Версия для печати
Вернуться к списку

ДЕВЯТЬ ЖИЗНЕЙ ВЛАДИМИРА МЕЛЕДИНА

— Родители привезли меня в Городок в двухлетнем возрасте. Это был 1962 год, так что я, можно сказать, вырос вместе с Академгородком. В те годы для мальчишек здесь было просто раздолье: заборов не существовало, технические новинки, появлявшиеся в институтах, быстро оказывались на их задних дворах и становились всеобщим достоянием. КЮТ в те годы переживал расцвет, в институтах для ребят устраивались экскурсии и занятия, все были молодые, заводные, техническое творчество процветало во всевозможных видах. Поэтому экспериментировать я начал рано, ещё в школе — прошёл моделизм, лампы, транзисторы, микросхемы и т.д. Потом был физфак НГУ, диплом на кафедре «Физика плазмы», аспирантура ИАиЭ, в котором я проработал шесть лет и вместе с научным коллективом был переведён в ИТ, где и тружусь по сей день.

Несколько слов о том, чем мы занимаемся вообще — о диагностике и невозмущающих измерениях. Есть физический мир, в котором мы все существуем. И есть виртуальные рукотворные IT-миры в компьютерах. Между ними существует пограничная область, часто ассоциируемая с информационными диагностическими системами — своеобразный переход, через который информация о физической реальности попадает в компьютер. В IT-мирах работают чистые программисты, там крутятся виртуальные деньги. Реальный мир комментариев не требует. Ну а переходная область, где мы работаем, остаётся сложной, малонаселённой и не вполне разработанной. Связано это с тем, что физический мир бесконечно многообразен, и для получения формализованной информации приходится использовать мультидисциплинарные подходы и методы.

Поэтому у нас есть некая «экологическая ниша» — там, где возникают плохо обусловленные мультидисциплинарные задачи, мы оказываемся более чем конкурентоспособными.

Невыработанных наукоёмких областей с большим экономическим эффектом существует не так много. Вокруг них, как правило, возникают успешные внедрения. Яркий пример — катализ. Отсутствие щепотки катализатора может парализовать целый комбинат, и наука в этом случае ценится очень высоко. Информация о физической реальности не менее ценна. Во время войны на шпионах никто не экономит, цена информации — вопрос жизни и смерти. Но и в мирные времена в российских отраслях «битвы за урожай» никогда не прекращаются. И цена информации (либо её отсутствия) оказывается соответствующей. Наши системы поставляют физическую информацию во многих подобных сложных случаях. И зачастую, особенно если речь идет не о научных экспериментах, а о технологических процессах и высоких технологиях, ценность этой дополнительной информации такова, что все работы по созданию, производству, внедрению систем окупаются моментально. Правда, у нас в стране всё это толком не считается и не регулируется — ни прибыли, ни права авторов. Но это уже обратная сторона свободы творчества.

— Владимир Генриевич, а нельзя ли подробнее рассказать о некоторых разработках, описать свой путь учёного и изобретателя?

— Работ у нас за все годы было множество. Невозмущающая диагностика нужна всем и всюду. Полупроводниковая анемометрия многофазных потоков, гидроэнергетика и гидротурбомашиностроение, металлургия, транспорт, молекулярная электроника, обработка наномерных сигналов, медицина, машиностроение, диагностика в атомной энергетике, физические эксперименты, нефтедобыча и нанотехнологии — вот далеко не все области, в которых мы работали и получали значимые результаты.

Приборы с рекордными характеристиками и экономическим эффектом

— В Институте теплофизики мы появились в 1987 году, когда постановлением Президиума наш коллектив перевели из ИАиЭ вместе с площадями и оборудованием. Новую лабораторию возглавил Юрий Николаевич Дубнищев. Наши работы развивались тогда во многом в русле оборонных тематик. Так, ещё до развала Союза нами совместно с Жоресом Ивановичем Алфёровым и ФТИ им. А. Ф. Иоффе были впервые созданы мощные полупроводниковые лазерные излучатели для оптического приборостроения. ИТ делал термостабилизированные полупроводниковые лазерные излучатели, а ФТИ — лазерные кристаллы. Мы обменивались, и у всех получались лучшие на тот момент в мире мощные инжекционные полупроводниковые лазеры, что дало нам существенную фору в области их применения в измерительных системах. Существует письмо Ж. И. Алфёрова директору ИТ В. Е. Накорякову, где он отмечает наш общий успех. После Нобелевской премии Жореса Ивановича этот документ обрел особую ценность.

Серьезным успехом в то время было создание лазерных измерителей скорости и длины горячего проката для металлургии. Работа началась в ИАиЭ в 1982 году, а с 1986 наша система заработала на Новосибирском металлургическом заводе. Характеристики были рекордными, информация об этом начала распространяться по стране.

Выяснилось, что в Москве было истрачено 400 тысяч инвалютных рублей (400 кг золота) на закупку лицензии на подобный прибор в ФРГ, воспроизведение которого поручили одному грузинскому КБ. Процесс шёл несколько лет. Через полчаса после начала испытаний оптика полопалась от жара, и комиссия написала заключение о неразрешимости проблемы в принципе. Дело было благополучно сдано в архив. А тут выяснилось, что в Сибирском отделении Академии наук такой прибор сделан и успешно работает! Причем реально измеренный экономический эффект составляет более 5 тысяч тонн металла в год на прибор.

В 1986 Институт экономики рассчитал экономический эффект от его возможного внедрения по отрасли в целом. Получились чудовищные по тем временам цифры — порядка 150 миллионов тонн металла и экономии на сотни миллионов советских рублей. Была принята государственная программа по внедрению. Министерство чёрной металлургии выступало в качестве заказчика, Министерство приборостроения средств автоматизации обеспечивало ОКР, а Академия наук должна была курировать этот процесс. Но перестройка набирала обороты, и мероприятие благополучно заглохло. Но мы, со своей стороны, доделали работу и разработку положили на полку.

Когда наступил 1991 год и Союз рухнул, оборонные заказы пропали, и в это время начали появляться необычные предложения. Главный инженер ЗапСибМетКомбината (г.Новокузнецк) организовал на комбинате подразделения, ответственные за поиски перспективных проектов. Из Городка были отобраны два проекта — по холодному газодинамическому напылению (ИТПМ) и наш проект лазерной измерительной системы для горячего проката. Люди, работающие по проектам, зачислялись на полставки на комбинат. За год нужно было получить результат в заводских условиях и провести испытания. Если проект доказывал свою жизненность и полезность, переходили к договорным отношениям. Работу мы выполнили в срок, система показала высокую точность и оказалась существенно лучше штатной немецкой.

Но по совокупности причин на ЗСМК внедрение так и не сложилось. Воплотились эти результаты в жизнь в 1994 году на Нижнетагильском комбинате. Наши системы показали фантастический срок окупаемости — 48 часов при цене в 120 тыс. долларов в тех деньгах. Успех был впечатляющий, и вот уже 18 лет подряд выход всей технологической цепочки на крупнейшем предприятии России контролируется нашими информационными системами.

В 1995 году на комбинате перед нами поставили новую задачу — решить проблему контроля железнодорожных колёс при их производстве. Колеса делают последовательными прессованиями в горячем состоянии, придавая им заданную сложную форму. Необходима была оперативная информация о ходе процесса. Проект был очень крупным, согласование затянулось. Тем не менее, его научно-техническая часть была тщательно проработана и вошла одним из разделов в мою докторскую диссертацию, защищенную в 1996 году — «Формирование и обработка сигналов лазерных доплеровских измерительных систем». Так я оказался единственным доктором наук в СО РАН, разбирающимся в диагностике железнодорожных колёс.

Эпоха лаборатории ИТ — КТИ НП.

Система диагностики колесных пар

— Одним из моих оппонентов на защите был директор КТИ НП Ю. В. Чугуй. Ему нравились наши разработки, и он, где и насколько это было возможно, нам помогал. В конце 2000 года Юрий Васильевич предложил создать в КТИ подразделение для работ по металлургии. Мы сделали совместную лабораторию ИТ — КТИ НП. Я был её руководителем, все сотрудники — совместителями.

К сожалению, спрос любой крупной отрасли подобен синусоиде: то он есть, то его нет. Время создания новой лаборатории пришлось на такую отрицательную полуволну. Но в какой-то момент я попал на железнодорожный совет, где обсуждалась необходимость диагностики колесных пар...

— Так эта нашумевшая система — ваша разработка?

— Мы с моими учениками сделали прототип этой системы и сдали его в полевых условиях на Транссибе заказчику, обеспечив финансирование тематики. А дальше система тиражировалась и внедрялась в упрощённой форме специализированной организацией под присмотром КТИ НП.

Постановка задачи следующая: на железной дороге установлено устройство, над которым проезжает поезд. И за эти секунды считывается полная геометрическая информация о состоянии всех колес состава. Подобная немецкая система стоит на Октябрьской железной дороге между Питером и Москвой. Это очень сложное и громоздкое сооружение, длина 18 метров, вес оборудования — 11 тонн, минимальная температура — 10° С (!), цена — 3 миллиона долларов, лицензия не продаётся.

Мы заключили договор с Западносибирской железной дорогой. Когда москвичи узнали, что сибиряки запланировали такую систему, они также заключили с нами второй договор, причем гораздо более серьёзный. Шифр этого договора был «Комплекс» — сейчас это название тиражируемых систем. На бумаге суммы оказались сравнимыми с годовым бюджетом организации, но в реальности мы их не видели. Лето заканчивалось, вдруг — звонок: поздравляем, вам перечислен аванс. Хорошо, отвечаю, тогда мы приступаем к работе (по договору у нас впереди целый год). Но, говорят, имейте в виду, что у нас на октябрь намечено мероприятие, соберется вся коллегия министерства, министр, все начальники железных дорог. Хорошо, отвечаем мы, у нас впереди год и пара месяцев, успеем. Да нет, говорят, вы не поняли. В нынешнем октябре. Мы пытались объяснить, что это вообще-то наука, необходимы эксперименты, всё это непросто даже при наличии огромных средств. Но нас и слушать не хотели — процесс запущен, в случае чего всем головы не снести и т.д.

Дело в том, что в Москве менялась команда, и данное мероприятие по инновациям было у них ключевым, а наша разработка оказалась первым номером в этом процессе, со всеми вытекающими последствиями. Деваться было некуда. И вот через два месяца на перекрытой Транссибирской магистрали между Удмуртией и Татарстаном, на станции Агрыз мы сдали успешно систему высшим чиновникам министерства. Всё прошло замечательно, и в процессе мне даже удалось договориться о финансировании установки 150 таких систем по всей России. Но только вдумайтесь — два месяца на полный цикл НИОКР, сдачу наукоёмкой системы «в поле», в снегу — такого у нас ещё не было, и надеюсь, не будет!

Когда всё успешно закончилось, возник вопрос, что же дальше? Очевидно, что для тиражирования системы нужно было передавать её специализированной организации. Министерство потребовало, чтобы их представитель в этой внедренческий организации контролировал финансы. В итоге КТИ НП осталось курировать технические вопросы, а мы отошли в сторону. С тех пор прошло 10 лет, за это время такими системами было оснащено около 60-ти крупных узлов по всей России.

— А что вы от этого получили?

— История интересная, закончилась она хорошо — дело-то сделали. Системы существенно повысили безопасность, и в этом смысле польза от нашей работы очевидна. А остальное — политика, вопросы интеллектуальной собственности — это уже частности.

Непросто было превзойти немецкий прототип в условиях цейтнота, поэтому данный проект дал нам в профессиональном плане мощный толчок вперед. Для того, чтобы его просто скопировать, нужно затратить больше сил и времени, чем он стоит. У нас просто не было таких возможностей — ни материальных, ни технических. Приходилось очень много думать.

Например, в обозначенные сроки невозможно провести полный цикл разработки электроники. В результате лазерные синхронные детекторы в прототипе были реализованы нами на основе модифицированных стандартных компьютерных звуковых карт. И это дало ускорение почти в 100 раз! Приходилось пробовать всё, запускать одновременно множество подпроектов, и какие из них придут к финишу, не знал никто. Отбирались победители, но остальные тоже имеют право на жизнь и могут найти применение в дальнейшем.

— Много проектов лежит «на полке»?

— Много, причем самых разнообразных. Например, один из железнодорожных подпроектов, не вошедший в финальную систему — так называемый полупроводниковый лидар, мы использовали потом, сделав интересную работу для Саяно-Шушенской ГЭС. До катастрофы это была лучшая ГЭС в стране, образцовая.

Суть задачи состояла в мониторинге динамической геометрии ротора энергоагрегата под полной нагрузкой. Такая задача была поставлена и решена впервые в мире. В статор гидроагрегата (огромный колодец) опускается ротор весом примерно 750 тонн, 14 метров в диаметре, вращающийся со скоростью 360 километров в час. Энергии в роторе — примерно как в блоке атомной станции. И все видели, чем это может закончиться.

А что происходит во время вращения в зазоре между ротором и статором, никто не знал. Ротор осторожно опускали в статор, потом раскручивали, и — надеялись на лучшее. Информационный мониторинг выполнялся нами через узкие протяжённые каналы воздушного охлаждения с фазово неоднородным потоком лазерным лучом полупроводникового лидара. Это было в 2006 году. В 2008-м, за месяц до катастрофы, на объект приезжал мой аспирант. Жаль, что система в то время была выключена. Работа была инициативной, она никак не поддерживалась материально, мы просто применили один из железнодорожных подпроектов. Данная разработка была отмечена золотой медалью Салона инноваций и инвестиций, вызвала большой интерес специалистов. Сейчас ведем переговоры с Новосибирской и другими ГЭС.

В 2003 году был интересный проект по системам диагностики турбин и контроля их режимов.

А дело было так. Когда мы завершили железнодорожный проект, переформатировали коллектив внутри ИТ, появилась задача — сделать лазерные доплеровские анемометры нового поколения. Первую такую систему соорудили для Института гидродинамики и ИТ при частичной поддержке программы импортозамещения СО РАН. Она опередила на три года появление лучшего зарубежного аналога — всё ещё сказывался опыт, полученный нами при создании первых лазерных излучателей совместно с Ж. И. Алфёровым.

Появился серьёзный заказчик — ОАО «Силовые машины», СКБ «Гидротурбомаш». В последние годы они живут в значительной степени за счёт зарубежных контрактов, возводят ГЭС по всему миру. Понятно, что любой проект сейчас моделируется на компьютере, который считает, проектирует, визуализирует... Компьютер выдаёт множество красивых картинок, но возникает вопрос — какая из них соответствует физической реальности? А этого никто не знает. Заказчики перестали брать такого рода симуляции. Им нужна определённость, а для этого необходим эксперимент. «Гидротурбомашу» очень не хотелось тратиться (как и любой промышленности) на науку — дорого, сложно, но, тем не менее, жизнь их заставила. И задача была решена.

Мы получили очень интересные результаты, научные и практические. Так, например, система впервые позволила увидеть особенности сложной трёхмерной структуры потока за колесом турбины, исследовать её перестройку при небольшом изменении геометрии лопаток, часть скрытых трёхмерных вихрей вообще удалось обнаружить впервые. Получилась большая серьёзная работа, принёсшая ощутимую пользу, повысившая безопасность и эффективность отечественной гидроэнергетики.

Эти работы серьезно продвинули вперед диагностику потоков как науку. Кстати, только что пришло очень приятное известие — мой ученик и заместитель по многим проектам Игорь Владимирович Наумов за работы по диагностике распада трёхмерных вихрей (в соавторстве с В. Л. Окуловым) получил награду от имени Председателя Президиума Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике академика Г. Г. Черного — премию имени академика Г. И. Петрова за выдающиеся достижения в области теории гидродинамической устойчивости и турбулентности. Надеюсь, в этом году он успешно защитит докторскую диссертацию.

Созданные информационно-измерительные полупроводниковые лазерные доплеровские системы для диагностики многофазных потоков ЛАД-0хх предназначены для бесконтактного измерения и визуализации вектора скорости газожидкостных многофазных, мутных потоков, а также концентрации светорассеивающих частиц. Они используются во многих научных и учебных организациях России для авиастроения и изучения лесных пожаров, исследований и оптимизации процессов в химических и атомных реакторах, для натурных испытаний авиационных и ракетных двигателей и т.д. Системы сертифицированы, внесены в Госреестр. Эти работы отмечены наградой «Лучшая промышленная инновация России — 2008» на Конкурсе русских инноваций медиахолдинга «Эксперт», золотой медалью Американо-российского делового союза (ARBU), отмечены многими российскими и международными наградами.

Серьёзная работа была сделана в области фундаментальной метрологии: выполнено оснащение первичного Государственного эталона единицы скорости воздушного потока России ГЭТ-150-85 прецизионной лазерной диагностической системой «ЛАД-015». На первичных эталонах — килограмм, метр, секунда, грамм и т.д., основана вся технологическая цивилизация. В свое время структуру эталонов в стране заложил Д. И. Менделеев, и занималась этим Палата мер и весов, ныне НИИ метрологии им. Менделеева в Санкт-Петербурге (ВНИИМ). В России действует 83 первичных эталона, 51 из них в ВНИИМе, среди которых — эталон скорости воздушного потока, ныне оснащенный нашей системой. Работа позволила России успешно выполнить Программу международных ключевых сличений национальных эталонов единицы скорости воздушного потока APMP.M.FF-K3, организованных межрегиональной метрологической организацией Азиатско-Тихоокеанская метрологическая программа. В сличениях принимали участие эталоны шести стран — Японии, Кореи, России, Сингапура, США и Тайваня (2008–2010).

Кстати, чуть не забыл сказать про нанотехнологии. В 2008 году по просьбе коллег и при поддержке академика М. А. Грачева мы сделали на современной элементной базе лазерный доплеровский спектрометр для диагностики наночастиц в растворах. Фактически мы восстановили тематику, связанную с фотон-корреляционной спектроскопией, ранее представленную в Отделении и угасшую в связи с отъездом специалистов на Запад. Системы используются в ИХТТМ, ЛИНе и ИТ СО РАН. Нашими информационно-измерительными системами в 2010 году были оснащены линии технологического контроля наночернил для цветных струйных принтеров нового поколения с ультрафиолетовым отверждением на строящемся заводе компании «САН» — «Роснано» в г.Бердске.

Интересные и обнадеживающие результаты были получены нами при инструментальной лазерной нанодиагностике уроонкологических заболеваний, анализе мочи, в котором исследуются наночастицы. Эта работа опять-таки была затеяна в инициативном порядке, ведется совместно с 1-й клинической Горбольницей. Морально нас поддерживает академик В. В. Власов, по-видимому, будем работать и с ЦНМТ СО РАН.

Обо всех работах рассказать невозможно, места не хватит. Вот, например, проект для Росатома — система для контроля гидродинамических характеристик дистанционирующих решеток атомных реакторов. Или работы по видеанемометрии всплывающих пузырьков, в которой экспериментально была показана дискретная структура пространственного газосодержания вблизи точки отрыва пузырька, работа по гравитационно-капиллярным волнам на поверхности жидкого диэлектрика в переменном электрическом поле... Кроме того, пошла новая волна заказов от металлургической отрасли: Первоуральск, Новосибирск, Челябинск и т.д.

Взор на Запад

— А с западными «капиталистами» вы сотрудничаете?

— Больше, конечно, с нашими. Правда, недавно была одна интересная работа из области молекулярной электроники для компаний Spansion, Fujitsu и AMD — проект энергонезависимой памяти для флэшек следующего поколения, терабайтных. Внедрение планировалось в 2012 году, но сроки отдвигаются в связи с общим кризисом. Мы сделали уникальный (3 нс при сопротивлении ячейки 150 кОм) электрометрический стенд для тестирования мемристоров.

Следующий интересный пример международного сотрудничества — одноразовые инструменты для эндоскопических операций, которые делают сейчас по всему миру. А начиналось это так. ИТ много лет сотрудничает с американской корпорацией Air Products. Эти работы инициировал академик В. Е. Накоряков. Компания транснациональная, специализируется на криогенных продуктах. Ректификационные колонны, на которых осуществляется ожижение газа, состоят из стопок гофрированных алюминиевых листов, и вот нам предложили выяснить, каким образом в этих колоннах идет конденсация, и оптимизировать её.

Чтобы решить задачу, необходимо было сделать соответствующую технику для наблюдения за процессами в колоннах. Так появился эндоскоп. На Западе бы просто заложили стоимость эндоскопов в смету, проект утвердили — бери и пользуйся. У нас всё сложнее — тратить солидные суммы на расходный инструментарий жалко, приходится выкручиваться, изобретать из подручного материала. Сделали, убедились, что работает.

А потом в Городке появился наш бывший соотечественник Лев Диамант, уехавший в Израиль в первую волну эмиграции и ставший сначала директором технопарка на Голанах, а после восьми лет директорства — главным его технологом. Он тоже искал в Сибирском отделении проекты, и в итоге выбрал наш эндоскоп. Здесь он лежал без дела, мы его несколько раз пытались продвинуть, но безуспешно. Там он победил на конкурсе идей, был принят к финансированию. В технопарке образовали компанию «Оптископ», которая производила эндоскопы в кооперации с «Карл Цейс». На опытный образец были получены американские патенты.

Многие задачи приходят спонтанно. Например, мы были на Нижнетагильском комбинате и увидели, как итальянцы пытаются установить систему измерения геометрии горячего проката. На протяжении двух лет они безуспешно пытались её запустить, спотыкаясь на науке. Всё время обнаруживалось множество новых физических эффектов, которые оказались просто не по зубам итальянским инженерам. Мы на их мучения посмотрели и придумали, как помочь: вместо огромного портала весом в тонну сделали небольшую штучку, которая умещалась в авоське, и установили её. Словом, показали мастер-класс. И таких историй множество.

На самом деле, любой подобный проект тянет за собой множество других. Поисковые работы ведутся максимально широко, а в итоге в дело идёт не так много идей, наработок. Но при этом все остальные заделы остаются, на полках скапливается огромное количество готовых и полуготовых инструментов, которые можно комбинировать, прототипировать и делать интересные вещи. Это и есть та самая комплексность структуры, междисциплинарность, нашедшая воплощение «в железе», в разработках. Взять, например, ту же самую лазерную систему для контроля скорости потока. В ней реализовано огромное количество разных дисциплин — оптика, электроника, лазерная физика, квантовый прием, фотосмешение и обработка сигналов, механика и конструирование, алгоритмы и программирование...

Жить по-настоящему — это жить, получая адекватную информацию

— Но ведь что бы все это изобретать, приходится, наверное, всю жизнь учиться?

— Нам повезло с Академгородком. Это среда, которую можно сравнить с банкой ассорти. Берешь помидор — у него аромат огурчика, чеснок помидорами пахнет, и так далее. И всё пропитывается этими соками. Чего хотели отцы-основатели? На обособленной территории собрать побольше умных людей, которые бы открыто взаимодействовали друг с другом, причем набор должен быть как можно более разнообразным — физика, химия, науки о земле, биология и языкознание, технические вещи и так далее. Также предполагался пояс внедрения, где ведутся опытно-конструкторские работы, и НГУ с ФМШ, поставляющие сюда талантливый молодняк со всей страны. В первые годы все институты располагались компактно, потом, конечно, все разбежались, постарели, но неформальные связи остались: все знают, у кого что есть за душой и кто чего стоит. Поэтому до сих пор все продолжают сотрудничать между собой, и мультидисциплинарность, заложенная отцами-основателями, процветает.

— На Западе вы бы уже давно стали миллионерами...

— А мы и здесь неплохо живем. Конечно, система стимулов сейчас — больной вопрос. В столицах, например, у людей, в том числе учёных, деньги на первом месте, поэтому и наука поляризуется не в ту сторону. А здесь у нас воздух чище, удаленность от столичной суеты, поэтому и сохранность всего лучше. Хотя и нас это все тоже, увы, коснулось.

Чтобы создать что-либо серьезное, получить значимый результат, необходима полная концентрация. Каждая новая тема или отрасль, в которую погружаешься — это маленькая жизнь. Говорят, что у кошки девять жизней. Получается, что у нас их уже было гораздо больше. Это очень интересно. Мы там посторонние, поэтому у нас есть возможность проходить всю структуру изнутри, сверху донизу и обратно, наблюдать её. Причем у постоянных работников такой возможности нет. Это очень любопытные моменты.

Знаете, мне нравится сочная цитата создателя кибернетики Роберта Винера: «Жить по-настоящему — это жить, получая адекватную информацию». Хочется работать так, чтобы оставались степени свободы, развитие, чтобы жизнь продолжалась. Таких областей в науке не так много, я успел в этом убедиться. А здесь, на пограничной территории между миром реальным и виртуальным, нехоженые поля, всё тяжело и сложно, и поэтому свободы — безгранично. И мы где-то здесь, на границе раздела фаз, стараемся что-то делать. И, как ни странно, многое получается.