Математическая логика и взрывная энергия

17 февраля Уральский государственный университет им. А.М. Горького вновь стал местом встречи двух поколений ученых: поколения ветеранов и молодых, 20–30-летних, тех, кто завтра придет им на смену. В этот день перед церемонией вручения общенациональной неправительственной научной Демидовской премии (репортаж о ней см. в предыдущем номере «НУ») здесь прошли традиционные Демидовские чтения. Но вначале чествовали талантливую молодежь.
 

Чтения 2011 г. открыл председатель УрО РАН академик В.Н. Чарушин, к его словам о важности происходящего присоединился президент УрГУ В.Е. Третьяков, добавив, что «и в науку, и в сферу высшего образования должны прийти молодые люди, без чего по сути невозможны ни модернизация, ни прогресс».
 

Исполняющий обязанности министра промышленности и науки Свердловской области В.В. Турлаев вкратце рассказал об итогах конкурса на соискание губернаторских премий для молодых ученых 2010 года: на конкурс было представлено 87 работ, из них экспертный совет отобрал 16, авторы которых получили по 100 000 рублей премии, не облагаемой налогом. Тут же состоялось награждение лауреатов, в большинстве своем — сотрудников Уральского отделения РАН. Их поздравили В.Н. Чарушин и демидовский лауреат 2010 г. президент РАН Ю.С. Осипов, отметивший улучшение кадровой ситуации в масштабах России: «Разрыв поколений еще сохраняется, но сегодня масса молодых людей идет в науку. Недавно Академии дополнительно было выделено 1000 ставок, и все равно сохранился конкурс на рабочие места в научных институтах». От лица награжденных выступил молодой научный сотрудник Уральского государственного горного университета Д.И. Симисинов: «Молодой человек и наука — вот две современных составляющих успеха. Теперь мы должны доказать это своим примером».
 

Ю.С. Осипов первым выступил с демидовской лекцией под названием «Прямые и обратные задачи теории управления», целью которой, по его словам, было познакомить студентов с некоторыми классами задач, которые сейчас активно изучаются, в том числе и на Урале; показать связь между задачами прямыми и обратными (решения обратных задач в динамике описывают не движение, а силы, результатом которых это движение является, и факторы, влияющие на него различным образом).
 

В Екатеринбурге уже многие годы как научное направление развивается качественная теория динамических систем — свой вклад в нее внесли, в частности, С.Б. Стечкин, Н.Н. Красовский, математики Уральского государственного университета.
 

В качестве примера из области некорректных задач и теории приближенных функций Юрий Сергеевич привел задачу, где динамической системой является, условно говоря, тележка на колесах, на которую водружен сосуд с жидкостью, и требуется рассчитать необходимое ускорение — такое, чтобы жидкость не расплескалась. Приблизительно режим ускорения можно рассчитать, измерив положение тележки, силы, действующие на нее, скорость со всеми сопутствующими погрешностями. Причем замеры следует выполнять в процессе движения. В 1943 г. А.Н. Тихонов ввел в практику операторы Вальтерра, которые стали применяться для обработки функций в решении подобных задач. К этому же классу относятся задачи, где требуется восстановить какие-либо координаты динамической системы, рассчитать параметры работы двигателя и т.д. Некоторые из таких задач не имеют решения, но большинство решаемы. К примеру, некая точка движется в пространстве, и нужно решить задачу о дифференцировании неточно заданной функции — синхронно с движением этой точки. Так же, на примере Ю.С. Осипов показал, как путем решения промежуточной задачи можно обратную задачу свести к прямой (например, при описании движения груза, колеблющегося на пружине, — системы, к которой по каким-либо причинам нет прямого доступа для измерений).
 

Специалистами разработан комплекс методов решения некорректных задач, которых, однако, все еще недостаточно. В Екатеринбурге лидирующей является школа математической теории управления — Н.Н. Красовский и его ученики разрабатывают теорию дифференциальных игр, управления по принципу обратной связи в условиях неопределенности. Использовать результаты исследований на практике мешали многочисленные помехи, реально существующие в любой системе. Н.Н. Красовским был предложен способ управления моделью, позволяющий синхронно корректировать действия по управлению системой. Широко используется также его «метод экстремального сдвига».
 

Важной сферой приложения этих знаний является телеметрия полетов. Ученики Ю.С. Осипова смогли на основе открытых данных о движении (практически об одной лишь скорости) натовской крылатой ракеты, летящей близко к поверхности земли, рассчитать фазовые координаты такой динамической системы.
 

Не только в математике, но и в физике распространены задачи, связанные с вариационными неравенствами, например, о движении области диффузии вещества и ее интенсивности. Компьютерное моделирование процесса в реальном времени позволяет их решать (практическая область применения — изучение выбросов вредных веществ в окружающую среду).
 

В заключение лектор предложил кому-либо из присутствующих в качестве дипломной работы взяться за решение задачи, условия которой были приведены на демонстрационном экране: «Если кто-то из вас этим займется — я могу стать руководителем» — пообещал президент Академии наук.
 

    Лекцию «Высокоэнергетические материалы (ВЭМ) в инновационном развитии экономики России» прочел научный руководитель Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН академик Геннадий Викторович Сакович. Сегодня сфера использования и совершенствования ВЭМ (порохов, различных топлив и т.д.) достаточно обширна и все время расширяется, но непосредственным толчком к развитию этих технологий в нашей стране послужила послевоенная обстановка в мире, «холодная война» начала 1950-х. По убеждению академика, только запуск в Советском Союзе космического спутника, а потом и первого космического аппарата, пилотируемого человеком, сразу же «охладили пыл» наших политических противников, создавших кольцо военных баз вокруг СССР. Правительство требовало от ученых скорейшего усовершенствования ракетной техники. В 1958 г. была поставлена задача получить принципиально новое ракетное топливо, в котором окислитель был бы отделен от горючего. Решение этой задачи подняло на новый уровень энергетику в целом — топливо теперь понималось не как нечто «прилагательное», а как один из конструктивных материалов ракеты. Так с конца 1950-х годов начала складываться новая технологическая дисциплина, лежащая в основе и сегодняшнего проектирования. Одним из инициаторов и руководителей проекта в масштабах страны был генеральный конструктор С.П. Королев. Буквально на пустом месте (зато силами людей, прошедших войну) строились производство и научный институт в Бийске (ФНПЦ «Алтай»). В 1962 г. была создана первая межконтинентальная многоступенчатая ракета.
 

Твердое топливо для такой техники должно было быть очень устойчивым, выгорать стабильно, не разрушать корпус ракеты и т.д. Г.В. Сакович охарактеризовал стратегию и основные этапы создания твердотопливного ракетного щита для нашей страны.
 

Впрочем, далее разговор пошел о «мирных» областях применения ВЭМ, точнее, о разработках сибиряков для гражданских нужд. К ним относятся, например, газогенераторы, используемые при добыче нефти: заряд пороха поджигается глубоко в нефтяной скважине, взрыв приподнимает толщу пород, и под нее подтекает нефть — таким образом реанимируются уже, казалось бы, отработанные скважины (особенно этот метод эффективен для тюменской нефти, залегающей под болотами). Аналогичным образом можно продлить жизнь и скважин с водой. Такая технология уже успешно применялась в России, США, Китае, Сербии.
 

Для газогенераторов холодного газа создаются пористые заряды с обратным горением, что способствует самоохлаждению «тела» газа. В результате полезный выход таких веществ, как азот, кислород, водород приближается к 100%. Разработана и технология регулирования пористости заряда во время этого процесса.
 

Автоматические газогенераторы используются при тушении пожаров — ФНПЦ «Алтай» выпускает разнообразные огнетушители (которые при необходимости можно собрать и в батарею) для промышленных производств, транспорта, складов и т.д. Уже выпущено 450 000 таких устройств, но требуется гораздо больше, хотя уже сейчас они поставляются в 8 стран.
 

Еще одно направление разработок, развивающееся с 1980-х гг., — осуществляемый в детонационной волне синтез наноматериалов. В особых условиях с помощью взрыва таких веществ, как тротил, гексаген и др. можно получать нанографит и даже алмаз (до того, как вошла в моду приставка «нано», у нас уже изготовлялись таким способом ультрадисперсные алмазы). Сегодня детонационные наноалмазы повышают износостойкость гальванопокрытий медью, золотом, серебром, цинком и т.д., применяются в изготовлении оптических зеркал для лазерной и рентгеновской техники. Из высокоэнергетических соединений в сочетании с различными добавками в волне горения и детонации синтезируются и другие вещества. В целях безопасности производства на основе взрывов роботизируются. Сырье для получения ВЭМ недорого и повсеместно — воздух, вода, природный газ, целлюлоза, которую можно получить, например, из шелухи семян овса или крайне неприхотливой «слоновой травы».
 

В заключение академик Сакович подчеркнул, что все перечисленные технологии и есть живой пример наноинноваций — «того, чего до наших разработок в стране не существовало, зато теперь весь мир не прочь эти технологии приобрести».
 

По окончании лекций молодые и маститые лауреаты сфотографировались вместе, и наверняка вопросы к лекторам звучали и за пределами актового зала университета.
 

Записала Е. ИЗВАРИНА
Фото С. НОВИКОВА