http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=8fab54b4-b82b-4e37-956c-414b384d4830&print=1© 2024 Российская академия наук
Что известно о российском лазерном оружии, испытанном ещё в Советском Союзе? Для чего в знаменитом Курчатовском институте «создают» гибрид человека и машины? Что представляет собой плазменный реактор «Токамак», который на днях запустили в «Курчатнике» его руководитель Михаил Ковальчук и премьер-министр Михаил Мишустин? Что такое медицинская физика и аддитивные технологии? На эти и другие вопросы главного редактора «Аргументов недели» отвечает доктор физико-математических наук, академик Российской академии наук, научный руководитель Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника», куда входят знаменитые Институт кристаллографии РАН и Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, председатель Совета Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) Владислав ПАНЧЕНКО.
– Владислав Яковлевич, вы начинали свою научную деятельность с лазерной физики. Сегодня к этой теме приковано самое пристальное внимание. Особенно после того, как президент Путин заявил, что у нас есть лазерное оружие под названием «Пересвет». В своё время одной из задач комплекса «Энергия-Буран» назывался как раз вывод на орбиту модуля с огромной лазерной пушкой с ядерной накачкой. Это всё уже в прошлом или работы продолжаются без особой огласки?
– Из доклада Владимира Владимировича Путина можно понять, что работа продолжается, и новые современные версии лазерного оружия есть. А фотографии «Пересвета» легко найти в открытом доступе. Я действительно лазерный физик, заканчивал физфак МГУ. В аспирантуре учился у известного русского физика Рема Викторовича Хохлова. Он был основателем нелинейной оптики – направления научного поиска, которое исследует взаимодействие света большой интенсивности с веществом. Сегодня нелинейная оптика крайне востребована, например, в биологии и медицине.
В США, как мы помним, проводилась программа по Стратегической оборонной инициативе (СОИ), которую в прессе называли программа «Звёздных войн». Лидерами одной из наших ответных программ были Евгений Павлович Велихов с Борисом Васильевичем Бункиным и Александром Михайловичем Прохоровым, с которыми меня свела судьба. Речь шла о реальном физическом уничтожении объектов. То есть о нарушении поверхности, разрушении с помощью мощного лазерного импульса. Поэтому очень остро стояла проблема транспортировки лазерных пучков через атмосферу. Как правильно сформировать лазерный пучок, какими характеристиками его наделить, чтобы он максимально сконцентрированно шёл к цели. Термическое воздействие определяется ваттами на квадратный сантиметр. И если пучок света у цели окажется в 10 раз больше, чем на выходе, то, грубо говоря, эти ватты будут «размазаны» атмосферной турбулентностью, и их воздействие будет просто неэффективным. Положение спасало применение методов аддитивной оптики.
Позднее по инициативе Евгения Павловича Велихова я перешёл на работу в Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам Академии наук СССР в Шатуре.
– Чем вы там занимались?
– В основном гражданским применением. В первую очередь это были технологии обработки материалов – лазерная резка, сварка, селективная лазерная химия и лазерное разделение изотопов. Отличие от известных в то время технологий заключалось в том, что мы разрабатывали технологии детального компьютерного моделирования. А все лазерные системы уже имели цифровое управление. То, что сейчас модно называть «цифровыми технологиями». Наши учителя, отцы-основатели, академики Анатолий Петрович Александров и Евгений Павлович Велихов всегда понимали перспективы такой постановки этой задачи. И когда мы завершали, например, разработку мощного лазерного комплекса, то работу не принимали, если не применялась компьютерная система цифрового управления термообработки материалов.
– Сегодня много говорят об оружии на новых физических принципах. Это популярная тема. А о гражданской науке речь нередко идёт по остаточному принципу. Чем занимается наша наука, если не брать в расчёт закрытые оборонные темы?
– В стране есть несколько крупных направлений науки, куда выделяются большие средства. Это, во-первых, генетика. В России созданы генетические центры мирового уровня. Один из них возглавляет НИЦ «Курчатовский институт». Также созданы центры мирового уровня по математике. Во главе одного из них стоит Московский государственный университет. Во главе другого – Математический институт имени В.А. Стеклова. Это флагманы нашей фундаментальной математики. В каждый такой центр входит несколько организаций. На данный момент запускается программа по созданию и развитию целой серии синхротронов и нейтронных источников. Недавно президент Владимир Путин дал добро на запуск реактора в Гатчине. Машина построена в соответствии со всеми требованиями МАГАТЭ. Это уникальный источник нейтронов, который позволит проводить измерения на нескольких десятках станций, предназначенных для исследований как биологических, так и материальных объектов. Такой реактор будет давать поток до 5 в 14-й степени нейтронов на квадратный сантиметр в секунду – крупнейший источник в мире. Есть планы на базе этого реакторного комплекса создать международный исследовательский центр. Руководит проектом Курчатовский институт и его глава Михаил Валентинович Ковальчук. Более подробно с отчётом о достижениях нашей страны в области мегасайенс за 2020 год можно познакомиться в докладе министра Валерия Николаевича Фалькова, который он прочитал на коллегии Министерства науки и высшего образования РФ 21 июля.
– Что станет конечным результатом работы реактора?
– В первую очередь получение знаний о структуре различных перспективных материалов. Например, о поведении композитных материалов в экстремальных условиях. Ожидается настоящий прорыв в материаловедении. Чтобы анализировать огромное количество полученных данных, необходимо проводить математическое моделирование на суперкомпьютерах.
– Анонсирован национальный проект, связанный с ядерной энергетикой...
– На днях руководитель «Росатома» Алексей Лихачёв и президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук в Томске заложили новый реактор на быстрых нейтронах. Буквально на днях уложен первый камень. Одна из основных проблем в атомной энергетике – отработанное ядерное топливо. Идёт борьба за то, чтобы топливо отрабатывалось по максимуму и отходов было как можно меньше, чтобы снизить экологический ущерб. Реактор должен помочь в решении этой проблемы.
– Новые разработки некоторые учёные называют предвестниками технологической революции…
– В основе новой технологической революции лежит широкое внедрение цифровых аддитивных технологий и производств на их основе. Это концептуальная вещь, это путь к новому подходу построения объектов. До сих пор любое производство, любое создание нового объекта основывалось на том, что берётся кусок вещества – металла, дерева, камня – и удаляется всё лишнее, получается продукт. Этот метод создаёт огромное количество отходов. И на каждом этапе прохождения изделия – от болванки, грубой заготовки до конечного изделия – снова и снова возникают отходы. Теперь развивается другая концепция, где мы строим вещество из составных частей. Нанотехнологии дали нам возможность строить вещество, начиная с атомарно-молекулярного уровня с наперёд заданными свойствами. Математики знают, как смоделировать вещество, а физики и химики знают, как сложить его буквально из атомов. Но кроме вещества есть ещё форма будущего изделия. Его можно спекать с помощью лазера или мощного электронного пучка, и послойно, на уровне атомарных слоёв, выстраивать, наплавляя один на другой. И это не фантастика, это уже делается на практике. Мы сейчас активно развиваем такие методы в медицине – для создания имплантов и формирования биоткани. Эта область сейчас активно развивается. Темпы роста здесь выше, чем были в 50–60-е годы прошлого века, когда вставала на ноги индустрия полупроводников, в итоге изменившая мир. Это направление заслуживает отдельного большого обсуждения.
– Вы упомянули про синхротроны.
– Да, существует национальная программа синхротронно-нейтронных исследований, в рамках которой сейчас создаётся целая серия синхротронов. Это источники рентгеновского излучения на базе ускорителей. Они создаются в разных местах. Например, «Скиф» в Новосибирске. Будет модернизирован источник в Курчатовском институте. Несколько ускорительных систем планируется построить в Серпухове в знаменитом Институте высоких энергий. Говоря об этой программе, я не могу не отметить ещё об одном важном событии, которое сильно изменит ландшафт мегасайенс-исследований, – запуск в мае в Курчатовском институте токамака Т-15МД. Это, видимо, самый крупный токамак в мире на данный момент. И запускал его лично премьер-министр Михаил Мишустин.
– Несколько лет назад прошла информация, что ведутся работы по созданию некоего мозга на основе целого комплекса технологий. Что это?
– В Курчатовском институте активно развивается концепция конвергенции наук. Это слияние дисциплин. Дело в том, что в настоящее время сложно найти проблему или задачу, которая имела бы монодисциплинарный характер. Физики давно работают с математиками, биологи – с физиками. Это и есть конвергенция. Тенденция была замечена и оформлена в виде создания одной из самых мощных структур в Курчатовском институте. Она называется Комплекс НБИКС-технологий, то есть нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий. В его лабораториях собраны представители всех этих направлений. Здесь занимаются созданием искусственных биотканей, нейроморфных систем. Много работы проводится с нейрохирургами, которым физики делают трёхмерные модели органов, например, новообразований в головном мозге человека.
Такие модели можно использовать при подготовке к операции, что снижает риск хирургического вмешательства. Всё это делается с помощью цифровых аддитивных технологий: по томографическим данным пациента, которые можно передавать по Интернету в любую точку земного шара, воссоздаётся реальная трёхмерная биомодель – головного мозга, черепа, руки, сердца. Эту модель хирург может использовать для планирования сценария своей операции, что резко снижает её время и травматичность.
Таким же образом мы уже научились бороться с некоторыми заболеваниями слуха. Методом трёхмерного моделирования, прототипирования и принтинга ушной раковины и других органов слуха мы научились делать их из соответствующих полимерных материалов. Или, скажем, сетчатка глаза. Это фактически внешний сенсор для мозга – ведь до 90% информации мы получаем через зрение. Крайне важно понять, как реагирует головной мозг на те или иные зрительные образы. Сетчатку можно воссоздать методами биоинженерии, то есть искусственно, из биоткани с теми же свойствами. Или заменить на какие-то твердотельные сенсоры. То есть на наноструктуры, которые будут реагировать и выдавать те же импульсы тока, которые через макулы (центр сетчатки глаза, называемый также жёлтым пятном, это место, где происходит фокусировка световых лучей. – Прим. ред.) поступят в головной мозг.
– Так ли необходим искусственный интеллект?
– Давайте обсудим это на конкретном примере. Как мы, учёные, себя оцениваем? У нас стала аномально расти роль наукометрии. Индексы Хирша, индексы цитирования... Мы сейчас принимаем в институты людей, назначаем директоров институтов, присуждаем гранты, ориентируясь в первую очередь на эти индексы. Откуда они взялись? От крупнейших корпораций. Учёных в мире рейтингуют системы, созданные Шпрингером и Эльзевиром. (Два крупнейших научных издательских дома мира, которые ежегодно выпускают более половины всех статей из издаваемых в мире научных журналов. – Прим. ред.) Поэтому сейчас очень остро стоит вопрос создания своих собственных информационно-аналитических систем, которые могут работать с большими объёмами информации, так называемые Big Data. И вот тут на арене появляется искусственный интеллект. На самом деле это понятие более глубокое. Мы стоим перед необходимостью создания так называемых баз знаний. Россия в этом направлении десятки лет назад имела пионерские работы. Мы создавали такие базы знаний, которые помогали нашим медикам, инженерам производить сложные устройства и технологии их использования. Это означает, что из огромного количества неструктурированных, быстроменяющихся данных вы должны быстро выбрать те, которые соответствуют вашему запросу и вашей задаче. Система должна помочь вам выбрать несколько вариантов наиболее вероятных ответов. Нам нужна своя система оценки научных знаний. Потому что нынешняя, навязанная крупнейшими издательскими корпорациями и базирующаяся на количестве научных работ и цитируемости, не соответствует нашим интересам. Я знаю много учёных, которые завершили важные мирового уровня работы, совершили грандиозные открытия, имея при этом мало опубликованных научных работ. Им некогда было их писать – они работали.
– Мир погрузился в коронавирусную пандемию, и Российский фонд фундаментальных исследований, который вы возглавляете, подключился к борьбе с этой напастью. Я слышал, что не менее 500 научных работ были заявлены в этой области.
– Обратите внимание, что среди «форсайтов» (научных предсказаний проблем будущего) пандемия вообще практически не звучала. Только вирусологи понимали, что вероятность её велика. А все остальные предсказания касались экологических катастроф, техногенных, природных катаклизмов, включая столкновение с астероидом. Никто не предполагал такого развития ситуации и никто не был к этому готов. В этой ситуации наши центры молекулярной биологии, фундаментальной вирусологии, вирусологические центры, которые разрабатывают традиционные вакцины, такие как Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почётного академика Н.Ф. Гамалеи, Федеральный научный центр исследований и разработки иммунобиологических препаратов им. М.П. Чумакова или Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», оказались на высоте. Они быстро отреагировали, провели исследования, предложили различные подходы к созданию вакцин и организации их производства. И сейчас наша страна – один из лидеров по производству вакцин в мире.
РФФИ в рекордные сроки, за два-три месяца, создал новую программу, собрал представительный экспертный совет под председательством члена-корреспондента РАН Сергея Викторовича Нетёсова. Из 560 заявок этот совет отобрал самые перспективные работы. Конкурс носит междисциплинарный характер и направлен на решение фундаментальных проблем возникновения и распространения коронавирусных эпидемий на основе использования достижений естественных и гуманитарных наук. Это круг вопросов, связанных с геномикой коронавирусов, механизмами их эволюции и распространения, проникновения в клетку, размножением; лабораторными моделями заболевания. Один из важнейших аспектов программы – физические и химические методы диагностики и борьбы с вирусами. Большое внимание в программе уделяется системному анализу, математическому моделированию распространения пандемии, построению моделей для более качественных оценок последствий и минимизации причинённого ущерба, как экономического, так и психологического.
По всем направлениям мы собрали лучшие кадры. Программа рассчитана на два года, поэтому я не хотел бы предвосхищать результаты.