется дофинансирование. Смета к концу строительства выросла более чем вдвое. В таких ультрасложных системах, как БАК, сложно заранее предусмотреть все сценарии аварий, поэтому могут потребоваться доработки диагностирующих и аварийных систем, дополнительные расчеты и обоснования.
Синхротроны: быстро и в срок
Синхротроны — важнейшие объекты для экспериментов по фундаментальной физике — тоже относятся к мегасайенс-проектам благодаря их масштабам, значению и международной кооперации, необходимой для их строительства и эксплуатации. А с точки зрения сложности сооружения они таковыми не являются. Известнейшие синхротроны были возведены в среднем за шесть-семь лет и практически без сдвигов по срокам.
Европейский центр синхротронного излучения (ESRF, European Synchrotron Radiation Facility)
Гренобль, Франция. В строительстве участвовало 19 стран, оно обошлось в 3,6 млрд французских франков (в ценах начала 1990‑х гг.).
Подготовка: работа над концепцией началась в начале 1980‑х гг. В 1984 г. была создана Международная организация ESRF для управления проектом и строительства.
Строительство: 1988−1994 гг. (6 лет).
Пуск: 1994 г.
Синхротрон Advanced Photon Source (APS)
Аргоннская национальная лаборатория, штат Иллинойс, США.
Подготовка: проект был утвержден в 1987 г.
Строительство: 1990−1995 гг. (5 лет).
Пуск: 1995 г.
Синхротрон «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ)
Наукоград Кольцово, Новосибирская область, Россия. Источник синхротронного излучения поколения IV+ с энергией 3 ГэВ и эмиттансом 75 пм·рад. Изначально проекта оценивался в 37,1 млрд руб., однако к 2022 г. его стоимость возросла до 47,3 млрд руб.
Подготовка: проектирование началось в марте 2020 г. и было завершено в феврале 2021 г.
Строительство: август 2021 г. — настоящее время. Пуск планировался в декабре 2024 г. Однако из-за необходимости разработки отечественными учеными ряда систем с нуля, без доступа к иностранному оборудованию, сроки были перенесены. Теперь запуск синхротрона запланирован на 2025 г., а начало промышленной эксплуатации ожидается в 2026 г.
Европейский центр синхротронного излучения (ESRF, European Synchrotron Radiation Facility)
Гренобль, Франция. В строительстве участвовало 19 стран, оно обошлось в 3,6 млрд французских франков (в ценах начала 1990‑х гг.).
Подготовка: работа над концепцией началась в начале 1980‑х гг. В 1984 г. была создана Международная организация ESRF для управления проектом и строительства.
Строительство: 1988−1994 гг. (6 лет).
Пуск: 1994 г.
Синхротрон Advanced Photon Source (APS)
Аргоннская национальная лаборатория, штат Иллинойс, США.
Подготовка: проект был утвержден в 1987 г.
Строительство: 1990−1995 гг. (5 лет).
Пуск: 1995 г.
Синхротрон «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ)
Наукоград Кольцово, Новосибирская область, Россия. Источник синхротронного излучения поколения IV+ с энергией 3 ГэВ и эмиттансом 75 пм·рад. Изначально проекта оценивался в 37,1 млрд руб., однако к 2022 г. его стоимость возросла до 47,3 млрд руб.
Подготовка: проектирование началось в марте 2020 г. и было завершено в феврале 2021 г.
Строительство: август 2021 г. — настоящее время. Пуск планировался в декабре 2024 г. Однако из-за необходимости разработки отечественными учеными ряда систем с нуля, без доступа к иностранному оборудованию, сроки были перенесены. Теперь запуск синхротрона запланирован на 2025 г., а начало промышленной эксплуатации ожидается в 2026 г.
Час ПИК
Один из известнейших российских научных долгостроев — исследовательский реактор ПИК, расположенный на территории Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) им. Б. П. Константинова в Гатчине.
ПИК был задуман учеными-физиками К. А. Коноплевым и Ю. В. Петровым еще в начале 1960‑х годов как усовершенствованная версия действовавшего тогда реактора ВВР-М с более высоким потоком тепловых нейтронов. Первые эскизы проекта были готовы в 1965 году. На следующий год младший научный сотрудник ПИЯФ Алексей Ерыкалов выступил с докладом «Реактор для физических исследований — ПИК»: в нем ПИК был представлен как модель реактора с легководным первым контуром и тяжеловодным отражателем нейтронов. Директор Физико-технического института (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе Борис Константинов высоко оценил важность проекта и решил незамедлительно приступить к его осуществлению. ПИК должен был показать, что тяжеловодные энергетические реакторы на тепловых нейтронах могут работать безопасно и воспроизводить ядерное топливо.
Проектирование реактора, подготовка площадки для его строительства и создание критического стенда происходили одновременно. Для стабильной работы реактора особенно важно отсутствие вибраций. Для этого на стройплощадке создавалась громадная подушка из сухого песка. Ядерную безопасность реактора должны были обеспечить трехконтурная система охлаждения и продуманная биологическая защита.
Физпуск реактора был намечен на декабрь 1972 года. Финансирование проекта осуществляла Академия наук. Филиал ФТИ авансом получил 80 % средств на капитальное строительство. В Гатчине был создан новый научный центр. В 1967 году заработал синхроциклотрон, открылись радиохимические лаборатории. Но со смертью директора ФТИ Б. П. Константинова в 1969 году строительство ПИК было заморожено. Проект реактора отправили на значительную переработку. Пирометаллургическая лаборатория в Гатчине была закрыта, радиохимический комплекс передан в аренду Радиевому институту. Только в 1976 году строительство реактора ПИК возобновили. В 1983 году заработал критический стенд — маломощный макет, имитирующий работу реактора. Эксперименты подтвердили верность расчетов ученых.
К 1986 году была закончена значительная часть строительно-монтажных работ, возведены технические здания, началась наладка отдельных систем. Реакторный комплекс был готов больше чем наполовину. Но из-за аварии на Чернобыльской АЭС ядерное общество пересмотрело нормативно-техническую базу в сторону ужесточения требований безопасности, и многие атомные стройки были заморожены. Эта напасть не обошла стороной и ПИК: потребовались серьезный пересмотр проекта и получение нового разрешения на строительство. В 1988 году сооружение реактора возобновилось, но с распадом СССР в 1991 году снова было поставлено на паузу в связи с резким сокращением государственного финансирования науки.
Без финансирования проект стоял вплоть до 2001 года. Несколько лет ушло на устранение последствий долгой консервации. В 2007 году на завершение проекта были выделены 6,032 млрд руб., благодаря чему первый пусковой комплекс был завершен в конце 2009 года. Физпуск реактора планировался в том же году, но задержки финансирования и проверки Ростехнадзора отложили его еще на два года. Наконец в конце февраля 2011 года прошли эксперименты по достижению критичности в «холодном» состоянии с неполным числом свежих ТВС. Мощность физпуска составила около 100 Вт — минимальная контролируемая.
Один из известнейших российских научных долгостроев — исследовательский реактор ПИК, расположенный на территории Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ) им. Б. П. Константинова в Гатчине.
ПИК был задуман учеными-физиками К. А. Коноплевым и Ю. В. Петровым еще в начале 1960‑х годов как усовершенствованная версия действовавшего тогда реактора ВВР-М с более высоким потоком тепловых нейтронов. Первые эскизы проекта были готовы в 1965 году. На следующий год младший научный сотрудник ПИЯФ Алексей Ерыкалов выступил с докладом «Реактор для физических исследований — ПИК»: в нем ПИК был представлен как модель реактора с легководным первым контуром и тяжеловодным отражателем нейтронов. Директор Физико-технического института (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе Борис Константинов высоко оценил важность проекта и решил незамедлительно приступить к его осуществлению. ПИК должен был показать, что тяжеловодные энергетические реакторы на тепловых нейтронах могут работать безопасно и воспроизводить ядерное топливо.
Проектирование реактора, подготовка площадки для его строительства и создание критического стенда происходили одновременно. Для стабильной работы реактора особенно важно отсутствие вибраций. Для этого на стройплощадке создавалась громадная подушка из сухого песка. Ядерную безопасность реактора должны были обеспечить трехконтурная система охлаждения и продуманная биологическая защита.
Физпуск реактора был намечен на декабрь 1972 года. Финансирование проекта осуществляла Академия наук. Филиал ФТИ авансом получил 80 % средств на капитальное строительство. В Гатчине был создан новый научный центр. В 1967 году заработал синхроциклотрон, открылись радиохимические лаборатории. Но со смертью директора ФТИ Б. П. Константинова в 1969 году строительство ПИК было заморожено. Проект реактора отправили на значительную переработку. Пирометаллургическая лаборатория в Гатчине была закрыта, радиохимический комплекс передан в аренду Радиевому институту. Только в 1976 году строительство реактора ПИК возобновили. В 1983 году заработал критический стенд — маломощный макет, имитирующий работу реактора. Эксперименты подтвердили верность расчетов ученых.
К 1986 году была закончена значительная часть строительно-монтажных работ, возведены технические здания, началась наладка отдельных систем. Реакторный комплекс был готов больше чем наполовину. Но из-за аварии на Чернобыльской АЭС ядерное общество пересмотрело нормативно-техническую базу в сторону ужесточения требований безопасности, и многие атомные стройки были заморожены. Эта напасть не обошла стороной и ПИК: потребовались серьезный пересмотр проекта и получение нового разрешения на строительство. В 1988 году сооружение реактора возобновилось, но с распадом СССР в 1991 году снова было поставлено на паузу в связи с резким сокращением государственного финансирования науки.
Без финансирования проект стоял вплоть до 2001 года. Несколько лет ушло на устранение последствий долгой консервации. В 2007 году на завершение проекта были выделены 6,032 млрд руб., благодаря чему первый пусковой комплекс был завершен в конце 2009 года. Физпуск реактора планировался в том же году, но задержки финансирования и проверки Ростехнадзора отложили его еще на два года. Наконец в конце февраля 2011 года прошли эксперименты по достижению критичности в «холодном» состоянии с неполным числом свежих ТВС. Мощность физпуска составила около 100 Вт — минимальная контролируемая.
Реактор ПИК. Гатчина
В том же году ПИК стал частью программы «Мегасайенс» для проектов с международным участием. Во-первых, это обеспечило финансирование — всего около $ 10 млрд. Во-вторых, российские ученые договорились о сотрудничестве с немецкими коллегами из Юлихского центра по нейтронным исследованиям. В обмен на научное оборудование с закрытого в 2010 году реактора FRG‑1 немецкие исследователи получили 15 % времени работы реактора.
Энергетический пуск был намечен на конец 2018 года, было получено разрешение Ростехнадзора для мощности 100 кВт. Однако произошел он лишь в январе 2019 года. К концу года с новым разрешением Ростехнадзора ПИК разогнали до мощности 1 МВт. Торжественный пуск реактора в присутствии глав НИЦ «Курчатовский институт» и Росатома, а также президента России был осуществлен 8 февраля 2021 года. Сейчас достраиваются исследовательские станции, на которых будут проводиться эксперименты (большинство станций построено, всего их будет 25). Выполняется программа подготовки к выходу на проектную мощность 100 МВт. Исследования на ПИКе делятся на две большие группы: изучение структуры вещества и его динамики с помощью высокого потока нейтронов и исследование свойств самого нейтрона.
История этого долгостроя показывает: проекты уровня мегасайенс очень зависимы от государственной финансовой поддержки и стабильности политической системы. Значима и роль инициатора, лоббирующего проект на высшем уровне: рождение ПИКа стало возможным благодаря академику Б. П. Константинову, а завершение проекта взял в свои руки президент Курчатовского института Михаил Ковальчук. Кроме того, в продолжение сооружения ПИКа неоднократно изменялась нормативно-техническая база и пересматривались проектные требования к безопасности.
Энергетический пуск был намечен на конец 2018 года, было получено разрешение Ростехнадзора для мощности 100 кВт. Однако произошел он лишь в январе 2019 года. К концу года с новым разрешением Ростехнадзора ПИК разогнали до мощности 1 МВт. Торжественный пуск реактора в присутствии глав НИЦ «Курчатовский институт» и Росатома, а также президента России был осуществлен 8 февраля 2021 года. Сейчас достраиваются исследовательские станции, на которых будут проводиться эксперименты (большинство станций построено, всего их будет 25). Выполняется программа подготовки к выходу на проектную мощность 100 МВт. Исследования на ПИКе делятся на две большие группы: изучение структуры вещества и его динамики с помощью высокого потока нейтронов и исследование свойств самого нейтрона.
История этого долгостроя показывает: проекты уровня мегасайенс очень зависимы от государственной финансовой поддержки и стабильности политической системы. Значима и роль инициатора, лоббирующего проект на высшем уровне: рождение ПИКа стало возможным благодаря академику Б. П. Константинову, а завершение проекта взял в свои руки президент Курчатовского института Михаил Ковальчук. Кроме того, в продолжение сооружения ПИКа неоднократно изменялась нормативно-техническая база и пересматривались проектные требования к безопасности.
ПИК
Продолжительность строительства: 54 года (1967–2021)
Сдвиг сроков пуска: 49 лет (с 1972 на 2021)
Сдвиг сроков пуска: 49 лет (с 1972 на 2021)
HADES — установка, которая будет работать в экспериментах на ускорительном комплексе FAIR
FAIR: ярмарка науки
Европейский центр по исследованию ионов и антипротонов (FAIR) — это международный научно-исследовательский комплекс, строящийся в Дармштадте, Германия. Здесь можно будет проводить широкий спектр беспрецедентных исследований в области адронной, ядерной и атомной физики, ядерной астрофизики, а также прикладных наук, таких как материаловедение, физика плазмы и радиационная биофизика. FAIR создается на базе Центра исследования тяжелых ионов.
В марте 2014 года девять стран-партнеров, включая Россию, подписали международный договор. Проект изначально оценивался в € 1,3 млрд. Для его реализации была основана международная компания FAIR GmbH — генеральный подрядчик, строительный проектировщик, осуществляющий эксплуатацию объекта. Около 3 тыс. ученых из более чем 50 стран мира готовят эксперименты на ускорителях FAIR.
Европейский центр по исследованию ионов и антипротонов (FAIR) — это международный научно-исследовательский комплекс, строящийся в Дармштадте, Германия. Здесь можно будет проводить широкий спектр беспрецедентных исследований в области адронной, ядерной и атомной физики, ядерной астрофизики, а также прикладных наук, таких как материаловедение, физика плазмы и радиационная биофизика. FAIR создается на базе Центра исследования тяжелых ионов.
В марте 2014 года девять стран-партнеров, включая Россию, подписали международный договор. Проект изначально оценивался в € 1,3 млрд. Для его реализации была основана международная компания FAIR GmbH — генеральный подрядчик, строительный проектировщик, осуществляющий эксплуатацию объекта. Около 3 тыс. ученых из более чем 50 стран мира готовят эксперименты на ускорителях FAIR.
На любой вкус
FAIR — это целый комплекс экспериментальных установок, каждая с собственной научной программой:
- CBM (Compressed Baryonic Matter) создается для изучения состояния Вселенной в момент Большого взрыва;
- на PANDA (antiProton ANnihilation in DArmstadt) будут исследовать антиматерию;
- на NUSTAR (NUclear STructure, Astrophysics and Reactions) — ядерные реакции, происходящие внутри звезд;
- На APPA (Atomic, Plasma Physics and Applications) проведут эксперименты по физике плазмы.
Строительство началось в 2017 году и продолжается до сих пор.
В августе 2018 года состоялась торжественная церемония заливки первого бетона в основание тоннеля Большого кольцевого ускорителя, который станет ключевым компонентом ускорительной установки FAIR. Земляные работы и бетонирование основания этого компонента были завершены в начале 2021 года.
В конце 2019 года выяснилось, что для достройки ускорителя не хватает € 1 млрд. Эту сумму согласилась выделить Германия. Новая стоимость проекта составила € 2,3 млрд. В то же время было отложено строительство одного из двух новых ускорительных колец. В 2020 году глобальная пандемия привела к перебоям в цепочках поставок, ограничению передвижений специалистов и введению санитарных мер, что существенно замедлило строительные работы. В 2022 году из-за санкционной политики ЕС прекратились поставки оборудования и компонентов из России.
Изначально планировалось завершить проект к 2025 году, однако из-за различных факторов сроки были пересмотрены; сейчас называется 2027 год.
FAIR столкнулся с типичными для мегасайенс-проектов проблемами: отклонением от первоначальной сметы и поиском финансирования, сложной цепочкой поставок, влиянием политики.
В августе 2018 года состоялась торжественная церемония заливки первого бетона в основание тоннеля Большого кольцевого ускорителя, который станет ключевым компонентом ускорительной установки FAIR. Земляные работы и бетонирование основания этого компонента были завершены в начале 2021 года.
В конце 2019 года выяснилось, что для достройки ускорителя не хватает € 1 млрд. Эту сумму согласилась выделить Германия. Новая стоимость проекта составила € 2,3 млрд. В то же время было отложено строительство одного из двух новых ускорительных колец. В 2020 году глобальная пандемия привела к перебоям в цепочках поставок, ограничению передвижений специалистов и введению санитарных мер, что существенно замедлило строительные работы. В 2022 году из-за санкционной политики ЕС прекратились поставки оборудования и компонентов из России.
Изначально планировалось завершить проект к 2025 году, однако из-за различных факторов сроки были пересмотрены; сейчас называется 2027 год.
FAIR столкнулся с типичными для мегасайенс-проектов проблемами: отклонением от первоначальной сметы и поиском финансирования, сложной цепочкой поставок, влиянием политики.
FAIR
Продолжительность строительства: более 10 лет (2017 — настоящее время).
Сдвиг сроков пуска: 2 года и более (с 2025 на 2027).
Увеличение стоимости: с € 1,3 млрд до € 2,3 млрд и более.
Сдвиг сроков пуска: 2 года и более (с 2025 на 2027).
Увеличение стоимости: с € 1,3 млрд до € 2,3 млрд и более.
Космический Джеймс
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) —крупнейший из когда-либо запущенных человечеством. Он предназначен для инфракрасных астрономических наблюдений и исследований. JWST оснащен высокочувствительными высокоразрешающими инструментами и огромным сегментированным зеркалом, позволяющими изучать астрономические объекты, недоступные для космического телескопа «Хаббл». JWST позволяет также изучать процессы формирования первых звезд и галактик, получать детальные характеристики атмосфер потенциально обитаемых экзопланет. Научное значение JWST и технические сложности, возникшие при его разработке, позволяют назвать его мегасайенс-проектом.
Историю этого телескопа сравнивают с историей его предшественника, телескопа «Хаббл». Когда проект «Хаббл» официально стартовал в 1972 году, предполагаемая стоимость его разработки составляла $ 300 млн (что эквивалентно $ 2,2 млрд в 2023 году), но к моменту его вывода на орбиту в 1990 году стоимость выросла в четыре раза. Кроме того, новые приборы и миссии по обслуживанию увеличили стоимость по меньшей мере до $ 9 млрд к 2006 году (что эквивалентно $ 13,6 млрд в 2023 году).
Концепция JWST была предложена в 1996 году комитетом HST & Beyond, состоящим из ведущих ученых и астрономов США. Воодушевленный успехом телескопа «Хаббл», комитет в своем отчете за 1996 год озвучил идею создания более крупного и гораздо более «холодного», чувствительного к инфракрасному излучению телескопа. Такой аппарат мог бы «разглядеть» прошлое и изучить рождение первых галактик. Такие цели нереальны для «Хаббла» — это «теплый» телескоп, ему мешает инфракрасное излучение его собственной оптической системы.
NASA приняло предложение HST & Beyond, и стартовало планирование проекта. В 1999 году были заказаны два концептуальных исследования: у Lockheed Martin и TRW. Пуск планировался на 2007 год, потенциальный бюджет составлял $ 1 млрд. Концепция телескопа получила наивысший рейтинг в Десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики NASA 2000 года. В 2002 году проект получил нынешнее название в честь второго администратора NASA Джеймса Э. Уэбба (1906−1992). Д. Уэбб возглавлял агентство во время программы «Аполлон» и сделал научные исследования основным направлением деятельности NASA.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) —крупнейший из когда-либо запущенных человечеством. Он предназначен для инфракрасных астрономических наблюдений и исследований. JWST оснащен высокочувствительными высокоразрешающими инструментами и огромным сегментированным зеркалом, позволяющими изучать астрономические объекты, недоступные для космического телескопа «Хаббл». JWST позволяет также изучать процессы формирования первых звезд и галактик, получать детальные характеристики атмосфер потенциально обитаемых экзопланет. Научное значение JWST и технические сложности, возникшие при его разработке, позволяют назвать его мегасайенс-проектом.
Историю этого телескопа сравнивают с историей его предшественника, телескопа «Хаббл». Когда проект «Хаббл» официально стартовал в 1972 году, предполагаемая стоимость его разработки составляла $ 300 млн (что эквивалентно $ 2,2 млрд в 2023 году), но к моменту его вывода на орбиту в 1990 году стоимость выросла в четыре раза. Кроме того, новые приборы и миссии по обслуживанию увеличили стоимость по меньшей мере до $ 9 млрд к 2006 году (что эквивалентно $ 13,6 млрд в 2023 году).
Концепция JWST была предложена в 1996 году комитетом HST & Beyond, состоящим из ведущих ученых и астрономов США. Воодушевленный успехом телескопа «Хаббл», комитет в своем отчете за 1996 год озвучил идею создания более крупного и гораздо более «холодного», чувствительного к инфракрасному излучению телескопа. Такой аппарат мог бы «разглядеть» прошлое и изучить рождение первых галактик. Такие цели нереальны для «Хаббла» — это «теплый» телескоп, ему мешает инфракрасное излучение его собственной оптической системы.
NASA приняло предложение HST & Beyond, и стартовало планирование проекта. В 1999 году были заказаны два концептуальных исследования: у Lockheed Martin и TRW. Пуск планировался на 2007 год, потенциальный бюджет составлял $ 1 млрд. Концепция телескопа получила наивысший рейтинг в Десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики NASA 2000 года. В 2002 году проект получил нынешнее название в честь второго администратора NASA Джеймса Э. Уэбба (1906−1992). Д. Уэбб возглавлял агентство во время программы «Аполлон» и сделал научные исследования основным направлением деятельности NASA.
JWST
Продолжительность строительства: 17 лет (2004−2021).
Сдвиг сроков пуска: 14 лет (с 2007 на 2021)
Увеличение стоимости: с $ 1 млрд до $ 9,7 млрд (почти в 10 раз)
Сдвиг сроков пуска: 14 лет (с 2007 на 2021)
Увеличение стоимости: с $ 1 млрд до $ 9,7 млрд (почти в 10 раз)
В 2003 году NASA заключило с TRW контракт на сумму $ 824,8 млн на разработку телескопа JWST. Проект предусматривал создание диаскопического главного зеркала диаметром 6,1 метра. Запуск назначили на 2010 год. В том же году TRW была приобретена Northrop Grumman (она стала называться Northrop Grumman Space Technology — NGST). Компания начала сооружение телескопа в 2004 году. Проектирование взял на себя Центр космических полетов им. Р. Годдарда NASA под научным руководством Джона К. Мазера, нобелевского лауреата по физике. Генеральным подрядчиком выступила Northrop Grumman Aerospace Systems. В зону ее ответственности вошло создание элементов, необходимых для космического корабля.
Весной 2005 года мир узнал об изменениях в стоимости проекта. Последовали значительные коррективы и в планах интеграции и тестирования, очередная, 22‑месячная задержка запуска (он был перенесен с 2011‑го на 2013 год) и отказ от системного тестирования для режимов обсерватории на длинах волн короче 1,7 мкм. Другие основные характеристики обсерватории остались неизменными. После перепланирования проект прошел независимую экспертизу в апреле 2006 года.
В переработанном проекте стоимость жизненного цикла оценивалась в $ 4,5 млрд. Из них приблизительно $ 3,5 млрд предназначались для проектирования, разработки, запуска и ввода в эксплуатацию, еще 1 млрд — на первые 10 лет эксплуатации. Из этой суммы около $ 307 млн выделяло Европейское космическое агентство, $ 27,5 млн — Канадское космическое агентство. Последнее в 2012 году предоставило оборудование для наведения телескопа и обнаружения пригодных для жизни условий на далеких планетах.
В апреле 2010 года телескоп прошел проверку технической части — Mission Critical Design Review (MCDR). Это означало, что интегрированная обсерватория соответствует всем научным и инженерным требованиям. Однако график проекта был пересмотрен в течение нескольких месяцев после MCDR независимой экспертной группой. Это привело к очередному смещению сроков окончания миссии на 2018 год. К 2011 году JWST находился на завершающей стадии проектирования и изготовления (фаза C).
Весной 2005 года мир узнал об изменениях в стоимости проекта. Последовали значительные коррективы и в планах интеграции и тестирования, очередная, 22‑месячная задержка запуска (он был перенесен с 2011‑го на 2013 год) и отказ от системного тестирования для режимов обсерватории на длинах волн короче 1,7 мкм. Другие основные характеристики обсерватории остались неизменными. После перепланирования проект прошел независимую экспертизу в апреле 2006 года.
В переработанном проекте стоимость жизненного цикла оценивалась в $ 4,5 млрд. Из них приблизительно $ 3,5 млрд предназначались для проектирования, разработки, запуска и ввода в эксплуатацию, еще 1 млрд — на первые 10 лет эксплуатации. Из этой суммы около $ 307 млн выделяло Европейское космическое агентство, $ 27,5 млн — Канадское космическое агентство. Последнее в 2012 году предоставило оборудование для наведения телескопа и обнаружения пригодных для жизни условий на далеких планетах.
В апреле 2010 года телескоп прошел проверку технической части — Mission Critical Design Review (MCDR). Это означало, что интегрированная обсерватория соответствует всем научным и инженерным требованиям. Однако график проекта был пересмотрен в течение нескольких месяцев после MCDR независимой экспертной группой. Это привело к очередному смещению сроков окончания миссии на 2018 год. К 2011 году JWST находился на завершающей стадии проектирования и изготовления (фаза C).
Главное зеркало телескопа Джеймса Уэбба
Сборку шестиугольных сегментов главного зеркала с помощью роботизированной руки начали в ноябре 2015 года и закончили 3 февраля 2016 года. Второе зеркало было установлено в марте 2016 года. Сооружение телескопа завершилось в ноябре 2016 года, после чего началась обширная программа тестирования и испытаний.
В 2018 году (после того как солнцезащитный козырек [тепловой барьер] телескопа порвался во время опытного развертывания) NASA отложило запуск JWST еще на два года, до марта 2021‑го. Экспертиза выявила, что опытные запуск и развертывание имели 344 потенциальных одиночных отказа без возможности включения замещающих или восстанавливающих систем.
В августе 2019 года, на 12 лет позже изначального плана, завершилась окончательная механическая сборка телескопа. Затем JWST прошел финальные испытания в Космическом парке Northrop Grumman в Редондо-Бич, Калифорния.
Наконец, в декабре 2021 года с космодрома Куру Гвианского космического центра телескоп был успешно запущен с помощью ракеты Ariane 5. В январе 2022 года JWST прибыл в пункт назначения — на солнечную орбиту вблизи точки Лагранжа L2 системы Солнце — Земля, примерно в 1,5 млн км от Земли. Первое изображение с телескопа было опубликовано 11 июля 2022 года.
Общая стоимость проекта, по информации NASA, составила около $ 9,7 млрд, из которых $ 8,8 млрд было потрачено на проектирование и строительство, а $ 861 млн запланировано на поддержку пятилетней эксплуатации миссии. Это почти в 10 раз выше первоначальной сметы.
В 2018 году (после того как солнцезащитный козырек [тепловой барьер] телескопа порвался во время опытного развертывания) NASA отложило запуск JWST еще на два года, до марта 2021‑го. Экспертиза выявила, что опытные запуск и развертывание имели 344 потенциальных одиночных отказа без возможности включения замещающих или восстанавливающих систем.
В августе 2019 года, на 12 лет позже изначального плана, завершилась окончательная механическая сборка телескопа. Затем JWST прошел финальные испытания в Космическом парке Northrop Grumman в Редондо-Бич, Калифорния.
Наконец, в декабре 2021 года с космодрома Куру Гвианского космического центра телескоп был успешно запущен с помощью ракеты Ariane 5. В январе 2022 года JWST прибыл в пункт назначения — на солнечную орбиту вблизи точки Лагранжа L2 системы Солнце — Земля, примерно в 1,5 млн км от Земли. Первое изображение с телескопа было опубликовано 11 июля 2022 года.
Общая стоимость проекта, по информации NASA, составила около $ 9,7 млрд, из которых $ 8,8 млрд было потрачено на проектирование и строительство, а $ 861 млн запланировано на поддержку пятилетней эксплуатации миссии. Это почти в 10 раз выше первоначальной сметы.
Снимки, сделанные космическим телескопом Джеймса Уэбба с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона.
Однажды проект оказался под угрозой остановки из-за финансовых проблем. Летом 2011 года комитет по ассигнованиям Палаты представителей США по торговле, правосудию и науке предложил в бюджете на следующий год изъять до четверти финансирования проекта. В тот момент на JWST было потрачено уже $ 3 млрд, и 75 % его оборудования находилось в производстве. В ответ Американское астрономическое общество и сенатор Барбара Энн Микульски опубликовали заявление в поддержку JWST. Это вызвало резонанс в крупных международных СМИ, возымело эффект, и осенью 2011 года Конгресс сохранил проект JWST, наложив ограничение на дополнительное финансирование для его завершения суммой $ 8 млрд.
В итоге мегасайенс-проект был реализован, хоть и с задержкой на 14 лет. Основными причинами стали сложность конструкции телескопа и разработка уникальных технологий. Во время испытаний были выявлены отказы и дефекты оборудования, что потребовало дополнительных тестов и модификаций. Постоянный дефицит бюджета и рост сметы привели к пересмотрам графиков и поиску дополнительных источников финансирования. Но все это было не напрасно: наблюдения, сделанные с помощью JWST, открыли дорогу ко множеству открытий в области астрофизики и космологии.
В итоге мегасайенс-проект был реализован, хоть и с задержкой на 14 лет. Основными причинами стали сложность конструкции телескопа и разработка уникальных технологий. Во время испытаний были выявлены отказы и дефекты оборудования, что потребовало дополнительных тестов и модификаций. Постоянный дефицит бюджета и рост сметы привели к пересмотрам графиков и поиску дополнительных источников финансирования. Но все это было не напрасно: наблюдения, сделанные с помощью JWST, открыли дорогу ко множеству открытий в области астрофизики и космологии.
Заглянуть за пределы галактики
Еще два крупных телескопа строятся. Они уже столкнулись с сильными задержками по срокам.
European Extremely Large Telescope (E-ELT)
Старт проекта: концепция разработана в 2005 году, строительство началось в 2014 г.
Запланированный запуск: ожидается в 2028 г. (перенос с 2024 г.).
Причины задержек:
Large Synoptic Survey Telescope (LSST) / Rubin Observatory
Старт проекта: идея предложена в 2001 г., строительство началось в 2014 г.
Запланированный запуск: первые наблюдения ожидаются в 2025 г. (первоначально планировались в 2022 г.).
Причины задержек:
European Extremely Large Telescope (E-ELT)
Старт проекта: концепция разработана в 2005 году, строительство началось в 2014 г.
Запланированный запуск: ожидается в 2028 г. (перенос с 2024 г.).
Причины задержек:
- финансовые сложности из-за роста бюджета;
- техническая сложность создания крупнейшего в мире оптического телескопа с диаметром зеркала 39 метров.
Large Synoptic Survey Telescope (LSST) / Rubin Observatory
Старт проекта: идея предложена в 2001 г., строительство началось в 2014 г.
Запланированный запуск: первые наблюдения ожидаются в 2025 г. (первоначально планировались в 2022 г.).
Причины задержек:
- пандемия COVID‑19;
- технические доработки, связанные с оптическими и цифровыми системами.
Сила нейтронов
European Spallation Source (ESS) — крупный международный научный проект, в котором участвуют более 15 стран (Швеция, Дания, Германия, Великобритания, Франция и др.).
ESS строится в городе Лунд, Швеция; часть инфраструктуры и вычислительный центр размещены в Копенгагене, Дания. Установка будет применять метод спалляции (высокоэнергетические протоны бомбардируют мишень из тяжелого металла [например, вольфрама], высвобождая нейтроны). ESS будет выдавать поток нейтронов с интенсивностью до 5 МВт, что делает его самым мощным нейтронным источником в мире. Среди задач — разработка новых лекарств, создание прочных и легких материалов, изучение сложных биологических систем, включая ДНК и белки, разработка водородных технологий.
European Spallation Source (ESS) — крупный международный научный проект, в котором участвуют более 15 стран (Швеция, Дания, Германия, Великобритания, Франция и др.).
ESS строится в городе Лунд, Швеция; часть инфраструктуры и вычислительный центр размещены в Копенгагене, Дания. Установка будет применять метод спалляции (высокоэнергетические протоны бомбардируют мишень из тяжелого металла [например, вольфрама], высвобождая нейтроны). ESS будет выдавать поток нейтронов с интенсивностью до 5 МВт, что делает его самым мощным нейтронным источником в мире. Среди задач — разработка новых лекарств, создание прочных и легких материалов, изучение сложных биологических систем, включая ДНК и белки, разработка водородных технологий.
Европейский расщепительный источник (ESS)
Идея создания ESS возникла в начале 1990‑х. Решение о строительстве было принято в 2002 году, в 2003 году стейкхолдеры приняли концепцию проекта. Следующие пять лет ушли на выбор площадки. В 2010 году была основана компания European Spallation Source ESS AB со штаб-квартирой в центре Лунда. Ее задачи: проектирование, строительство и эксплуатация ESS. Строительство началось в 2014 году. Первые эксперименты запланированы на 2025 год, на шесть лет позже первоначального дедлайна. Выход на полную мощность — к 2027 году.
В 2013 году проект оценивался в € 1,84 млрд ($ 1,96 млрд). Страны-хозяйки Швеция и Дания планируют покрыть примерно половину суммы. Сейчас стоимость проекта выросла до € 2,6 млрд, почти на € 1 млрд. Основными причинами задержек и повышения стоимости называют технические и финансовые сложности. Проектирование и производство инновационного оборудования оказались сложнее, чем предполагалось, а пандемия COVID‑19 вызвала перебои в поставках материалов и оборудования. Как и в любых международных проектах, необходимость согласования между странами-участниками замедлила процесс.
В 2013 году проект оценивался в € 1,84 млрд ($ 1,96 млрд). Страны-хозяйки Швеция и Дания планируют покрыть примерно половину суммы. Сейчас стоимость проекта выросла до € 2,6 млрд, почти на € 1 млрд. Основными причинами задержек и повышения стоимости называют технические и финансовые сложности. Проектирование и производство инновационного оборудования оказались сложнее, чем предполагалось, а пандемия COVID‑19 вызвала перебои в поставках материалов и оборудования. Как и в любых международных проектах, необходимость согласования между странами-участниками замедлила процесс.
ESS
Продолжительность строительства: 10+ лет (2014 — настоящее время)
Сдвиг сроков пуска: 6 лет (с 2019 на 2025)
Увеличение стоимости: с € 1,8 млрд до € 2,6 млрд и более
Сдвиг сроков пуска: 6 лет (с 2019 на 2025)
Увеличение стоимости: с € 1,8 млрд до € 2,6 млрд и более
Задержки неизбежны, но главное — результат
Большинство технологически сложных проектов сталкиваются с задержками и ростом стоимости, особенно когда речь идет о мегасайенс. Причин много. Многочисленным стейкхолдерам из разных стран непросто достичь консенсуса. В процессе строительства неизбежны неполадки в работе инновационного оборудования, для их устранения требуются время и деньги. Проекты мегасайенс периодически пересматриваются — опять же из-за сложности технологий. Добавляет трудностей и логистика, особенно во времена пандемий и геополитической турбулентности. Кроме того, за время реализации проектов рушатся и взлетают курсы валют, дорожают оборудование и материалы. Внутриполитическая ситуация тоже меняется — вспомним ПИК, замороженный из-за распада СССР.
Однако несмотря на все проблемы, большинство сложных прорывных проектов все-таки реализуются или находятся на финишной прямой. Отличная новость для мировой науки и человечества!
Большинство технологически сложных проектов сталкиваются с задержками и ростом стоимости, особенно когда речь идет о мегасайенс. Причин много. Многочисленным стейкхолдерам из разных стран непросто достичь консенсуса. В процессе строительства неизбежны неполадки в работе инновационного оборудования, для их устранения требуются время и деньги. Проекты мегасайенс периодически пересматриваются — опять же из-за сложности технологий. Добавляет трудностей и логистика, особенно во времена пандемий и геополитической турбулентности. Кроме того, за время реализации проектов рушатся и взлетают курсы валют, дорожают оборудование и материалы. Внутриполитическая ситуация тоже меняется — вспомним ПИК, замороженный из-за распада СССР.
Однако несмотря на все проблемы, большинство сложных прорывных проектов все-таки реализуются или находятся на финишной прямой. Отличная новость для мировой науки и человечества!
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ