Интерес ведущих стран к разработке спутников-инспекторов двойного назначения вынуждает предпринимать меры по защите от непрошеных гостей на орбите. В Китае для таких целей планируют создать небольшие спутники-буксиры. Недавно была озвучена задача вооружить подобными спутниками космическую станцию «Тяньгун», чтобы парировать угрозу опасного сближения с посторонними объектами.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

В 2021 году строящаяся тогда станция «Тяньгун» дважды подвергалась опасности столкновения с космическим мусором. Вероятно, на тот момент возможность сменить орбиту была недоступна или ограничена. Коррекция орбиты — это сегодня единственная возможность увести космический корабль из зоны повышенного риска столкновения с мусором или другим аппаратом.

В июле и октябре 2021 года в зону орбитального движения китайской станции дважды входили неисправные интернет-спутники Starlink, подвергая риску как сам объект, так и жизни находящихся на станции тайконавтов. По этому поводу Китай дважды подавал жалобу в ООН на действия США. В одном из случаев, как подтвердили независимые источники, спутник Starlink разминулся со станцией «Тяньгун» всего на 3 км, что по меркам орбитального пространства — буквально «на волосок».

По словам одного из разработчиков из Национального центра космических наук в Пекине, если неопознанный объект приблизится к китайской космической станции или другому объекту критически важной космической инфраструктуры, то можно будет задействовать небольшой роботизированный буксир, который зафиксирует нарушителя и отодвинет его на безопасное расстояние.

Космические буксиры, сервисные спутники, а также спутники-инспекторы разрабатываются в США, Японии, России и самом Китае. При всей озабоченности китайской стороны действиями партнёров по космосу остальным также необходимо создавать системы противодействия излишне любопытным китайским спутникам-инспекторам. Применение оружия на орбите недопустимо — от этого пострадают все участники процесса. Но непрошеных гостей так или иначе придётся держать подальше от национальных объектов.

14 мая 2025 года в 19:12 мск с китайского космодрома «Цзюцюань» стартовала ракета «Чанчжэн-2D». Носитель вывел на орбиту Земли 12 спутников проекта Three-Body Computing Constellation. Это первая партия аппаратов будущей космической группировки Star-Compute Program, которая в перспективе будет состоять из 2800 спутников. Все они оснащены системами лазерной связи и несут мощные вычислительные платформы — по сути, это первый масштабный центр обработки данных (ЦОД) с ИИ в космосе.

Источник изображения: CASC

Очевидно, что по мере роста орбитальных группировок, предназначенных для дистанционного зондирования Земли и других задач, каналы связи с Землёй становятся узким местом. Передача необработанных данных лишь усугубляет проблему. Из этого вытекает прямая необходимость создания космических центров обработки данных, оснащённых элементами искусственного интеллекта — в том виде, в каком он существует сегодня. Западные страны также движутся в этом направлении, но Поднебесная первой начала масштабный процесс.

Один из 12 запущенных спутников, помимо стандартного оборудования для дистанционного зондирования, оснащён детектором быстрых гамма-всплесков. Нетрудно предположить, что Китай, возможно, ожидает возобновления ядерных испытаний в разных странах и стремится оперативно фиксировать подобные события.

Разработкой космических ЦОД с ИИ и системами ДЗЗ занимается китайская частная компания ADA Space (Chengdu Guoxing Aerospace Technology) совместно с исследовательским центром Zhejiang Lab. Последний является результатом партнёрства между правительством провинции Чжэцзян, Чжэцзянским университетом и компанией Alibaba Group. Рентгеновский поляриметр для регистрации гамма-всплесков был разработан Университетом Гуанси и Национальной астрономической обсерваторией Академии наук Китая (NAOC).

Заявленная вычислительная производительность группировки должна составить 5 PFLOPS, при объёме бортовой памяти в 30 Тбайт. Для связи между собой спутники оснащены лазерными приёмопередатчиками со скоростью до 100 Гбит/с. Экспериментальный спутник был выведен на орбиту в феврале 2024 года и подтвердил работоспособность выбранной концепции и платформы. Название группировки явно отсылает к роману китайского писателя-фантаста Лю Цысиня «Задача трёх тел». Что ж, запуск ИИ на орбиту для наблюдения за человечеством — это тоже своего рода фантастика. Надеемся, с благополучным финалом.

Проведённое под руководством китайских учёных исследование дало новый ключ к пониманию круговорота воды на Марсе. Сегодня нет сомнений, что ещё 3–4 млрд лет назад Красная планета имела моря, озёра и реки. Позднее вода с поверхности исчезла. Существуют разные версии произошедшего, которые можно свести к двум основным: вода либо испарилась в космос, либо ушла под поверхность планеты. Новое исследование говорит о высокой вероятности второго варианта.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

По понятным причинам у земной науки ограничены возможности изучения строения Марса. Тем не менее к планете отправляются орбитальные станции с георадарами и марсоходы с простыми буровыми установками. Глубина проникновения георадаров ограничена — они могут «прощупать» почву лишь на глубину до нескольких километров. Более детально о строении недр могут рассказать данные сейсмического зондирования планеты. Последняя такая станция — NASA InSight — завершила работу 15 декабря 2022 года, собрав достаточно интересную информацию, которую учёные продолжают анализировать до сих пор.

Международная группа учёных во главе с исследователями из Китайской академии наук при участии специалистов из Австралийского национального университета (Australian National University) и Университета Милан-Бикокка (University of Milano-Bicocca) проанализировала данные со станции InSight, собранные с 2018 по 2022 год. Для нового анализа была использована усовершенствованная методика, позаимствованная у специалистов нефтяной отрасли. Как пояснили учёные, это позволило изучить сигналы марсианской станции буквально под микроскопом.

Источник изображения: National Science Review 2025

Наибольшую помощь в исследовании оказали данные о падении крупных метеоритов на Марс: событий S1000a, S1094b, а также самого мощного и загадочного — S1222a. В результате этих ударов в коре Марса распространились сейсмические волны, особая обработка которых дала интересный результат.

Как утверждают учёные, в районе расположения станции NASA InSight, чуть выше экватора планеты, обнаружены признаки подповерхностной воды в огромном объёме. В этой зоне сейсмические волны, как и положено, замедляют своё распространение. Похожее воздействие на сигнал могли бы оказать осадочные породы, но глубина залегания — от 5,4 до 8 км — делает такой сценарий маловероятным.

NASA InSight

Если основанные на анализе и моделировании выводы верны, вода с поверхности Марса могла уйти в пористые породы в основании верхней коры планеты. Её там может быть достаточно, чтобы покрыть весь Марс слоем толщиной 500–700 метров. К сожалению, данные ограничены лишь зоной посадки зонда, и как обстоят дела в остальной части планеты — неизвестно. С другой стороны, какова вероятность посадки прямо на водоносный слой? Шансы на это невелики, если остальной Марс внутри сухой.

Надежда найти на Марсе воду в количестве, достаточном для поддержки жизни колонистов, — это возможность всерьёз говорить о колонизации планеты. Добывать её с глубины до 8 км — непростая задача, но, по крайней мере, в принципе решаемая.

Новая лунная гонка предполагает наличие достаточных запасов воды на спутнике, которая обеспечит кислород, водный баланс и даже топливо для ракет. Больше всего воды ожидается найти на южном полюсе Луны в вечной тени кратеров. Космическим зондам и луноходам ещё предстоит обнаружить эти запасы, а пока разведка ведётся удалёнными методами, некоторые из которых можно реализовать даже не покидая Землю.

Источник изображения: Science Bulletin

Несколько лет назад в США был поставлен эксперимент по радарному сканированию южного полюса Луны так называемым радаром некогерентного рассеивания. Обычно это радар для изучения ионосферы Земли — плотности частиц, их температуры, энергий и распределения на высоте от 60 до 1000 км. В теории такой радар в сочетании с приёмом слабого отклика наземным радиотелескопом может обнаружить воду в толще лунной породы. Радар посылает сигнал, а радиотелескоп ловит его отражение.

Эксперимент с радиотелескопами «Аресибо» в Пуэрто-Рико и Грин-Бэнк в Западной Вирджинии позволил получить изображение южного полюса Луны с разрешением от 20 до 150 метров. Китайские учёные развили методику и для своего эксперимента по сканированию Луны использовали новейшие ионосферный радар (SYISR) в городе Санья (провинция Хайнань) и 500-м радиотелескоп FAST. Радар посылал сигнал в сторону Луны, а тарелка FAST принимала отражённые сигналы.

До этого считалось, что водяной лёд может содержаться в лунных породах на глубине от 5 до 7 м. Более того, в вечной темноте кратеров на южном полюсе спутника могли бы находиться даже глыбы льда до одного метра в поперечнике. Но проведённое китайскими учёными сканирование показало, что вода может быть в связанном состоянии в породах на глубине от 10 м. И её там очень мало — примерно 6 % от массы породы.

Проведённое сканирование считается малодостоверным из-за сырости методики. Оно может быть ошибочным в обе стороны, показывая как заниженные, так и завышенные данные. По мнению ряда научных экспертов, например, китайский эксперимент затронул только склоны кратеров и в силу ориентации антенн не смог «осветить» их дно, где водяного льда может быть больше всего.

Водяной лёд на склонах мог быть испарён лучами Солнца, отражёнными Землёй, тогда как дно кратеров недоступно для качественного зондирования с Земли. Поэтому так важно отправить роботов-разведчиков непосредственно на южный полюс спутника. Китай, например, готовит для этого миссию «Чанъэ-7», запланированную на 2026 год. Обнаружение залежей воды на Луне подстегнёт космическую гонку и позволит начать планирование рывка к Марсу.

Климатические изменения могут нравиться или не нравиться, но они происходят помимо воли человека. Сделать этот процесс управляемым — то самое будущее, о котором всегда мечтали учёные и писатели-фантасты. И если у писателей всё просто, то у науки путь к цели тернист и непредсказуем, хотя результат, безусловно, ценнее. Научный подход даёт гарантию безопасности и предполагает высокую меру ответственности, в чём в очередной раз убедили учёные из Китая.

Модернизированный беспилотник X-G500 для распыления йодида серебра при засеве облаков. Источник изображения: Xiamen Tengxi Aviation Technology

В США и ЕС натурные эксперименты с климатом запрещены на законодательном уровне. В Китае — своя атмосфера, но взвешенного подхода там тоже никто не отменял. Для учёных было важно не только понять, как может меняться климат в выбранном для эксперимента регионе, но и получить убедительные доказательства направленного изменения климатических условий. Для оценки искусственного воздействия на интенсивность осадков были использованы спутниковые наблюдения, компьютерное моделирование и прямое наблюдение за метеорологическими условиями во время экспериментов.

Для провоцирования выпадения осадков учёные из Китайского метеорологического управления (CMA) использовали распыление в облаках йодида серебра — кристаллического вещества, вызывающего кристаллизацию водяного пара. Всего один килограмм этого соединения, занимающий объём не больше чайной чашки, вызвал осадки объёмом более 70 тыс. м³ — этого достаточно, чтобы заполнить 30 олимпийских бассейнов.

Для вызова осадков в небо были подняты два беспилотника, выполнившие четыре вылета. Аппараты поднялись на высоту 5500 м и распылили йодид серебра над площадью свыше 8000 км², израсходовав по 125 граммов вещества за один полёт. Наблюдения показали, что в результате распыления в регионе Синьцзян, где проводился эксперимент, выпало 78 200 м³ осадков, что на 3,8 % превышает среднестатистические показатели за последние 50 лет. Моделирование на суперкомпьютере дало сходные данные — 73 800 м³ дополнительных осадков (на 4,3 % больше), что доказывает осуществимость контроля над осадками.

Учёные подчёркивают, что распыление вещества для вызова осадков не всегда эффективно и не подходит для всех погодных условий. Однако точный контроль облачного покрова и выверенные методы воздействия на него — ключ к управлению погодой, что стало возможным благодаря спутниковым системам наблюдения и более мощным суперкомпьютерам.

Венера крайне недружелюбна к известным нам формам биологической жизни. На её поверхности буквально плавится металл. Однако комфортные условия для существования бактерий и микробов могут быть в облаках высоко над поверхностью, что давно интригует учёных. Ответом на эту загадку могла бы стать доставка образцов облаков Венеры на Землю. Это технически сложная, но вполне реализуемая современными средствами задача, что решили доказать учёные из Китая.

Синтезированное изображение Венеры по данным ультрафиолетового обзора. Источник изображения: NASA

О планах по миссии с доставкой образцов атмосферы Венеры на Землю китайские учёные сообщили ещё несколько лет назад во время презентации долгосрочных космических программ. На днях стали известны новые подробности. Во-первых, Китай назвал предполагаемые сроки реализации проекта, что говорит о твёрдом намерении осуществить этот научный прорыв. Миссия по забору образцов облаков Венеры и их доставке на Землю ориентировочно запланирована на 2033 год. Это означает, что проект уже находится в стадии начальной технической проработки.

Согласно ряду предыдущих предложений, венерианский зонд для анализа состава атмосферы и поиска признаков органики в облаках планеты можно было бы выполнить в виде воздушного шара или дирижабля. Он мог бы долго находиться на заданной высоте, собирая и передавая данные на орбитальный аппарат, а затем — на Землю. Полученные в облаках образцы можно было бы вернуть на орбиту при помощи ракеты — по аналогии с тем, как планируется возвращать образцы с поверхности Марса. Всё, что для этого нужно, — надёжно защитить конструкцию зонда от серной кислоты, из капель которой состоят венерианские облака.

Черновой проект NASA по созданию венерианского атмосферного зонда предусматривал использование воздушного шара с тефлоновым покрытием. Однако после рассмотрения проекта научный комитет агентства отклонил его как неактуальный. К слову, для достижения целей миссии к Венере планировалось отправить 22-тонную космическую станцию, что само по себе свидетельствует о сложности задачи.

План Китая по возвращению образцов с Венеры на Землю. Источник изображения: X/@AJ_FI

Китайские учёные планируют решать задачу забора и доставки образцов венерианской атмосферы другими средствами. Как следует из опубликованных слайдов, в атмосферу Венеры будет сброшен космоплан, который выполнит погружение, отбор образцов и возврат на орбитальную станцию. Поскольку все манёвры в плотных слоях атмосферы будут проходить в автоматическом режиме и в условиях ограниченной навигации, к Венере также планируется запуск вспомогательного спутника связи и навигации. Успешная доставка образцов с обратной стороны Луны, осуществлённая Китаем, доказала, что подобные задачи технически выполнимы. Современная автоматика способна решать сверхсложные задачи без участия человека.

Анализ образцов облаков Венеры поможет раскрыть множество тайн этой планеты — от особенностей эволюции её атмосферы до возможного присутствия органических молекул или даже примитивных форм жизни. Пять лет назад в журнале Nature была опубликована нашумевшая статья американских учёных, которые заявили об обнаружении следов фосфина в облаках Венеры. На Земле появление фосфина связано с деятельностью бактерий. Так почему бы не допустить их существование на Венере? Проверить это можно только путём непосредственного анализа доставленных проб. Что ж, проверим.

Шесть лет назад Илон Маск (Elon Musk) подвергся критике за выбор нержавеющей стали в качестве материала для изготовления многоразовых ракет Starship. Последующие испытательные запуски макетов и кораблей подтвердили правоту владельца компании SpaceX: нержавеющая сталь хорошо зарекомендовала себя как недорогой материал для корпусов ракет и топливных баков. Пример SpaceX настолько вдохновил китайцев, что они тоже начали делать ракеты из нержавеющей стали.

Источник изображения: CALT

Китайская академия технологий ракет-носителей (China Academy of Launch Vehicle Technology, CALT) сообщила, что разработала и изготовила для испытаний 10,6-метровый топливный бак из нержавеющей стали. Это на 1,6 м больше, чем диаметр ускорителя и корабля SpaceX Starship. Китайские инженеры смогли пойти дальше компании Илона Маска и теперь рассчитывают изготавливать свою будущую многоразовую лунную и марсианскую ракету «Чанчжэн-9» из нержавеющей стали.

До новаторства SpaceX корпуса ракет и топливные баки изготавливали из алюминиевых сплавов и многослойного углепластика. Это надёжно, но трудоёмко и, следовательно, дорого. Для широкой коммерциализации космоса такое решение неприемлемо. Использование листовой нержавеющей стали значительно удешевляет и упрощает процесс изготовления ракет и их компонентов. Собственно, только благодаря переходу на сталь компания SpaceX смогла позволить себе раз за разом взрывать прототипы — проводить испытания в невообразимо быстром темпе, каждый раз делая ракеты всё лучше и надёжнее.

Китайские частные космические компании уже начали использовать нержавеющую сталь в ряде своих многоразовых прототипов ракет. Но 10,6-метровый топливный бак для будущей многоразовой сверхтяжёлой ракеты «Чанчжэн-9» затмил всё ранее созданное в этой области.

«Успех этого прототипа знаменует собой значительный прорыв в разработке резервуаров из нержавеющей стали сверхбольшого диаметра и представляет собой твёрдый первый шаг к итеративной разработке конструкций из нержавеющей стали большого диаметра для тяжёлых ракет-носителей», — заявила CALT в сообщении о производстве резервуара диаметром 10,6 метра, опубликованном 29 апреля в официальном аккаунте организации в социальной сети Weixin.

EUV-литографы компании ASML в качестве основы для источника света используют газовые лазеры CO₂. Они достаточно мощные, но при этом громоздкие и малоэффективные по сравнению с твердотельными лазерами. Твердотельные лазеры, в свою очередь, не отличаются высокой мощностью и непригодны для установки в литографы, хотя имеют колоссальные перспективы в этой области. У Китая также появились свои разработки в этой сфере, и они не хуже, чем у других.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Недавно команда из Шанхайского института оптики и точной механики (Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics) Китайской академии наук под руководством Линя Наня (Lin Nan), ранее возглавлявшего отдел технологии источников света в ASML в Нидерландах, опубликовала в китайском научном журнале Lasers работу, посвящённую разработке в Китае твердотельного лазера для источника света EUV-литографа. Тем самым Китай приближается к созданию собственных EUV-литографов для производства самых передовых полупроводников, поскольку США запрещают продавать такое оборудование китайским компаниям.

Конверсионная эффективность газовых лазеров CO₂ составляет около 5 % (в свет превращается лишь 5 % затраченной на его производство электрической энергии). Твердотельные лазеры обещают превзойти этот показатель, а если говорить о габаритах, то сравнение и вовсе не в пользу газовых лазеров: одно дело — работа с газом, другое — компактный «светодиод». Сегодня полупроводниковые твердотельные лазеры широко применяются для сварки и других операций с металлом.

Пока что мощность распространённых твердотельных лазеров сравнительно невелика для целей литографического производства — около 1 Вт, реже до 10 Вт. Газовый лазер способен развивать мощность до 250 Вт. Тем не менее твердотельные лазеры уже сегодня можно использовать в рамках EUV-литографии — например, для проверки EUV-масок на наличие дефектов или для оценки воздействия EUV-излучения на материалы.

В своих экспериментах китайская группа добилась конверсионной эффективности твердотельного лазера с длиной волны 1 мкм на уровне 3,42 %. Это выше, чем у группы учёных Нидерландского центра передовых исследований в области нанолитографии, добившейся в 2019 году 3,2 %, и чем у исследователей из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich), достигших 1,8 % в 2021 году.

Впереди остались только американские и японские исследователи: группа из Университета Центральной Флориды (University of Central Florida) в 2007 году показала лазерную установку с эффективностью 4,9 %, а учёные из японского Университета Уцуномия (Utsunomiya University) — с результатом 4,7 %.

Для сравнения, эффективность преобразования коммерчески доступных источников света для EUV-фотолитографии на основе CO₂-лазера составляет около 5,5 %.

Бурное развитие сферы искусственного интеллекта значительно повысило спрос на специалистов в данной сфере, но их кто-то должен готовить и обучать, поэтому в академическом сегменте за профильными кадрами идёт настоящая охота. В случае с Университетом Цинхуа она увенчалась успехом, поскольку этот китайский вуз заполучил Алекса Лама (Alex Lamb) из Microsoft.

Источник изображения: Unsplash, sbseattle

Как отмечает South China Morning Post, с осени этого года Алекс Лам приступит к работе в одном из подконтрольных Цинхуа колледжей в качестве доцента, причём это подтвердил в переписке с изданием сам старший исследователь Microsoft Research. Что характерно, в социальной сети LinkedIn в профиле Алекса Лама до сих пор в качестве работодателя указана корпорация Microsoft. Если учесть, что власти США к подобной «утечке мозгов» в китайском направлении относятся крайне нервозно, вряд ли Ламу удастся сохранить за собой должность в корпорации Microsoft.

Высшее образование Алекс Лам получил в американском Университете Джонса Хопкинса, он специализировался на прикладной математике и компьютерных дисциплинах, докторскую степень в последней сфере он получил уже в Монреальском университете в Канаде. Лам успел поработать в сфере обучения языковых моделей в Amazon и Google Brain, причём последняя находилась в Токио. Алекс Лам уже начал принимать заявления на обучение от студентов и аспирантов китайского Университета Цинхуа. Предпочтение будет отдаваться тем соискателям, которые уже располагают научными публикациями на авторитетных ресурсах. Группа аспирантов, которую возглавит в Китае Лам, должна будет заняться фундаментальными исследованиями в области искусственного интеллекта.

Профильный колледж CAI в структуре китайского университета возглавляет Эндрю Яо Чи-Чжи (Andrew Yao Chi-Chih), который пару десятилетий назад покинул США с целью обосноваться в Китае и продвигать местную науку. В июле прошлого года Университет Цинхуа объявил о поиске специалистов высокого уровня в области искусственного интеллекта. После прихода к власти в США Дональда Трампа (Donald Trump) миграционная политика усложнила работу многих учёных, не имеющих американского гражданства. Преференции, которые предоставляются таким экспертам в Китае, могут способствовать перетоку учёных из США в КНР. Власти Поднебесной недавно выделили на поддержку молодых компаний, работающих в сфере ИИ, около $8,2 млрд.

Национальное космическое управление Китая (CNSA) объявило о планах международного сотрудничества в рамках миссии «Тяньвэнь-3» по возвращению образцов с Марса. В рамках миссии партнёры будут не простыми наблюдателями, а полноценными исследователями Красной планеты наравне с Китаем. Для этого желающим будет предоставлено место на кораблях для размещения научных приборов.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Ранее стало известно, что Китай ускорил программу по возврату образцов с Марса. Начало миссии «Тяньвэнь-3» перенесено с 2030 на 2028 год. В NASA уже смирились с тем, что Китай может первым осуществить столь сложную операцию. Американское космическое агентство, в свою очередь, будет делать всё возможное, чтобы доставить образцы с Марса на Землю не позднее 2040 года.

24 апреля 2025 года на церемонии, посвящённой Дню космонавтики Китая в Шанхае, представитель CNSA объявил, что международные партнёры в рамках миссии «Тяньвэнь-3» получат разрешение на размещение 20 кг полезной нагрузки на борту марсианских кораблей. Их будет два: один на низкой круговой орбите, другой — на высокой эллиптической. На борту первого для иностранных приборов выделяется 15 кг, на борту второго — 5 кг полезной нагрузки.

Миссия «Тяньвэнь-3» будет отправлена с помощью двух ракет «Чанчжэн-5». К Марсу планируется доставить два орбитальных аппарата и посадочный модуль с подъёмным модулем. В общей сложности миссия будет оснащена шестью научными приборами. Орбитальный аппарат рассчитан на работу в течение пяти лет на круговой орбите высотой 350 км. В его состав также входит возвращаемый модуль с капсулой для образцов. После старта взлётного модуля с поверхности Марса он состыкуется с орбитальным модулем и передаст образцы в капсулу.

Второй орбитальный аппарат — сервисный модуль — будет работать на эллиптической орбите с максимальной высотой около 70 тыс. км также около пяти лет. Помимо научных экспериментов этот модуль будет обеспечивать связь посадочного модуля с орбитальным аппаратом и Землёй.

В случае успеха это станет самой технологически продвинутой программой после американских «Аполлонов». Однако в NASA призывают не сравнивать «Чанчжэн-5» с их собственной программой Mars Sample Return (MSR). Китайская посадочная платформа сможет собрать образцы только в месте посадки, даже если будет использовать для этого вертолёт и малый ровер, тогда как марсоход NASA собирает образцы по обширному пространству кратера Езеро и за его пределами. Это две разные миссии, а не гонка, настаивают в агентстве.

Аналитический отчёт ETO Джорджтаунского университета в Вашингтоне (Georgetown University) о состоянии дел с исследованиями в области производства чипов следующего поколения показал неприглядную для США картину: Китай стал абсолютным лидером в сфере разработок. При подавляющем большинстве наиболее цитируемых работ китайских университетов, в отчёте нет ни одного упоминания о работах учебных заведений из США.

Источник изображения: Henry Wong/SCMP

Рапорт Emerging Technology Observatory (ETO) охватывает период с 2018 по 2023 годы. Он не затрагивает патенты и внутренние исследования компаний. Документ анализирует научные работы, посвящённые глобальным или фундаментальным исследованиям в области производства полупроводников следующего поколения. Иными словами, тем работам, которые буквально нацелены на завтрашний и послезавтрашний день. Например, это разработки нейронных архитектур, подобных структуре человеческого мозга, и оптические вычисления.

Отдельно аналитики делают вывод, что у США есть только один вариант давления на Китай — это экспортные ограничения. На каком-то этапе это может помочь выиграть полупроводниковую гонку у Китая, однако в долгосрочной перспективе позиция США крайне слабая и неустойчивая. Помимо прочего, экспортные ограничения со стороны США заставляют Китай активизировать усилия в сфере передовых разработок.

В частности, в рапорте ETO указано, что за отчётный период девять из десяти наиболее масштабных англоязычных работ в области полупроводников были опубликованы китайскими институтами и университетами, а восемь китайских университетов входят в топ-10 по статьям, которые попадают в 10 % самых цитируемых ежегодно за этот период.

Только два научных учреждения из других стран попали в эти два списка: Национальный центр научных исследований (Centre National de la Recherche Scientifique) во Франции занял третье место по общему количеству опубликованных статей и 10-е место по количеству цитирований; Национальный университет Сингапура (National University of Singapore) занял девятое место по числу наиболее цитируемых исследований. Ни одно учреждение из Соединённых Штатов не вошло в топ-10 по общему количеству опубликованных статей или по числу наиболее цитируемых статей.

Список лидирующих в рапорте ETO научных организаций возглавила Китайская академия наук (Chinese Academy of Sciences). Это целая сеть с институтами по всему Китаю и, похоже, крупнейшая исследовательская организация в мире. Академия лидирует как по общему количеству опубликованных статей, так и по числу наиболее цитируемых статей, опубликованных с 2018 по 2023 год. За этот период CAS опубликовала более 14 300 статей, связанных с чипами, из которых более 3400 были включены в список наиболее цитируемых статей.

Одна из команд Пекинского университета. Источник изображения: Xinhua

Одним из самых популярных направлений исследований в CAS являются нейроморфные вычисления, которые призваны имитировать человеческий мозг и могут революционизировать дизайн чипов, обещая более адаптивную и эффективную обработку данных. Собственно, CAS возглавила рейтинг ETO в области, включающей нейроморфные вычисления.

Новым достижением под эгидой CAS стала разработка первого в мире микрочипа на основе углерода, который может выполнять задачи искусственного интеллекта. В январской статье, опубликованной в журнале Science Advances, говорится, что чипы на транзисторах из углеродных нанотрубок могут обрабатывать данные не только в единицах и нулях, как большинство современных электронных устройств, но и использовать третье значение. Эта троичная логическая система может обеспечить более быстрые вычисления с меньшими затратами энергии.

Второе место в списке ETO по общему количеству опубликованных статей о разработке и изготовлении чипов (около 7850) занял Университет Китайской академии наук (UCAS). Это государственный университет в Пекине, входящий в состав CAS. Он также стал вторым по количеству наиболее цитируемых статей (около 1750 статей). Это заведение также вошло в топ-10 отчёта ETO в сфере исследований в области нейроморфных вычислений и устройств. Четвёртое место в списке наиболее цитируемых статей о чипах заняла работа CAS и UCAS о методе структурного анализа, применённого к графеновым материалам (опубликована в 2018 году в Chemical Society Reviews).

Университет Цинхуа в Пекине (Tsinghua University) — один из двух ведущих университетов Китая, входящий в число 20 лучших университетов мира — по опубликованным исследованиям в области чипов с почти 4650 статьями занял пятое место в списке ETO и третье место в списке самых цитируемых статей с почти 1280 статьями. С 2020 года в университете работает вернувшийся из США учёный Сунь Нан (Sun Nan), который помог создать в Китае более 50 ультрасовременных чипов для транспорта и энергетики. Также этот специалист работает над локализацией производства чипов в Китае.

Университет Цинхуа занял четвёртое место в списке топ-10 ETO по исследованиям, которые включают в себя глубокое обучение и исследования на основе нейронных сетей, а также в 2023 году разработал местный аналог мемристора.

Расположенный в Чэнду (в провинции Сычуань) и спонсируемый Министерством промышленности и информационных технологий Университет электронных наук и технологий Китая (UESTC) занял четвёртое место в списке ETO по общему количеству статей, опубликовав почти 5240 статей. В частности, исследователи UESTC добились прогресса в создании квантового чипа, впервые использовав обычный полупроводник для создания квантового источника света. Кроме того, университет вместе с компанией Huawei Technologies работает над улучшением приёмников для радаров.

Один из старейших в Китае Нанкинский университет (Nanjing University) занял шестое место в списке ETO по исследованиям в области чипов, опубликовав за отчётный период около 4250 научных работ. Он занял четвёртое место в списке самых цитируемых статей с 930 работами. Опубликованная учёными университета в журнале Nature в 2018 году статья по проектированию и изготовлению чипов стала самой цитируемой с 2018 по 2023 год (2043 цитаты). Нанкинский университет по версии ETO также вошёл в топ-10 по количеству опубликованных исследований в области квантовых вычислений и квантовых процессоров.

Хуачжунский университет науки и технологий (HUST) в Ухане занял восьмое место в списке ETO по количеству опубликованных статей, набрав за этот период чуть более 3660 работ. Он занял пятое место по количеству наиболее цитируемых статей, число которых приблизилось к 890. В 2023 году в университет из США вернулся инженер Ван Хуанью (Wang Huanyu), отработавший около двух лет в центре разработок Apple.

Чжэцзянский университет (Zhejiang University) занял девятое место в списке ETO по количеству опубликованных исследований (около 3580 статей) и шестое место по количеству наиболее цитируемых статей (почти 870 статей). Университет также занимает верхние позиции в двух областях исследований, связанных с фотоникой — разделом оптики, который использует энергию света с помощью фотонов для различных применений.

Фотонные чипы используют свет или фотоны, а не электроны, для обработки и передачи информации, которая распространяется быстрее и, следовательно, может привести к повышению скорости передачи данных. По данным ETO, фотоника всё чаще используется для создания высокоскоростных сетей и передачи данных между процессорами.

Пекинский университет, входящий в число 20 лучших университетов мира и один из двух лучших университетов Китая, занял 10-е место в списке ETO по общему количеству опубликованных статей (около 3440 статей). Пекинский университет занял восьмое место по количеству наиболее цитируемых статей — 810.

Созданный в Китае без передовых литографов самый быстрый транзистор в мире

В феврале команда из Пекинского университета под руководством Пэн Хайлиня (Peng Hailin ) заявила, что ей удалось превзойти ограничения в производительности чипов с помощью 2D-транзистора собственной разработки, который превосходит по производительности самые передовые устройства аналогичного уровня от Intel, TSMC и Samsung при одинаковых условиях эксплуатации.

Они заявили, что их устройство может быть изготовлено с использованием существующих технологий обработки и без использования кремния. Это важно для Китая, поскольку в настоящее время он не может производить самые современные транзисторы на основе кремния из-за санкций, введённых США.

Китай завершил развёртывание спутниковой сети навигации и связи в пространстве от Земли до дальней орбиты вокруг Луны. Это означает, что внутри огромного пространства вокруг Земли и Луны может быть обеспечено безопасное и точное перемещение космических аппаратов, а также станет доступной навигация по поверхности Луны. Подобная возможность открывает путь для первых практических шагов в сторону колонизации Луны и Марса, что трудно переоценить.

Ракета «Чанчжэн-2C» перед стартом. Источник изображения: Xinhua

Cislunar — пространство между Землёй и Луной, включая их орбиты, — в ближайшие десятилетия должно стать самым оживлённым местом Солнечной системы. Для гражданских и военных операций в этом пространстве создаются как новые ракетные двигатели, которые должны позволять быстро менять орбиты и обеспечивать длительное движение с ускорением без оглядки на ограниченные запасы топлива, так и собственная система связи и навигации. И если с двигателями всё непросто, то навигация и связь уже фактически работают, пусть и в ограниченном режиме.

Китайская спутниковая сеть «сислунной» навигации и связи опирается на три спутника: DRO-L, DRO-B и DRO-A. Аббревиатура DRO означает «дальняя ретроградная орбита» вокруг Луны, по которой спутники могут двигаться с экономией топлива. От Земли спутники DRO-B и DRO-A удаляются на 310–450 тыс. км. Спутник DRO-L выведен на околоземную полярную орбиту высотой 500 км. Все три спутника создают треугольник, с опорой на сигналы которого (и атомные часы на каждом аппарате) можно осуществлять навигацию в огромном пространстве.

Следует отметить, что запуск в космос спутников DRO-B и DRO-A сопровождался аварией. Из строя вышла разгонная ступень ракеты «Чанчжэн-2C», которая не смогла доставить аппараты на заданную траекторию. Более того, после отделения оба спутника начали неконтролируемо вращаться с частотой 1,8 об/с. Центробежная сила едва не уничтожила солнечные панели, изогнув их под немыслимыми углами.

К чести китайских специалистов, им в течение первых суток удалось стабилизировать полёт спутников. На свои целевые орбиты оба аппарата добирались с помощью двигателей коррекции орбиты. Для экономии топлива каждый запуск двигателей рассчитывался с учётом гравитационного импульса от Луны. Запущенные в марте 2024 года спутники пять месяцев добирались до места назначения и сделали это к концу августа.

На днях китайские СМИ сообщили, что система связи и навигации в окололунном пространстве начала свою работу. Теперь для точной навигации спутникам достаточно двух часов обмена сигналами, тогда как раньше на это уходило двое суток с привлечением земных наблюдателей.

«Раньше мы говорили о том, что хотим достичь звёзд, — поясняют создатели сети. — Сейчас мы фактически строим порт в дальний космос. Эта сеть из трёх спутников действует как "маяк" в окололунном пространстве, который может служить ориентиром для будущих лунных баз и даже служить каналом передачи данных для марсианских миссий».

В журнале Nature вышла статья, в которой учёные из Университета Фудань сообщили о разработке самой быстрой в истории флеш-памяти. Прототип работает на скорости 400 пикосекунд как при записи, так и при чтении. Новая память получила поэтическое название «Рассвет» (Poxiao). Опытный экземпляр отличается скромной ёмкостью. Покорение объёмов начнётся на следующем этапе разработки.

Источник изображения: Nature

Разработкой нового типа памяти учёные из Китая занимаются с 2015 года. В 2021 году они предложили базовую теоретическую модель, а в 2024 году разработали сверхбыстрое устройство флеш-памяти с длиной канала 8 нм, что превысило физический предел размера флеш-памяти на основе кремния, составлявший около 15 нм. Но размеры — не главное. Главное — это невообразимая скорость работы новой энергонезависимой ячейки, которая оказалась в 100 000 раз выше скорости ячейки SRAM.

Учёные отметили, что классическая память на основе управления транзисторным каналом электромагнитным полем имеет фундаментальные ограничения для наращивания скорости записи и чтения. Электроны нужно «разогнать», чтобы заставить их перейти в ячейку памяти или покинуть её. Традиционные полупроводниковые материалы и воздействие на электроны полем делают всё это медленным по современным меркам. По большому счёту, мало что изменилось после изобретения полевого транзистора около 60 лет назад. Для ускорения буквально нужна другая физика.

Китайские учёные предложили использовать в качестве канала графен или условно двумерный полупроводник — диселенид вольфрама (WSe₂). Оба материала ведут себя схожим образом, хотя и имеют отличия. Распределение управляющего электромагнитного поля вдоль каналов таково, что электроны поступают в ячейку «сильно перегретыми» — с крайне высокой для них энергией.

В общем случае графен считается так называемым дираковским материалом, в котором электроны подчиняются квантовым уравнениям Дирака. Использование графена позволяет ускорить перемещение «горячих» электронов и дырок в ячейку памяти, минимизируя потери энергии. Фактически, в созданных условиях электрон как бы становится безмассовой частицей, что позволяет резко увеличить скорости записи и чтения. Работу о субнаносекундной флеш-памяти с 2D-улучшенной инжекцией горячих носителей (Subnanosecond flash memory enabled by 2D-enhanced hot-carrier injection) можно найти по этой ссылке. Она свободно доступна для прочтения.

В составе новой памяти тонкий 2D-канал оптимизирует распределение горизонтального электрического поля, повышая эффективность инжекции. Ток инжекции достигает 60,4 пА/мкм при напряжении 3,7 В. Новая память выдерживает более 5,5 млн циклов записи и стирания. Скорости записи и чтения одинаковы — по 0,4 нс для каждого режима. Объём прототипа составляет около 1 килобайта. В течение пяти лет команда обещает увеличить ёмкость до десятков мегабайт, получить лицензию и начать выпуск коммерческих экземпляров.

На этой неделе в журнале Nature китайские учёные опубликовали работу, в которой сообщили о выходе за пределы кремния при производстве чипов. Полноценный 32-битный RISC-V-процессор был изготовлен на слое полупроводника толщиной в одну молекулу — не более 1 нм. Но что самое важное — производство не требует EUV-сканеров и обходится доступным Китаю литографическим оборудованием.

Источник изображения: Nature 2025

Около 20 лет исследователи занимаются графеном как материалом, который может вывести производство микросхем на новый уровень производительности и эффективности. Однако графен в чистом виде — это проводник. Изготовить с его помощью транзисторы, например с использованием нанотрубок, — почти как сварить пресловутую кашу из топора: необходимо множество других ингредиентов и процессов. Проблему мог бы решить атомарно тонкий полупроводник, но такие пока не открыты. Зато ряд молекул полупроводников может располагаться тонким слоем, близким к толщине отдельных атомов. Одной из таких молекул является дисульфид молибдена (MoS₂). За счёт гексагональной молекулярной структуры слой MoS₂ не толще 1 нм.

Учёные из Национальной лаборатории интегральных схем и систем Университета Фудань около пяти лет разрабатывали техпроцессы с использованием дисульфида молибдена, включая нанесение этого материала из паровой фазы на подложки. Сообщается, что они, как минимум, научились наносить слои MoS₂ на подложки из сапфира, на которых начали изготавливать работающие атомарно тонкие схемы. Примерно 70 % оборудования для производства чипов на слоях MoS₂ заимствовано у обычного производства кремниевых пластин. Это означает, что разработанный учёными техпроцесс может быть запущен в производство с относительно скромными затратами на модернизацию.

В конечном итоге исследователи создали массив инверторов 30 × 30. При этом они обошли ограничения MoS₂, который позволяет изготавливать транзисторы только одной проводимости — n-типа. В молекулы MoS₂ невозможно внести примеси для создания транзисторов с другой проводимостью, чем позволяет исходный материал. Поэтому напряжения затворов определялись проводниками под ними. В частности, были использованы алюминиевые и золотые контакты.

На основе изготовленных инверторов учёные смогли собирать электронные цепи из базового набора 25 электронных компонентов. Общая схема содержала 5900 работающих транзисторов. Частота их была невелика — несколько килогерц. Однако чип Wuji выполнял весь спектр 32-разрядных инструкций RISC-V. Это самый крупный в истории процессор на атомарно тонком полупроводнике, уверяют разработчики. И это первый серьёзный шаг за пределы кремниевой электроники.

Сообщается, что модернизированный два года назад китайский токамак Huanliu-3 (HL-3) в Чэнду приблизился к порогу запуска самоподдерживающейся термоядерной реакции. В ходе серии экспериментов реактор достиг «двойного барьера нагрева» — температуры более 100 млн °C. Этот порог был превышен как электронной плазмой, так и ионной, о чём впервые сообщается в открытых источниках. Ранее такая информация была засекречена.

Источник изображения: CCTV

«В ходе нашего эксперимента был достигнут рубеж в 100 миллионов градусов, а также значительный скачок в общей производительности термоядерного синтеза. Это означает, что исследования в области термоядерного синтеза в Китае вступают в фазу горения плазмы», — заявил в интервью государственному телеканалу CCTV Чжун Вулу (Zhong Wulu), главный конструктор HL-3.

Реактор HL-3 — это новый токамак, введённый в эксплуатацию в декабре 2020 года под названием HL-2M. Тогда китайским учёным удалось удерживать электронную плазму с температурой 160 млн °C в течение 20 секунд. После модернизации в 2023 году реактор переименовали в HL-3. Обновление системы разогрева электронного пучка микроволновыми установками, а также ряд других усовершенствований позволили разогреть ионную плазму до 117 млн °C. Это абсолютный рекорд для рукотворного термоядерного синтеза. Ранее ионную плазму до 100 млн °C разогревал только южнокорейский токамак KSTAR.

Китайские учёные отметили высокую стабильность плазменного ионного пучка в реакторе, однако не раскрыли подробностей в интервью телеканалу. Для дальнейшего продвижения к запуску «искусственного солнца» на Земле — самоподдерживающейся термоядерной реакции — необходимо увеличить продолжительность и температуру реакции в токамаке. До этого момента осталось совсем немного, но именно этот последний шаг является самым сложным вызовом для учёных.

Реактор HL-3 ожидает ещё одна модернизация, после чего существует высокая вероятность запуска на нём реакции ядерного синтеза — подобно процессам, происходящим в недрах настоящих звёзд.