Основные мировые тренды научно-технологического развития

Разработка Центра макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования (ЦМАКП)

                                        

Современное экономико-технологическое развитие приближается к се­редине пятого исторически большого технологического цикла (каждый про­должительностью около 50 лег). Этот цикл характеризуется:

•   компьютерной революцией и формированием глобальных телекомму­никационных сетей;

•   нарастанием экономического использования Интернет-технологий;

•   началом широкого использования био- и нанотехнологий. Окончание данного цикла выходит за пределы прогнозного периода.

Вместе с тем в рамках современного цикла, как что было и раньше, начина­ют формироваться предпосылки нового технологического уклада:

•   намечаются радикальные изменения в методах и средствах природоох­ранной деятельности, что уменьшит техногенное давление на биосферу;

•   вероятно, станут экономически приемлемыми технологии альтернатив­ной энергетики, снижающие зависимость от углеводородных топливно-энергетических ресурсов (реакторы на быстрых нейтронах, водород­ная энергетика, солнечная энергетика, в более отдаленной перспективе - термоядерный синтез);

•   начался переход от микроэлектроники к наноэлектронике как новому «ядру » информационных технологий;

•  

ожидается революция в здравоохранении на основе использования ге­нетических методов лечения и биоинформатики.

Сегодня многие специалисты в России и за рубежом полагают, что круп­ные технологические нововведения в ближайшие 10-20 лет будут связаны с формирующимся в настоящее время междисциплинарным направлением. опирающимся на применение нанотехиологий¹. Ожидается, что по масш­табам воздействия на экономику и другие сферы жизни общества данное направление может со временем встать в один ряд с информационными и биотехнология м и.

2.1. Основные глобальные макротехнологические тренды

Добыча энергоносителей, производство энергии и энергосбережение

Атомные технологии. Традиционная атомная энергетика, основан­ная на легкой воде, по прогнозам экспертов, даже без расширения атомных мощностей, исчерпывает запасы урана в 2020-2030 г. Реактор на быстрых нейтронах (РБН) потребляет примерно в 100 раз меньше урана. Кроме того, он безопаснее и экологичнее, что обеспечивает возможность большей де­централизации генерации энергии. В указанный период можно ожидать и создания первого опытно-промышленного международного термоядерного реактора (проект ИТЭР) для перехода к экономически рентабельному про­изводству электроэнергии на базе реакции ядерного синтеза.

Технологии добычи и транспортировки нефти. Запасы тяжелых нефтей, нефтеносных песков и сланцев в мире эквивалентны 12—15 трлн. баррелей, тогда как традиционной нефти не более 4 трлн. баррелей. Таким образом, потенциал нефтедобычи огромен. При этом уже есть коммерчески выгодные примеры применения технологий добычи тяжелой нефти (Вене­суэла) и песков (Канада). Альтернативой является использование ещё боль­ших запасов природного газа для сжижения (GTL), которое сегодня приме­няется для получения дизельного топлива причем имеющаяся технология может быть усовершенствована для выработки более лёгких сортов мотор­ного топлива.

Технологии добычи и транспортировки газа. Сжиженный газ становится дешевле сетевого при расстояниях 2 3 тыс. км, что. наряду с фактором снижения политических рисков инфраструктурной «привязки» потребителя к продавцу, обуславливает рост интереса к СПГ.

Существует коммерчески выгодный и применяемый сегодня в США метод дегазации шахт (извлечение метана из угольного пласта) перед на­чалом разработки. Применение этого метода представляется весьма перс­пективным и в России: например, газовый потенциал Кузбасского разреза оценивается в 10-12 трлн. кубометров.

Есть огромные запасы гидратов газа, по в перспективе 30 лет не ожида­ется появления технологии по их извлечению.

Технологии электроэнергетики и энергосбережения. Технологии электроэнергетики и энергосбережения будут развиваться в направлении повышения КПД при генерации и массового распространения установок с более высоким КПД (в первую очередь ПГУ), а также разработки новых конструкционных материалов для отрасли строительства (теплосбережение) и отраслевых технологий, понижающих энергоемкость продукции от­раслей.

Важнейшие направления технологического развития:

•  разрабатываются способы повышения эффективности производства, хранения и передачи энергии на расстояние с применением нанотехнологий;

•  осуществляется перевооружение на новое поколение парогазовых ус­тановок (combined-cycle power plant) с последовательным использова­нием каскада газотурбинной (ГТУ) и паросиловой (ПС) установок, что повышает КПД до 55-58%, по сравнению с 38-42% в традиционных ТЭЦ;

•  разрабатываются технологии экологически чистого сжигания угля или углеродсодержащих отходов в кипящем слое под давлением;

•  внедряются специальные топливные присадки и компьютерное управ­ление процессом сгорания топлива, что существенно снижает выброс вредных веществ в атмосферу

Альтернативные и «экзотические» технологии в энергетике. По оценкам экспертов, широкое использование водорода как источника топлива будет возможно не ранее 2030 г.[1], а контролируемой термоядерной реакции - не ранее 2040 г[2]. Сегодня так называемые «экзотические составляющие» энергобаланса (ветер, солнечная, приливная и геотермальная энергии) вносят крайне незначительный вклад в общее производство энергии, поскольку дороги, климатически и географически зависимы и не являются экологичес­ки чистыми: производство солнечных батарей, например, представляет со­бой грязное химическое производство. Хотя динамика использования этих источников энергии, вероятно, будет высокой, их удельный вес в мировом энергобалансе, в силу отмеченных ограничений, останется незначительным. К 2020 г. вклад этой категории энергоресурсов может достичь 2.3-2.5 млрд. т нефтяного эквивалента. Большие надежды возлагаются на использование коммерческой биомассы, в которой доля децентрализованных заготовок бу­дет сокращаться за счет расширения коммерческого производства биомассы для энергетических нужд.

Другие технологические направления:

•  внедряются технологии, способствующие становлению энергетики на альтернативных источниках тепла (биогаз);

•  проводится коммерческая оценка технологий, переводящих выбросы углекислого газа в жидкие отходы с последующим захоронением;

•  разрабатываются новые методы оценки безопасности подземного хра­нения высокоактивных ядерных отходов.

Экология и ресурсосбережение

•  Введение новых международных экологических стандартов при орга­низации глобальных производственно-территориальных систем.

•  Широкое распространение принципов малоотходного производства в промышленности, сокращение вредных выбросов на транспорте.

•  Использование новых методов переработки ядерных отходов.

•  Применение нанотехнологий для производства роботов но уничтоже­нию вредных отходов производства, в том числе отработанного ядер­ного топлива и пр.

•  Использование плазменных технологий для очистки загрязненных и сточных вод[3].

Медицинские, био- и фармацевтические технологии

•  Использование новейших достижений генетики, информатики и ианотехнологий в здравоохранении[4].

•  Применение генно-инженерных биотехнологий в растениеводстве и животноводстве.

•  Создание таргетпых препаратов на основе результатов расшифровки генома[5].

•  Разработка нового поколения фармакологических препаратов для борь­бы с раком на основе изучения и расшифровки генома человека и технологизации результатов исследований генов, ответственных за раз­личные онкологические заболевания Развитие новых иммунотерапевтических подходов к лечению онколо­гических заболеваний в рамках создания нового поколения препаратов-вакцин, способных активировать иммунитет против опухоли[6].

•  Разработка и внедрение технологий, основанных па использовании стволовых клеток.

•  Создание пептидов и лекарств на их основе для лечения сахарного диа­бета.

•  Разработка «пищевых» технологий производства специализированных полезных продуктов, нацеленных на конкретного потребителя, с уче­том его физиологических особенностей, а также новых методов кон­сервации их полезных свойств, в том числе обеспечивающих вкусовые качества.

Интернет-, компьютерные, информационно-коммуникационные и медиа-технологии

В данной сфере в ближайшие 10 15 лет следует ожидать усиления про­цессов формирования нового технологического ядра, в т.ч. па базе перехода от элементной базы информационных технологий, основанной на использо­вании микроэлектроники, к нано- и оптоэлектронике, обеспечения доступа широкого круга пользователей к современным способам сбора, хранения, обработки и передачи всех видов информации в режиме реального времени и формирования новой системы стандартов цифровых технологий. Также следует ожидать дальнейшего развития электроники - её элементной базы, принципов конструирования, применяемых материалов и технологий. Ос­новные технологии, развитие которых предполагается в данной сфере:

•   технология создания молекулярной электроники - наноэлектроники;

•   использование сверхпроводников в микроэлектронике и разработка сверхпроводников третьего поколения;

•   создание органических полупроводников;

•   разработка интегральных компьютерно-телекоммуникационных техно­логий[7];

•   освоение грид-технологий (grid computing technology)[8], которые в пер­спективе должны трансформироваться во всемирную грид-сеть;[9]

 

•  развитие универсальных систем доставки приложений на любые ком­пьютерные и цифровые устройства в любую точку мира[10];

•  разработка технологий виртуализации и совместимости данных ново­го поколения, нацеленных на создание программ-эмуляторов, которые позволяют пользователю одновременно иметь на одном компьютере несколько операционных систем или несколько приложений, разрабо­танных для разных операционных систем¹⁵;

•  развитие новых технологий компьютерного аппаратного обеспечения и высокопроизводительного программного обеспечения (ПО)[11];

широкое применение информационной интеграции и системной подде­ржки жизненного цикла продукции (CALS-технологии, включая научное «ядро» CAD/CAE/CAM-технологии, а также сопутствующие ERP-технологии, PDM-технологии, ILS-технологии);

•  развитие процессов конвергенции технологий, связанных с реализаци­ей принципиально новых возможностей, открывающихся в результате перекрестного использования информационных и нанотехнологий;

•  развитие технологий мобильной связи третьего поколения (3G)[12], кото­рые включают в себя:

 

-   UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) - стандарт сото­вой связи третьего поколения, разработан ETS1 (Европейским инсти­тутом связи) для Европы[13];

-   CDMA-2000 (Code Division Multiple Access) - стандарт сотовой связи третьего поколения, распространенный в США и Азии[14];

-TD-SCDMA   (Time   Division-Synchronous   Code   Division Multiply Access)

- стандарт третьего поколения, специально разработанный для КНР[15]; разработка технологий высокоскоростных сетей передачи данных по двум направлениям - создание нового поколения проводных технологий (лидером сейчас являются оптико-волоконные сети) и беспроводных технологий (WiMAX)[16];

•  внедрение VoIP (Voice over Internet Protocol)[17] технологий и сервисов.

•  внедрение технологий интерактивного контента, перспективы  связаны с совершенствованием бытовой электроники, еоздаь|_Ие.

•   

вого поколения носителей информации и развитием мультимедийного сервиса;[18]

•   внедрение телевизионных технологий высокой четкости (High Defini­tion TV);[19]

•   внедрение IP-TV- технологий.[20]

Нанотехнологии и новые материалы

Современные технологии во многом основаны на высочайших физико-механических свойствах полимерных композиционных материалов (ПКМ): высокая прочность при низкой плотности. Без применения таких материалов большинство современных технологий и производств становятся нереали­зуемыми. ПКМ являются основой для радикальных технологических изме­нений во всех высокотехнологичных отраслях промышленности, и прежде всего это относится к аэрокосмической промышленности, судостроению, строительству, автомобильному и железнодорожному транспорту, атомной энергетике. Нанотехнологии также становятся базовыми технологиями, на основе которых формируется новое технологическое ядро современных экономических систем. Они развиваются на принципах взаимной конвер генции, а также конвергенции с другими высокими технологиями. Развитие нанотехнологии в РФ позволит осуществить переход российской промыш­ленной и технологической сферы к новому укладу.

Решение многих задач тесно связано с развитием наиохимии - новой межотраслевой технологии, интегрирующей последние достижения физи­ки, химии и биологии. К перспективным и продвинутым областям приклад­ной нанохимии можно отнести: нанокатализ - наносистемы на специальном носителе или непосредственно введенные в реакционную среду, что дает возможность значительно сократить габариты реакторов, увеличить ско­рость реакции, ее избирательность, а также производство наноматериалов для приема, обработки и передачи информации, молекулярных носителей памяти, материалов е особыми электрическими, магнитными свойствами, обладающих уникальной прочностью и пластичностью, особо чистых ве­ществ, абразивов, поверхностно-активных веществ, подложек из полукрис­таллического кремния для электроники и пр.

•   распространение в промышленности нанотехнологии, в которых ис­пользуются методы контроля качества поверхности, уже апробирован­ные при производстве DVD-дисков и контактных линз;

•   разработка материалов с новыми качественными характеристиками (пластмассы, волокна, сплавы и композиционные материалы с заранее заданными свойствами, специальные покрытия для режущих инструмен­тов и металлов для применения их в особо агрессивных средах и др.):

 

-   композиты на основе неорганических оксидов, гибридные органо-и полимеро-неорганические наноматериалы, высокотемпературная керамика и керамические напыления, искусственные кристаллы, с верх проводниковая технология (которая может быть применена при создании широко спектра оборудования от медицинского до турбоге­нераторов);

-   композиты, в основном на основе золь-гель процессов, которые явля­ются базовыми технологиями для энергетики, транспорта, электро­ники;

 

-   средне- и малотоннажные функциональные полимеры и композиты на их основе, открывающие возможность применения принципиаль­но новых конструкционных решений в производстве ряда видов про­дукции;

-   особо чистые вещества и реактивы специального назначения со стро­го заданными молекулярными параметрами;

-   использование микросистемной техники, применение прецизионных и нанометрических технологий обработки, сборки и контроля;

-   разработка способов синтеза в нанодиапазоне из молекул исходных конструкционных блоков контролируемого размера и сборка из них бо­лее крупных структур с заранее заданными свойствами и функциями;²⁶

-   исследуются перспективы сборки с помощью нанотехнологий интег­ральных схем высокого уровня сложности и функциональности на ос­нове дальнейшей миниатюризации их активных полупроводниковых элементов, а также объединения последних в трехмерные (многослой­ные) структуры;

-   создание мощных излучателей с перестраиваемым спектром частот и широкополосных фотодетекторов с высоким КПД в оптоэлектронике;

-   создание материалов с индивидуальными потребительскими свойства­ми (например, «немнущихся» хлопковых тканей с добавлениями нано-частиц);

-   создание медицинских препаратов с помощью биосинтеза в нанодиапа­зоне «избирательного» (индивидуального) действия.

Транспортные и логистические технологии:

-   основным макротрендом является внедрение высокоэффективных средств информатизации для оснащения аэровокзалов, морских и реч­ных портов, железнодорожных вокзалов и остановок, информационных систем для пассажиров, систем для безопасности и контроля и обслу­живания парковочных автоматов;

-   основной тенденцией в сфере представления IT-решений является внедрение автоматизированных систем с высоким уровнем системной интеграции, предоставляющих, как правило, комплексные многофунк-циональные решения;²⁷

²⁶         Одним из перспективных направлений развития нанотехнологий считается со­
здание молекулярного ассемблера - устройства, которое может выполнять функции
робота по сборке из раствора молекулярных заготовок новых структур с заданными
свойствами. Материалом для изготовления такого ассемблера будут служить поли­
мерные органические молекулы.

²⁷         К таким решениям можно отнести информационно-технологические разработ­
ки компании PTV AG (ФРГ), которые предоставляют решения как на макроуровне
транспортного планирования и имитационного моделирования перевозочного про­
цесса, так и на локальном уровне информационной поддержки отдельных задач же­
лезнодорожного транспорта.

• применение во всех интегрированных информационных системах на­вигационных данных с глобальных спутниковых навигационных сис­тем, данных с наземных бортовых мобильных устройств и стационар­ных наземных сенсоров.

Аэрокосмические технологии:

•  конструирование летательных аппаратов и космических станций за счет применения наноструктурных материалов, обладающих такими отличительными свойствами, как малый вес, высокая прочность и тем­пературная устойчивость;

•  переход к новым стандартам глобального навигационного и топогеодезического обеспечения, а также передачи данных с охватом припо­лярных районов в режиме реального времени на базе космических сис­тем;

 

•   переход к новому поколению (2010-2015 гг.) аэрокосмической и воен­ной техники (введение в строй сверхманевренных фронтовых истреби­телей пятого поколения, создание интегрированных территориальных систем ПВО/ПРО и др.);

•   разработка гиперзвуковых летательных аппаратов, способных выхо­дить в воздушно-космическое пространство и наносить ракетно-бом­бовые удары по целям в любом районе Земли, с подлетным временем

до 1,5-3 часов;

•          создание беспилотных летательных аппаратов, дистанционно управля­
емых с самолета-матки и оснащенных системами вооружения класса
«воздух-поверхность», что позволит не входить пилотируемым лета­
тельным аппаратам в сферу действия ПВО противника.

Военные технологии и технологии обеспечения безопасности:

•   переход всей радиоэлектронной и компьютерной техники на новую системную базу с использованием нано-, магнито- и оптоэлектроники;

•   разработка систем компьютерного моделирования, распознавания об­разов и анализа изображений с элементами искусственного интеллекта для поиска и обнаружения слабоиденфицируемых признаков подготов­ки террористических актов;

•          внедрение систем сверхвысокочастотной и лазерной связи;

•  создание оружия нелетального воздействия (в частности, с использова­нием акустических волн) для применения в полицейских и контртерро­ристических операциях;

•  создание интегрированных систем глобального наблюдения, разведки и целеуказания для управления подразделениями размерности рота-ба­тальон-бригада в режиме реального времени при проведении локаль­ных военных операций в любом районе Земли;

•  создание ядерных боеприпасов сверхмалой мощности (0,05-0,2 клт) для применения в военных конфликтах низкой и средней интенсивности;

•  разработка средств противоракетной и противокосмической обороны нового поколения с элементами космического базирования;

•  создание авианесущих кораблей нового поколения с ядерными реакто­рами;

•  создание систем активной бронезащиты и установка ее на автоброне­технику легкого и среднего класса;

•          разработка комплектов индивидуальной защиты, оборудованных сис­темой космической связи и целеуказания в системе рота-батальон.
Качественно новые риски в перспективе могут создать ударные космические системы, позволяющие поражать наземные цели практически немед­ленно (с интервалом в 3-5 минут и менее) после принятия решения на удар, причем начало нападения, в отличие от нынешней ситуации, практически не может быть сколь-нибудь заблаговременно вскрыто национальными средс­твами разведки. Появление подобных средств существенно повышает рис­ки эскалации нестабильности и «гонки на опережение» в кризисной ситуа­ции. Кроме того, можно ожидать распространения систем автоматического принятия решения на применение вооружений (включая стратегические), автономных наземных, воздушных и морских боевых систем. В отличие от нынешней ситуации, когда автоматизированные системы лишь готовят информацию для принятия решения операторами, АСУ нового поколения будут самостоятельно применять боевые средства.