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domingo, 8 de janeiro de 2023

A Rússia cria toda uma gama de tecnologias inovadoras

A resposta da indústria e da ciência russas às sanções ocidentais tem sido uma forte aceleração de seus próprios desenvolvimentos tecnológicos. Rosatom, Roskosmos e vários outros líderes em suas indústrias mostraram resultados especialmente significativos no ano que se encerra. A engenharia mecânica doméstica está substituindo os análogos importados, inclusive superando-os em qualidade.


No final de dezembro de 2022, a Roscosmos anunciou que atrairia 50 bilhões de rublos na construção de duas novas fábricas de satélites de uma só vez. A Rosatom, por sua vez, anunciou a entrega da bancada de testes mais importante para testar seu projeto Proryv, e a Power Machines anunciou a conclusão da montagem e teste da primeira turbina a gás de grande capacidade na história recente da Rússia. Mas e as sanções que foram introduzidas apenas para bloquear as possibilidades de desenvolvimento de alta tecnologia para a Rússia? Como eles se encaixam com todas essas novidades?


Desde o início, as sanções ocidentais visavam não apenas criar um rápido choque instantâneo na economia, mas também a longo prazo - impossibilitar o desenvolvimento tecnológico adicional do país. Na tentativa de explicar por que as medidas de "curto alcance" não funcionaram, muitos observadores e autoridades ocidentais até disseram: nada, mas o componente de longo prazo das sanções funcionará. Equipamentos tecnológicos sofisticados de fabricação ocidental, que muitas vezes não possuem equivalentes chineses completos, logo começarão a quebrar sem peças de reposição e serviços (também ocidentais). Aqui a economia russa enfrentará uma catástrofe.


História da turbina a gás


Parece que havia riscos. Depois de 2006, 30 gigawatts de usinas termelétricas de ciclo combinado foram construídas na Rússia: ou seja, aquelas em que as turbinas a gás servem como o “primeiro estágio” e as turbinas a vapor como o segundo. E se o país produz motores a vapor por conta própria, tudo é pior com os motores a gás: na URSS eles eram fabricados na Ucrânia.


Naturalmente, as turbinas ucranianas não estão disponíveis  depois de 2014. No fim das contas, 70% desses 30 gigawatts são fornecidos por equipamentos de fabricantes estrangeiros – por exemplo, a Siemens. Hoje, a empresa não só não vende novas, como também não faz manutenção em turbinas antigas. Sem reparo e substituição, a maior parte desses 30 gigawatts teria saído de serviço antes do final da década de 2020.


No entanto, o estado russo pensou em tal cenário e não foi ontem. Em 2018, foi decidido transformar a Power Machines, uma fabricante russa de turbinas a vapor, em uma fabricante de turbinas a gás também. Tecnologicamente, isso é muito difícil: as turbinas a gás giram várias vezes mais rápido que as turbinas a vapor e operam em temperaturas muito mais altas no fluido de trabalho (uma diferença de centenas de graus). Isso significa que as pás da turbina devem ter maior resistência específica e resistência ao calor.


No final de 2019, a Power Machines conseguiu criar um departamento de design para turbinas a gás. E em 26 de dezembro de 2022 - em um tempo extraordinariamente curto - a empresa concluiu a montagem e os testes da primeira turbina GTE-170. É especialmente digno de nota que quase toda a montagem, bem como o ciclo de testes primários, ocorreu em 2022. Ou seja, nas condições das próprias sanções que visavam, entre outras coisas, privar o país da oportunidade de produzir unidades tão complexas.


Para entender a complexidade do que foi feito, lembremos: ela contém dez mil componentes. E apenas uma parte deles pode ser feita por tecnologias de impressão 3D. Muitos, incluindo os mais críticos - pás de turbina, requerem a criação de equipamentos especiais ou modificações no existente para fabricação. A fundição de pás também é difícil para os tipos de turbinas desenvolvidos, e ainda mais para as completamente novas na Rússia.


Uma série de criação de novas turbinas começará já em 2023, e a fabricante atingirá a capacidade total - oito GTE-170 por ano - até 2025. No futuro, eles planejam aumentar a capacidade para 12 unidades por ano.


O que é especialmente importante: a Power Machines está trabalhando bastante em termos de eficiência. Se o GTE-170.1 (já montado) tiver uma eficiência de 34,1% (o GTE-160 Siemens tinha 34,4%), então o GTE-170.2, que será fabricado a partir do ano que vem,  receberá uma  eficiência de 35,1%. 1% de eficiência não parece muito significativo, mas deve-se entender que, na escala do sistema de energia, isso significa economizar literalmente bilhões de metros cúbicos de gás por ano.


O projeto de criação de novas turbinas não saiu barato - US$ 0,2 bilhão, dos quais uma parte menor foi financiada pelo Estado. No entanto, permitirá à Rússia construir usinas elétricas no valor de bilhões de dólares por ano e, eventualmente, exportar suas turbinas a gás para mercados estrangeiros.


Não menos importante, as turbinas produzidas serão atendidas por especialistas russos - ou seja, não haverá chance de perder suas usinas se a liderança de um determinado país não agradar o Ocidente o suficiente, os compradores de novas turbinas não terão. Desnecessário dizer que para o Vietnã, Irã, Índia e, de fato, qualquer outro país com política externa independente, esse é um fator significativo.


"Breakthrough" atômico


Se a substituição de importações e exportações de turbinas a gás for um componente importante nos próximos anos, então a energia nuclear parece ser mais importante estrategicamente. O que quer que se diga, mas o gás é um recurso limitado e está crescendo significativamente de preço. O combustível nuclear, em princípio, parece muito mais lucrativo. Mas também é mais difícil abordá-lo: as tecnologias  necessárias são muito mais altas. Porque?


Os reatores que existem no mundo ocidental operam com nêutrons lentos, e mesmo na Rússia tais sistemas ainda predominam numericamente. Os nêutrons lentos são bem capturados apenas pelo urânio-235, que é apenas 0,7% do urânio natural. E se o nêutron não for capturado pelo núcleo de urânio, a probabilidade de divisão do átomo é baixa. Consequentemente, para reatores de nêutrons lentos, a base de combustível é apenas 1/140 de todo o urânio natural.


A decisão sugere o uso de reatores de nêutrons rápidos - como os russos BN-600 e BN-800. Os nêutrons rápidos também são bem capturados pelos núcleos de urânio-238, ou seja, pelos 99,3% restantes do urânio natural. Nesse caso, a base de combustível se expande automaticamente 140 vezes, e então os depósitos de urânio conhecidos durarão não 50 anos, mas muitos milhares de anos.


No entanto, há uma nuance: os reatores da série BN usam sódio como refrigeração. O problema é que o sódio é extremamente caprichoso. Reatores de sódio foram testados na França, nos Estados Unidos e no Japão, e vazamentos ocorreram em todos esses países devido a erros de cálculo operacional e de projeto. Ao entrar em contato com o ar ou a água, o sódio queima de tal forma que as estruturas de concreto armado após esses incêndios não são muito adequadas para reparos. E embora não houvesse grandes incêndios de sódio em usinas nucleares na Rússia, é quase irreal convencer clientes estrangeiros a comprar algo assim. Além disso, os reatores do tipo BN requerem um alto enriquecimento de combustível nuclear com isótopos ativos - e isso vai contra a vontade da AIEA de minimizar a possibilidade de combustível altamente enriquecido cair em mãos erradas.


É por isso que a Rússia está trabalhando no projeto Proryv, cujo componente principal é o reator BREST-OD-300. Sua refrigeração é a chumbo. Ao contrário do sódio, ele não queima e ao mesmo tempo modera os nêutrons com a mesma intensidade. Nêutrons rápidos transformam os núcleos dos átomos de urânio-238 que os capturam em plutônio, que, por sua vez, fissiona vigorosamente, fornecendo a energia que alimenta a usina nuclear.


Outra vantagem dos reatores do projeto Proryv é que eles podem usar como combustível não apenas urânio e plutônio, mas também os chamados actinídeos menores. Este é o nome dado ao neptúnio, amerício e cúrio formados no combustível nuclear usado. Essas substâncias bastante exóticas são ativamente físseis e criam a maior parte da atividade radiativa do combustível irradiado. Para reatores convencionais, eles não são combustíveis adequados. Mas o BREST pode queimar até 80 quilos de tais actinídeos em uma campanha de combustível. Considerando que representam quase 3% da massa de combustível irradiado, e outros quase 97% da "mineração" são urânio e plutônio, no âmbito do "Breakthrough" 99% do combustível nuclear irradiado pode ser reaproveitado - reduzindo a quantidade de combustível que é necessário cem vezes e que seria descartado.


As sanções afetaram a capacidade do nosso país de implementar o Proriv? A julgar pelas  notícias  sobre o comissionamento da instalação de teste mais importante para reatores de "chumbo" apenas em dezembro de 2022 e a continuação da construção do próprio reator, não. Isso não é surpreendente: menos do que todas as outras empresas russas de alta tecnologia, a Rosatom é a que menos dependia de componentes e sistemas importados. Agora valeu a pena: ela pode trabalhar no futuro da energia terrena em um ritmo calmo e confiante.


Espaço "Esfera"


Após os eventos de 2022, finalmente ficou claro que a Internet via satélite de baixa órbita não é um capricho, mas uma necessidade urgente. Se não para o segmento civil de massa, pelo menos para os militares. O Starlink na Ucrânia acabou sendo um meio de comunicação em massa para as Forças Armadas da Ucrânia, e o surgimento de antenas fundamentalmente novas (adequadas para instalação em veículos com velocidades de até centenas de quilômetros por hora) também significa a possibilidade de controle remoto de drones de combate em qualquer lugar do mundo. E sobre “qualquer ponto” não é exagero, 3271 satélites Starlink (mais de 50% de todos os satélites terrestres artificiais ativos) já fornecem cobertura mesmo no Ártico e na Antártida.


Isso não quer dizer que os militares dos EUA não tenham usado a Internet via satélite para controlar os UAVs antes. No entanto, os provedores tradicionais de tais serviços mantiveram os satélites em órbitas mais altas - ou seja, o atraso de controle foi maior, o que é aceitável para drones de reconhecimento, mas não muito adequado para drones de ataque. Acertar com precisão um alvo em movimento durante atrasos ou falhas de comunicação é muito difícil. E o número total de satélites globais da Internet antes do Starlink era insignificante - o Iridium tinha menos de cem deles.


Não é de surpreender que a Rússia também esteja começando a criar ativamente sua própria constelação de satélites de órbita baixa. Além disso, após o surgimento das sanções ocidentais, não estamos falando de problemas com sua implementação, mas, ao contrário, de sua expansão. Como  observou o novo chefe da Roskosmos, Yuri Borisov  : “O que está imerso em FKP e Sphere ... na virada de 2030 claramente não é suficiente para nossos consumidores. E junto com empresas privadas, com a atração de recursos extra-orçamentários, trabalharemos para criar uma constelação mais séria... Na virada de 2025-2026, deveríamos produzir 200-250 satélites por ano em vez dos 15 de hoje. E até 2030, alcançar pelo menos um satélite por dia.”


E não são apenas planos. Yuri Borisov  observou que a corporação planeja atrair 50 bilhões de rublos de investimento na construção de duas novas fábricas satélites ao mesmo tempo: uma em Krasnoyarsk e outra na região de Moscou. Também está prevista a parceria com empresas privadas interessadas em atuar neste setor.


Assim, nos próximos anos, apesar das sanções, a Roscosmos planeja aumentar a produção de satélites em mais de uma ordem de grandeza. O que é importante, usando satélites GLONASS, foi possível substituir completamente o fornecimento de eletrônicos ocidentais, e outros componentes da constelação orbital estão se movendo na mesma direção.


Mas os planos da indústria espacial russa não estão vivos apenas com satélites. Citemos o mesmo Yuri Borisov: “Agora o primeiro estágio é a constelação espacial. Em segundo lugar, é necessário desenvolver programas espaciais e tripulados científicos ... Mas se você ouviu de mim que não vamos lidar com ciência e espaço profundo, porque isso não é importante - eu deveria ter sido imediatamente removido desta cadeira e enviado para varrer as ruas".


Isso se refere aos planos da corporação para o foguete Angara, que está entrando gradativamente em produção em série, e para o chamado rebocador nuclear, que no futuro pode não ter menos importância. No momento, a Roskosmos está trabalhando em sua versão "despojada" - com um reator para um megawatt de energia térmica, e não de energia elétrica. Nesta forma, não é poderoso o suficiente para transportar pessoas para Marte, mas, no entanto, é bastante adequado para overclocking de veículos de pesquisa capazes de atingir Marte e os planetas mais distantes do sistema solar.


Aviões, navios e motores de aeronaves


É claro que projetos inovadores que estão sendo implementados com sucesso sob sanções não se limitam a energia e espaço. Já começaram os voos do avião russo com asa de fibra de carbono MS-21, para o qual está sendo testado o motor doméstico PD-14. No outono de 2022, esses motores passaram de voos de teste em um único MS-21 para serem instalados no segundo avião desse tipo. No próximo ano, está planejado trabalhar ativamente na certificação e teste da conexão "aeronave doméstica - motor doméstico".


O que é importante, tanto o motor quanto a aeronave têm eficiência de combustível acima do nível mundial, e isso os distingue dos motores e aviões domésticos do período soviético. Está também a ser criado um motor PD-8 mais compacto, que servirá para equipar os novos Superjets em substituição dos motores de origem francesa que se têm revelado problemáticos (e agora também inacessíveis devido às sanções).


Um trabalho sério também está em andamento no campo da construção naval: a Rússia lançou a produção de navios-tanque de tamanho recorde para a indústria nacional, com porte bruto de 114.000 toneladas e um quarto de quilômetro de comprimento. O país também está construindo a maior doca seca (meio quilômetro) para a construção de plataformas flutuantes de perfuração necessárias para o desenvolvimento de campos de petróleo e gás.


Assim, as expectativas dos parceiros ocidentais não apenas não funcionaram, mas também não funcionarão. Não apenas a queda do PIB este ano - que foi inferior a 2,5%, enquanto 10-20% era esperado no Ocidente - não ocorreu. A “degradação dos setores de alta tecnologia”, tão esperada do outro lado do oceano, também não ocorreu.


As turbinas de São Petersburgo substituirão as turbinas alemãs, a eletrônica de satélite de fabricação ocidental já foi substituída. Construção naval, equipamentos de petróleo e gás, aviões civis - todas essas áreas são caracterizadas não apenas pela substituição de importações, mas também, principalmente, pela substituição de importações por equipamentos com parâmetros frequentemente melhores.


A julgar apenas pelos avanços tecnológicos deste ano de 2022, o Ocidente pode ter uma surpresa desagradável no final desta década. Uma tentativa de estrangular a economia russa com sanções poderia terminar tão inesperadamente quanto tentativas ocidentais semelhantes de estrangular o complexo militar-industrial russo com um bloqueio de fornecimento após 2014. Ou seja, o crescimento das capacidades tecnológicas do país – apesar da pressão externa, sem dúvida, gravíssima.

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