О ЗЕМНОМ И КОСМИЧЕСКОМ

 

В докладе председателя Отделения академика Валерия Чарушина об итогах 2020 г. (о них он уже отчитался перед президиумом РАН, краткий обзор см. в газете «Поиск», № 5 с.г., публикация «Держат флаг») отмечены важнейшие события года, достижения и проблемы. Особое внимание уделено вкладу уральских исследователей в борьбу с коронавирусной инфекцией, который весьма заметен и востребован не только в нашей стране. Одно из свежих тому подтверждений — двухлетний грант Российского фонда фундаментальных исследований и Государственного фонда естественных наук Китая на создание новых препаратов от коронавируса на основе «триазавирина», разработанного уральскими химиками и отлично зарекомендовавшего себя в лечении болезни. Что касается лучших научных результатов по основным направлениям, их много, и полностью они обобщены в увесистом томе книжной версии отчета, о многих наша газета рассказывала читателям. Председатель отразил их в русле Комплексного плана развития УрО РАН, в логике меняющейся парадигмы формирования российской науки, создания междисциплинарных научно-образовательных центров. Это уже действующие центры — «Передовые промышленные технологии и материалы», объединивший интеллектуальные и производственные силы Свердловской, Челябинской и Курганской областей, «Рациональное недропользование» в Перми, «Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования» в Архангельске. 1 июня 2020 г. на базе Института математики и механики УрО РАН, Уральского федерального университета и Удмуртского федерального университета создан Уральский региональный научно-образовательный математический центр. Характерный штрих к картине академической жизни региона — беспрецедентный размах строительства в Екатеринбурге жилья для ученых, которое вопреки сложностям активно продолжается и дает перспективу молодежи (подробней об этом см. предыдущий номер «НУ», материал «Когда выигрывают все»). В числе проблем, озвученных и, что называется, «висящих в воздухе» — невнятность политики Министерства науки и высшего образования в управлении учреждениями, прежде находившимися в ведении Академии наук. Так, на прошедшем накануне собрания заседании президиума УрО РАН обсуждалось ходатайство Института иммунологии и физиологии о возможности его внеочередной аттестации. Дело в том, что в свое время институту была присвоена вторая квалификационная категория, хотя по всем показателям он достоин первой, что убедительно показала в своем выступлении директор ИИиФ, доктор физико-математических наук Ольга Соловьева. Ходатайство президиумом одобрено, однако состоится ли переаттестация — неизвестно. По прозвучавшей информации, в этом году министерство планирует разработать новую нормативную базу и систему оценки деятельности научных подразделений, которая будет проведена в следующем. Но что это будет за база, кто угодит в «отличники» с соответствующими преференциями, а кто — в «троечники», ученые не знают, и, естественно, хотят ясности. Кроме того, необходима серьезная корректировка экспертной работы, входящей сегодня в число основных видов деятельности Академии и ее региональных отделений. Экспертиз проводится много и разных, но вместо того чтобы заниматься крупными, масштабными, важными для страны проектами, квалифицированные специалисты вынуждены оценивать сотни мелких, второстепенных, что крайне неэффективно и расточительно. Среди первоочередных задач на будущее академик Чарушин назвал реализацию Комплексного плана развития Отделения, дальнейшее содействие научно-образовательным центрам в Перми, Ижевске, Екатеринбурге и Архангельске, создание в структуре УрО координационного центра по развитию международного сотрудничества в научной сфере, усиление взаимодействия с предприятиями корпорации «Роскосмос» и обновление программы сотрудничества Отделения с Государственным ракетным центром имени академика Макеева, дальнейшую подготовку к 300-летию Российской академии наук, совершенствование суперкомпьютерного центра «УРАН» и ряд других позиций.

Отчет обо всех направлениях научно-организационной деятельности представил главный ученый секретарь Уральского отделения член-корреспондент РАН Алексей Макаров. В цифрах это 11 заседаний президиума, две сессии Общего собрания, 1649 экспертных заключений по темам планов НИР и отчетов научных и образовательных организаций различной ведомственной принадлежности, 5 пресс-конференций, множество публикаций в отметившей 40-летие газете «Наука Урала» и других региональных и центральных СМИ, издание 8 монографий и 2 сборников статей плюс подготовка ряда аналитических материалов, в том числе по проблемам и эффективности механизмов реализации приоритетов Стратегии научно-технологического развития РФ, организация различных конференций и семинаров, ряд популярных лекций ведущих ученых. За всем этим — большая работа подразделений президиума УрО РАН, 10 объединенных ученых советов по направлениям наук, руководителей которых докладчик назвал поименно. Несмотря на тяжелые условия пандемии, они справились с поставленными задачами и выдержали часто запредельную нагрузку. Что касается международного сотрудничества, то по тем же эпидемиологическим причинам число научных командировок ученых УрО РАН по сравнению с 2019 г. резко сократилось (76 против 742), такая же ситуация с приемом иностранных ученых у нас (38 против 456). При этом проведены несколько семинаров и форумов с участием зарубежных специалистов и дипломатов, включая Генерального консула ФРГ в Екатеринбурге г-на Матиаса Крузе.

К 50-летию УНЦ доклад «Уральский научный центр АН СССР: принципы и этапы организации, направления деятельности» сделал директор Института истории и археологии УрО РАН доктор исторических наук И.В. Побережников. Идею территориального принципа организации АН высказал еще в 1916 г. академик В.И. Вернадский, и после революции она начала претворяться в жизнь. В середине 1950-х гг. меняется научно-техническая стратегия СССР: происходит поворот к более сбалансированной политике с попыткой учесть интересы развития регионов страны. Первым из региональных отделений АН стало Сибирское (1957). Опыт его создания был удачным, но чрезвычайно затратным, поэтому для Урала (а впоследствии и для Дальнего Востока) был выбран эволюционный путь. Перед УНЦ были поставлены амбициозные задачи: развитие фундаментальных исследований в области естествознания и общественных наук, разработка научных проблем, способствующих ускоренному развитию экономики и производительных сил Урала, координация исследований, проводимых научными учреждениями и вузами, подготовка квалифицированных научных кадров. Важным измерением деятельности УНЦ была интеграция науки и производства: уже в 1972 году был создан Межведомственный совет по координации научных исследований в области естественных и гуманитарных наук. Заключались генеральные договоры с крупнейшими промышленными производственными объединениями, а экономисты УНЦ активно включились в подготовку и реализацию целевых региональных научно-технических программ. В целом академический потенциал Урала за пятнадцать лет удвоился. Однако к середине 1980-х гг. в регионе накапливаются новые проблемы: необходимость перевооружения индустрии, поиск и разработка новых источников сырья и обострение экологической ситуации. Сказывалась и слабость опытно-экспериментальной и конструкторской базы академических институтов, что сдерживало промышленное освоение прогрессивных технологий, не получили достаточного развития автоматизация и информационное обслуживание научных исследований и т.д. Создание на базе УНЦ и двух филиалов АН СССР — Башкирской и Коми Республик — Уральского отделения дало большую самостоятельность в организации науки в регионе и способствовало преодолению разрозненности академических учреждений.

 

«Космическую» часть программы открыл доклад о ракетно-космическом направлении Государственного ракетного центра имени академика В.П. Макеева (г. Миасс) генерального директора ГРЦ академика В.Г. Дегтяря, представленный ученым секретарем предприятия кандидатом технических наук С.Т. Калашниковым. За более чем 70-летнюю историю ГРЦ создал и передал в эксплуатацию российскому подводному флоту три поколения баллистических ракет (БРПЛ). Сочетание высоких энергомассовых характеристик, надежности и безопасности позволяет использовать эту продукцию в том числе как космические ракеты-носители. С 1991 года ГРЦ занимается переоборудованием существующих БРПЛ для доставки полезной нагрузки в ближний космос и за это время успешно провел 10 научно-исследовательских пусков таких модифицированных ракет с подводных лодок. Также центр работает над технологиями авиационного старта, где платформами для пуска баллистических и космических ракет могут выступать, например, самолеты Ан-124 «Руслан» или Ил-76.

ГРЦ разработана концепция двухступенчатой ракеты с многоразовой первой ступенью, реализующей способ возвращения и безударной посадки с помощью ракетных двигателей. Патент на эту технологию получен еще в 2006 г., но проект в итоге не был поддержан Роскосмосом из-за предпочтения госкорпорации развивать самолетную схему возвращения первой ступени (проект «Байкал-Ангара»). Вместе с тем опыт американских компаний SpaceX и Blue Origin показал, что в вертикальной посадке с помощью ракетных двигателей нет ничего невозможного. Помимо этого, у ГРЦ имеются разработки ракет-носителей тяжелого и сверхтяжелого класса, полностью многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя «Корона».

Заместитель генерального директора НПО автоматики имени академика Н.А. Семихатова (г. Екатеринбург) кандидат технических наук Л.Н. Бельский сделал доклад о том, каким путем предприятие пришло к космической тематике. НПО, начиная с 1950-х годов, разрабатывает системы управления баллистическими ракетами подводных лодок. Работа в этом направлении привела поэтапно к установке на борт ракет цифровой вычислительной машины, астродатчика для коррекции траектории полета, приемника спутниковой навигации.

В 1993 г. НПО автоматики по предложению Ракетно-космического центра «Прогресс» (г. Самара) занялось разработкой цифровой системы управления для модернизованной ракеты-носителя «Союз 2». Физические параметры ракеты, а также конфликтующие между собой требования к формированию траектории полета делали «Союз 2» сложным объектом управления. К решению этой задачи предприятие привлекло ученых из академических институтов Екатеринбурга и Москвы. На текущий момент ракета-носитель «Союз 2», которая управляется разработанной на Урале цифровой системой, обеспечила 118 пусков с различных космодромов. НПО автоматики не останавливается на достигнутом и продолжает совершенствовать бортовую вычислительную машину, сокращая ее массу и увеличивая быстродействие.

Об аэрокосмическом направлении в деятельности Уральского межрегионального научно-образовательного центра «Передовые производственные технологии и материалы» рассказал проректор Южно-Уральского государственного университета доктор технических наук С.Д. Ваулин. В рамках аэрокосмической тематики усилия участников центра сосредоточены на создании демонстраторов технологий одноступенчатой многоразовой ракеты-носителя и универсальной космической платформы. Основными партнерами здесь выступают ГРЦ Макеева, НПО автоматики и НИИ машиностроения (г. Нижняя Салда). Решаются три задачи: создание «умных» композитных материалов для несущих топливных баков, проектно-конструкторская разработка и изготовление демонстратора маршевого двигателя, разработка фрагментов стенок криогенного бака. На базе ЮУрГУ, входящего в НОЦ, создано молодежное конструкторское бюро «Астероид», а также разрабатывается образовательная программа для комплексного развития компетенций специалистов в области ракетно-космической техники.

Генеральный конструктор НПО «Искра» (г. Пермь) член-корреспондент РАН М.И. Соколовский сделал доклад о разработке ракетных двигателей на твердом топливе. В СССР приоритет отдавался так называемому жидкостному направлению, потому что первая советская ракета базировалась на немецкой Фау-2, двигатель которой работал на этиловом спирте и жидком кислороде. Но уже в 1961 г. руководством страны было принято решение о создании трех ракетных комплексов на твердом топливе. Главным конструктором стал академик С.В. Королев. За 7 лет при участии НПО «Искра» разработчики, первоначально не имея представлений о материалах и условиях проектирования, смогли создать ракету, аналогичную американской Minuteman. Предприятие также участвовало в разработке баллистических ракет подводных лодок и противокорабельных крылатых ракет. Если говорить о космическом направлении, то для многоразового космического корабля «Энергия-Буран» в Перми спроектировали двигатель отделения и увода параблока и основной двигатель мягкой посадки бокового ракетного блока. Для космической программы «Алмаз» разработаны двигатели аварийного спасения и мягкой посадки. Сегодня предприятие также занимается совершенствованием ракетных двигателей на жидком топливе за счет насадок.

Член-корреспондент РАН Виталий Мишланов (Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера) представил доклад, подготовленный совместно с академиком Валерием Черешневым (ИИиФ УрО РАН) и доктором физико-математических наук Андреем Зуевым (ПГНИУ), — «Автономная медицинская диагностика и мониторинг: история, свершения и перспективы развития техники и технологии для наземных и космических станций». Отметив вклад уральских ученых, прежде всего академика В.В. Парина, в становление космической медицины (Василий Васильевич использовал в частности реографию для изучения особенностей центральной гемодинамики у человека в условиях невесомости), докладчик обратился к современным диагностическим методам, которые позволяют полноценно обследовать космонавтов не только на Земле, но и в ограниченном пространстве космических станций. Ближайшей задачей космической медицины станет миниатюризация приборов, а также мониторинг и диагностика во время длительных полетов и при увеличении количества космонавтов до 1000 и более человек.

Докладчик рассказал о разработанных авторским коллективом методах высокочастотной электроимпедансной кардиометрии, электроимпедансной спирометрии, электроимпедансного исследования химического состава биологических жидкостей, также программно-аппаратных комплексах для электроимпедансного анализа. Создана компьютерная программа «Электронная поликлиника» для автоматического анализа любой медицинской информации и точной диагностики заболеваний на основе интерактивных опросов, результатов лабораторных и инструментальных исследований. Следующий этап — разработка персональной электронной медицинской станции, которая обеспечивает сбор, анализ, хранение информации о здоровье пациента, передачу данных в центр медицинского контроля, диагностику и назначение лечения. Это может быть экран на стене, с которого девушка в белом халате напоминает вам о времени приема лекарств или медицинских процедур, а если пофантазировать — то и «доктор» в виде голограммы, робота и даже микрочипа, соединенного с нейронами головного мозга. Правда, здесь возникают этические проблемы, ведь все это будет происходить без участия врача-человека. Поэтому одно из главных условий прогресса космической медицины — соблюдение норм биоэтики.

Доклад члена Совета РАН по космосу, доктора физико-математических наук Татьяны Любимовой (Институт механики сплошных сред Пермского ФИЦ УрО РАН) был посвящен гидродинамическим экспериментам в условиях микрогравитации, которые пермские ученые проводили совместно с российскими и зарубежными коллегами (они проходили на орбитальной станции «Мир», спутнике «Фотон М-3» и Международной космической станции). Докладчица также рассказала о реализации международного проекта DCMIX в 2011–2019 гг. Целью серии космических экспериментов было измерение коэффициентов диффузии и термодиффузии в трехкомпонентных смесях. Полученные данные о теплофизических свойствах смесей могут использоваться в качестве эталонных значений для наземных экспериментов. В фундаментальном плане эти результаты актуальны для проверки, усовершенствования и дальнейшего развития существующих теорий переноса тепла и массы на молекулярном уровне, в том числе теоретических моделей для коэффициентов диффузии и термодиффузии. Проведенные исследования имеют и прикладной эффект: данные космических экспериментов могут быть полезны для описания и предсказания процессов тепломассообмена в таких областях, как добыча нефти, производство топлива, лекарств, средств промышленной и бытовой химии.

Научный руководитель Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН доктор химических наук Юрий Зайков в докладе «Работы ИВТЭ УрО РАН в интересах ГК «Роскосмос» представил последние достижения ученых ИВТЭ в области высокотемпературной гальванопластики, основанные на фундаментальных исследованиях электрокристаллизации в расплавах солей. О технологии получения иридий-рениевого композита, а также изделий из него — камер сгорания термокаталитических двигателей малой тяги нового поколения для малых космических аппаратов мы подробно писали (см. «НУ», 2020, №21–22). Она уже внедрена на АО «Композит», ведущем материаловедческом предприятии ГК «Роскосмос» (г. Королев), где прошлой осенью запущен участок высокотемпературной гальванопластики. Недавно там же началось освоение еще одной разработки ИВТЭ — материала на основе ниобий-танталового сплава, предназначенного для эксплуатации на газовом топливе. Он сохраняет стойкость при температуре 1700 K и будет использоваться в запальном устройстве для запуска ракетных двигателей. Обе технологии разработаны в молодежной лаборатории электрокристаллизации и высокотемпературной гальванотехники, созданной в рамках проекта «Наука». В ИВТЭ также есть участок для проведения крупнолабораторных испытаний, который служит площадкой для стажировки специалистов Роскосмоса и других индустриальных партнеров института.

Доклад доктора технических наук Ю.Ф. Майданика (Институт теплофизики УрО РАН) «Контурные тепловые трубы — высокоэффективные теплопередающие устройства для систем терморегулирования аэрокосмической и наземной техники» был посвящен тому, как разработки для космической отрасли постепенно начинают «спускаться с небес на землю». Контурные тепловые трубы (КТТ) являются пассивными системами терморегуляции, то есть не потребляют энергию и не требуют регламентного обслуживания при рабочем ресурсе до 15 лет и более. Теплоотвод 300 Вт на 3 м требует диаметра трубки в 3 мм (не считая теплоизолирующего кожуха) — образно говоря, это «передача тепла по проводам». Впервые КТТ разработки института были использованы на космическом аппарате «Ямал-200» (2003 г.), далее уральская технология использовалась на модуле «Рассвет» Международной космической станции (2010). Ближайшим по времени запуском с ее использованием стал спутник «Арктика-М» в феврале нынешнего года. Есть удачные примеры применения КТТ в авиации, в компьютерной технике (прежде всего в крупных серверных кластерах и в универсальных вычислительных платформах транспортных средств). Серийно в течение многих лет уже выпускаются системы охлаждения твердотельных лазеров. По-своему прорывным является применение КТТ на Свердловском инструментальном заводе, выпускающем металлорежущий инструмент — при обработке деталей за счет новой технологии удалось отказаться от применения смазочно-охлаждающей жидкости. Это существенно облегчает переработку образующейся стружки, чем снижает потери ценных материалов и сплавов. Удалось создать серийное производство в Екатеринбурге, уже выпущено более 20 тыс. штук КТТ разных модификаций, и интерес потребителей к ним растет.

Доктор медицинских наук Е.Р. Бойко (Коми НЦ УрО РАН) выступил с докладом «Исследования по международному научному эксперименту «Марс-500» в Северных регионах России», начав с краткого экскурса в историю космической медицины. Отмечена важная роль Свердловска-Екатеринбурга, где в 1960-е гг. работали академик В.В. Парин и профессор Р.М. Баевский, стоявшие у истоков космической медицинской телерадиометрии. Важнейшей проблемой космических полетов является постоянный контроль за состоянием здоровья космонавтов. Существенная часть методов диагностики «земной» медицины для них оказывается недоступной — в силу как условий невесомости, так и громоздкости оборудования. Приходится предлагать иные методы определения функциональных состояний организма и разрабатывать соответствующие технологии и их приборное обеспечение. Таким образцом явился прибор «Экосан 2007», до сих пор использующийся на Международной космической станции для оценки функционального состояния космонавтов по показателям их сердечного ритма. В ходе наземного международного эксперимента «Марс-500» в том числе отрабатывалась и медицинская часть — диагностика и прогнозирование состояния здоровья. Но для ученых Коми НЦ важным был и прикладной результат — возможность сравнения сезонных изменений функциональных показателей у северных групп участников эксперимента (сыктывкарской и магаданской). Поскольку условия «Марс-500» предоставляли широкие возможности для инициативных сателлитных программ участников, удалось получить значимые сравнительные данные, позволившие по-новому взглянуть на проблему физиологической нормы в экстремальных условиях.

Заключительный доклад научной сессии «Глобальные цифровые модели рельефа — особый продукт космической деятельности» представил доктор геолого-минералогических наук Ю.Г. Кутинов (ФИЦКИА УрО РАН, г. Архангельск). Темой доклада стали оценка качества и методика работы с цифровыми моделями рельефа, созданными по результатам спутникового зондирования земной поверхности. При огромном разнообразии таких моделей (как общедоступных, так и коммерческих) основным критерием выбора должна стать задача исследования, подчеркнул ученый. Особенности технологии генерации модели (как правило, не разглашаемые составителями) приводят к специфическим и неустранимым ошибкам, которые необходимо учитывать при ее практическом использовании. В то же время, хорошо представляя технологию создания модели, можно в ходе дальнейшей обработки применять ее и для решения прогнозных задач. Юрий Григорьевич подробно рассказал о работе архангельских ученых по выявлению карстовых процессов по цифровой модели (хорошая совпадение было получено впоследствии при натурных исследованиях на местности), а также о возможности геоэкологического районирования, где по фиксируемой из космоса гидрологической сети удается успешно прогнозировать зоны аккумуляции эрозионных процессов, выбросов и антропогенных загрязнений.