Криостаты сверхнизких температур YARANGA и YURTA

Криостат растворения — технологическое оборудование для проведения экспериментов при экстремально низких температурах ниже 10 мК. Оно позволяет создавать условия, близкие к абсолютному нулю (температура, электромагнитные поля, вакуум, инфракрасное излучение) — именно такие условия необходимы для работы с новыми квантовыми эффектами и явлениями. Используются в различных областях DeepTech разработок, включая гибридные квантовые супервычисления, фундаментальные исследования в области физики конденсированного состояния и квантовых эффектов в сверхтекучих жидкостях, астрономические исследования и поиск тёмной материи, разработки ИИ на основе нейроморфных вычислителей. До 2020 года российские научные группы использовали импортные установки компаний BlueFors (Финляндия/США), Oxford Instruments (Великобритания) и Yanis (США). После введённых санкционных ограничений потребность в отечественных разработках стала критической. На рынке сформировался отложенный спрос на эту высокотехнологичную продукцию, и появления российских криостатов ждало целое научное направление. В число потенциальных потребителей криостатов входят российские бигтехи и госкорпорации, инвестирующие в квантовые технологии (ГК «Росатом», СБЕР, РДЖ и др.), Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ Дубна), институты РАН, занимающиеся исследованиями в области физики твердого тела, низких температур и сверхпроводимости (ИФТТ РАН, ИПТМ РАН, институт физических проблем им. П. Л. Капицы, ОИВТ РАН, ИПФ РАН, ФИАН им. П. Н. Лебедева), НИЦ «Курчатовский институт», ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ведущие российские вузы. За 2,5 года в рамках опытно-конструкторской работы программы отечественного научного приборостроения Минобрнауки России МГТУ им. Н.Э. Баумана (команда Bauman Design) совместно с ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» ГК «Росатом» и индустриальным партнером ООО «Криотрейд инжиниринг» разработаны серийные российские криостаты сверхнизких температур: - YARANGA — криостат растворения для получения милликельвиновых температур (0,018К от абсолютного нуля). - YURTA — оптический криостат сверхнизких температур до 0,45 К. Создание ультрасложного оборудования стало настоящим технологическим вызовом для команды ученых и инженеров. Проведена значительная работа по разработке инженерных и конструкторских решений, обеспечивающих охлаждение установки до сверхнизких температур, разработана система управления, обеспечивающая работу в автоматическом режиме. Отдельной важнейшей задачей стала разработка промышленного дизайна установок. В основу технического задания легли безопасность и удобство использования криостатов для пользователей в сочетании с узнаваемым стилем и брендингом. Криостат сверхнизких температур – это комплекс устройств, с которым ученые работают на протяжении длительного времени. Он включает криогенно-вакуумный блок (криостат), систему рециркуляции гелия, сосуд Дьюара, стойку системы управления и стойку электроники. Эксплуатация комплекса требует постоянного физического взаимодействия, настроек и манипуляций. Некоторые компоненты криостата хрупкие или тяжелые, поэтому важно обеспечить удобство и безопасность. Для улучшения эргономики команда Британской высшей школы дизайна провела интервью и тесты с пользователями, а также аналитическую и экспериментальную работу. В результате внедрено множество инноваций, среди которых магнитные органайзеры для хранения инструментов, интегрированные полки для мелких деталей, ручки на 360 градусов для удобного монтажа и демонтажа криогенно-вакуумного блока, наклонные панели с разъемами для легкого соединения, RGB-подсветка, показывающая статус работы устройства (включение-выключение, степень охлаждения), закрытые колеса для удобной транспортировки съемных элементов, быстросъемные панели с доступом к манипуляторам и интерфейсам, эргономично расположенные панели управления и контроллеры. Художественная ценность измерительных криогенных комплексов YARANGA и YURTA заключается в тщательной проработке образов и деталей дизайна. Названия изделий и заложенные в них смыслы определяют визуальное воплощение. Яранга и Юрта – названия традиционных жилищ кочевников на территории России, которые веками служили защитой от суровых погодных условий и были окружены холодом. Bauman Design создали дом для самого Холода – невероятного, неистового, невообразимого (температуры внутри YARANGA и YURTA близки к абсолютному нулю, что холоднее, чем в космосе), оживляющего квантовую магию. Разработанные комплексы превращают холод в инструмент для достижения выдающихся технологических результатов. Оба комплекса оформлены лаконично, без лишнего визуального шума, что особенно важно в условиях интенсивной работы. Сверхпроводниковый комплекс YARANGA способен достигать более низких температур и выполнен в тёмных тонах с лазурными акцентами, которые делают его более заметным и премиальным, чем изделия, представленные на международном рынке. Оптический комплекс YURTA работает при менее низких температурах и выполнен в свежем белом цвете с зелёными акцентами, благодаря чему превосходно интегрируется в лабораторный контекст.

Запуск серийных криостатов сверхнизких температур обеспечивает технологическую независимость российских научных групп в области квантовых вычислений, сокращает импорт зарубежных компонентов и технологий, способствует развитию инженерных компетенций и расширяет ассортимент локального производства.

Стоимость 1 криостата составляет от 100 до 200 млн рублей. Использование отечественных криостатов сокращает затраты потребителей на оборудование до 30-40% по сравнению с зарубежными аналогами. Прямой экономической выгодой является оптимизация затрат на ремонт и обслуживание оборудования, а также возможность быстрой модернизации под меняющиеся задачи.

Криостат, как незаменимая часть сверхпроводниковых квантовых вычислителей, используется для решения широкого спектра задач: от оптимизации логистических маршрутов до разработки новых конструкционных материалов, просчета новых молекул лекарств и вакцин, обеспечения защищенных каналов передачи данных. Гибридные квантово-классические вычислительные комплексы позволяют решать задачи с качественно новым уровнем эффективности за принципиально короткое время.

Взаимодействие продукта с пользователем – основа разработки. Продумана каждая деталь: эргономика оборудования полностью переосмыслена в сравнении с конкурентами. Криостаты выделяются рядом инновационных решений: орбитальная ручка и скрытые колеса для удобства монтажа/демонтажа корпуса; расположенные под наклоном панели управления и контроллеры; RGB-подсветка для отображения статуса работы; магнитные органайзеры для инструментов и комплектующих.

Названия криостатов YARANGA и YURTA определяют их визуальное воплощение. Идея «дома для холода», заложенная неймингом, передается через элементы дизайна: уникальным авторским шрифтом, сочетающим технологичность и национальный колорит; лаконичностью форм и оформления, без лишнего визуального шума; чистыми цветами с нюансными цветовыми акцентами. Оба комплекса воплощают надёжность и лаконичную технологичность, не требующую излишнего декора.

Разработанные установки имеют высокий потенциал выхода на зарубежные рынки дружественных государств: страны БРИКС, включая Китайскую народную республику, Индию, Египет, страны СНГ и Ближнего Востока. В российских установках заинтересованы государства с активно развивающейся научной инфраструктурой.