http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=ce65302a-9dfe-4764-93db-85a653ffeb6c&print=1© 2024 Российская академия наук
Когда рождается научный институт, судьбу его предсказать трудно. Порой из маленькой лаборатории буквально за несколько лет может вырасти крупный исследовательский центр. Именно так возник Объединенный институт высоких температур РАН, который на днях будет отмечать свое 50-летие. Директор ОИВТ, академик-секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН Владимир Фортов начал свой рассказ о юбиляре с исторического экскурса.
- В 1960 году будущие академики Владимир Кириллин и Александр Шейндлин решили создать на кафедре теплофизики Московского энергетического института лабораторию, которая занималась бы изучением теплофизических свойств веществ при высоких температурах и давлениях, - сказал Владимир Евгеньевич. - Чем были интересны высокие температуры? Дело в том, что 80% электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, а в тепловых циклах КПД процесса тем больше, чем выше температура рабочего тела - пара, газа. Так что прогресс в энергетике идет в сторону наращивания температур.
Важность решавшихся задач, высокая востребованность результатов исследований энергетической, атомной и ракетной отраслями техники привели к тому, что из маленькой лаборатории в течение нескольких лет вырос один из крупнейших научных центров России в области современной энергетики и теплофизики - Институт высоких температур академии наук (ИВТАН). Сегодня он называется: Объединенный институт высоких температур Российской академии наук. Это уникальный научный комплекс, располагающий большими площадями, полигонами, филиалами, укомплектованный квалифицированными кадрами.
С самого начала ставилась задача создать центр, который позволял бы проводить эксперименты в области современной энергетики и ракетной техники. Именно поэтому для строительства здания института была выбрана площадка на севере Москвы по соседству с ТЭЦ-21 Мосэнерго мощностью порядка 3 гигаватт. Это решало актуальную при энергетических исследованиях проблему энергообеспечения. Становление ИВТАН совпало с золотым веком российской науки: она развивалась опережающими темпами, руководство страны на науку ничего не жалело, наоборот, постоянно требовало наращивания темпов и масштабов работ. Поэтому институт был задуман и построен с размахом. Больше ни один гражданский научный центр в мире не обладает такими возможностями для экспериментов в энергетике.
По мере развития в ИВТАН фундаментальных исследований постоянно расширялся круг отраслей, выступавших в роли партнеров-заказчиков института. Среди них наряду с тепловой энергетикой появились атомная и космическая промышленность. В 1960-1970-е годы они были на подъеме.
Генеральный конструктор НПО «Энергия», главный «двигателист» страны академик Валентин Глушко предложил ИВТАН стать головной организацией по изучению теплофизики продуктов сгорания ракетных топлив. Последние представляют собой смесь различных элементов, свойства которых в зависимости от температуры очень сильно меняются - вплоть до плазменного состояния. В ИВТАН был создан отдел, который вскоре выдал на-гора фундаментальный многотомный труд по теплофизическим свойствам индивидуальных веществ. По сей день он является настольной книгой для конструкторов, рассчитывающих работу ракетных и автомобильных двигателей, тепловых станций. Стоит отметить, что все результаты ученых без промедления шли в дело. Проблема внедрения не стояла, поскольку главный ракетчик руководил отделом и планировал такие исследования, без которых космическая отрасль не могла идти вперед.
В ИВТАН впервые были построены оригинальные установки - плазматроны, преобразующие электроэнергию в потоки низкотемпературной плазмы. Сегодня плазматроны широко используются для плазменной обработки (резки, упрочнения, наплавки) металлических изделий. В области исследования низкотемпературной плазмы институт занял и удерживает передовые позиции.
Серьезным достижением наших ученых стало создание на базе ИВТАН первого в стране промышленного магнитогидродинамического генератора (МГД) - принципиально нового устройства, в котором осуществляется прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. В привычных нам генераторах это преобразование производит множество движущихся узлов: продукты сгорания вращают турбину, она крутит генератор, в цикле задействован компрессор. Все это сложный многоступенчатый процесс. Идея упростить его возникла давно. Предполагалось сделать движущиеся с большой скоростью продукты сгорания проводящими. Тогда, попадая в мощное электромагнитное поле, они будут генерировать ток. Однако чтобы реализовать эту понятную схему на практике, необходимы были новые знания в области магнитогидродинамики, газодинамики, физики плазмы. Ученым предстояло решить множество сложнейших научных и инженерных задач. Так, термическая ионизация газа происходит при очень высоких температурах. Ее можно уменьшить, обогатив рабочее тело легкоионизирующейся присадкой - парами щелочных металлов, а они химически активны. Высокотемпературный агрессивный поток разъедает и сжигает стенки канала и электроды. Их надо защитить от разрушения.
Разрабатывая первый МГД-генератор, институт построил опытно-промышленную установку, на которой были проанализированы все возникающие проблемы, и для многих из них найдены решения. Кроме промышленных МГД-установок для большой энергетики, ученые ИВТАН вместе с коллегами из Института атомной энергии им. И.В.Курчатова создавали магнитогидродинамические генераторы, предназначенные для решения задач оборонного характера. Перед учеными поставили четкую задачу: в случае возникновения ядерного конфликта (а тогда к этому относились более чем серьезно) ключевые объекты должны быть в течение нескольких минут переведены на электроснабжение от независимого источника. Им стала МГД-установка, работающая на жидком ракетном топливе.
Успешное испытание пилотных образцов магнитогидродинамических генераторов различной специфики позволило приступить в 1979 году к разработке проекта промышленного МГД-энергоблока большой мощности. Для его строительства была выбрана площадка на Рязанской ГРЭС. Успели построить только корпуса и паротурбинную часть установки, работы по изготовлению и монтажу МГД-оборудования были сначала остановлены, а затем и вовсе свернуты по независящим от ученых причинам. В стране началась перестройка, экономика затрещала по швам. Если бы не эти события, магнитогидродинамические генераторы при имевшихся у нас заделах могли положить начало новому серьезному направлению в энергетике.
В 1990-х годах ИВТАН попал в то же положение, что и все институты РАН. С одной стороны, говорилось, что наука нужна, что мы меняем общественно-экономическую формацию, в том числе, затем, чтобы Россия стала страной высоких технологий. С другой стороны, перестали давать деньги. Трудности нашего института усугубились еще и тем, что в связи с установлением в академии наук возрастного ценза (70 лет для руководителя организации), академик Александр Ефимович Шейндлин, который был отцом-основателем и душой ИВТАН, покинул свой пост, став почетным директором.
В перестроечные годы институт вынужден был передать часть помещений в другие руки. В большом корпусе, которого нам сейчас очень не хватает, разместилась ТЭЦ-28 Мосэнерго. Мы потеряли строящееся здание, в котором могли бы разместить общежитие для молодых ученых.
Справедливости ради надо отметить, что тот период был тяжелым для всех исследовательских структур. Прикладная наука в значительной степени разрушилась: была приватизирована или акционирована. С РАН этого, к счастью, не случилось - академия сохранила свою структуру и управление, удержала кадры. Хотя потери были, и немалые. ИВТАН «сжался» примерно на 60-70%. В институт перестала идти молодежь. Возникли большие проблемы с поддержанием работоспособности наших больших экспериментальных установок.
Однако институт выдержал это испытание. Нынешнюю ситуацию я бы оценил как «условно приемлемую». Энергетика в стране - приоритет приоритетов. Она стоит на первом месте среди пяти заявленных Президентом России направлений модернизации экономики. Поэтому институт сегодня имеет больше заказов, чем может выполнить. Чего нам катастрофически не хватает, так это квалифицированных молодых кадров. Наши замечательные ветераны создали институт и «удержали» его в трудные годы - честь им и хвала! Сегодня мы должны подготовить им достойную смену.
Для привлечения талантливой молодежи к научной работе при ОИВТ РАН создано три научно-образовательных центра (НОЦ): по физико-техническим проблемам энергетики и экстремальным состояниям вещества с МФТИ, МГУ, МИФИ, ИПХФ РАН, МГТУ им. Н.Э.Баумана, МЭИ, по физико-техническим проблемам энергетики с МЭИ, по нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии, газотурбинной и малой энергетике с МГУИЭ, МАИ. Основу этих НОЦ составляют базовые кафедры ОИВТ РАН.
В современных условиях для нас очень важно сохранить баланс между фундаментальными исследованиями, нацеленными на будущее, и решением чисто прагматических задач, которые идут от промышленности. Прикладная наука разрушена, заниматься практическими вопросами некому, и они «валятся» на нас. Но ведь Академия наук была создана не для этого: мы призваны вести перспективные, «загоризонтные» исследования. Однако частный сектор на глобальные проблемы денег не выделяет, а государственное финансирование не покрывает необходимых расходов. Поэтому основная проблема, стоящая перед дирекцией и ученым советом - найти такие прикладные задачи, которые содержат элемент новизны и которые кроме нас никто не способен разрешить. Это дает нам возможность поддерживать высокий научный уровень. В принципе мы можем выполнить любые заказы, квалификации хватает, но это не наш путь.
Вообще, должен сказать, что тем, кто занимается только фундаментальными исследованиями, сегодня трудно. А такие институты, как наш, которые могут делать эксперимент и заниматься теорией, создавать технологии, наоборот, получили больше мобильности. Появляются новые структуры, с которыми нам интересно работать. В последние годы мы тесно сотрудничаем с такими серьезными организациями, как Федеральная сетевая компания, Российские железные дороги, Московский институт теплотехники (там разрабатывались известные образцы ядерного оружия, включая комплексы «Тополь» и «Булава»), и многими другими.
Однако взаимодействовать с предприятиями реального сектора непросто. Перед нами ставят предельно конкретные задачи и определяют сроки. Если ученые ошибаются, что вполне возможно в случае поисковых тематик, возникают проблемы с приемкой работ по контракту.
Кроме того, для ведения договорной деятельности нужен хороший менеджмент. Хочу с удовлетворением отметить, что службы ОИВТ, призванные создавать ученым условия для работы, выполняют свои обязанности на твердую пятерку. Им приходится тяжело, поскольку нас без конца проверяют. Контрольные органы ходят к нам с удовольствием. Проверять рынок или магазин опасно, то ли дело НИИ - вежливые, интеллигентные люди. Но, благодаря добросовестности и профессионализму вспомогательных служб ОИВТ, серьезных претензий проверяющие к нам не предъявляли.
И, наконец, о главном - научных достижениях. ОИВТ РАН - политематический институт, мы участвуем в создании научной основы современной энергетики во всех областях, связанных с высокими температурами и экстремальным состоянием вещества. Упомяну только те направления, по которым наши ученые получили результаты мирового уровня. Это, например, пылевая плазма, которую мы первыми в мире научились «замораживать». В любом учебнике вы найдете утверждение, что плазма - самое неупорядоченное состояние вещества в природе. Однако, когда в ней присутствуют микроскопические частицы с огромными зарядами, она становится «сильно неидеальной»: энергии взаимодействия между частицами в миллионы раз превышают тепловую энергию движения. Возникает «плазменный кристалл» или «плазменная жидкость» - очень необычное образование. Буквально сейчас на Международной космической станции проводятся задуманные нашими учеными эксперименты с плазменными кристаллами.
Скажу несколько слов о проекте FAIR. Недавно я вернулся из Висбадена, где была подписана международная конвенция о сооружении Европейского ускорительного центра по исследованию тяжелых ионов и антипротонов. Россия в лице Минатома участвует в этом проекте как равноправный партнер, ее вклад в нынешнем году составил около 100 млн евро. От Академии наук проект курируют ИТЭФ и ОИВТ. На ускорителе будут изучаться, в частности, неидеальная электромагнитная плазма и кварк-глюонная плазма - экзотические состояния материи, существовавшие в первые мгновения после Большого взрыва.
Войдя в проект FAIR, Россия получила доступ к уникальному европейскому лазеру ФЕЛИКС и мощной ЭВМ петафлопного диапазона. Кроме того, мы обкатываем молодежь, которая имеет возможность учиться самой современной физике.
Важное направление работы института - физическая газодинамика. Именно ученые ОИВТ РАН открыли явление электродетонации. Оказывается, у находящихся под током сверхпроводников существуют неустойчивые режимы, когда по ним со скоростью до 15 километров в секунду бежит волна перехода в нормальное состояние. Похожие эффекты реализуются в оптических световолокнах. Понятно, что это явление может стать причиной катастроф в энергетике.
Мы много работаем в области безопасности энергетических объектов. Ищем и находим способы предотвращения взрывов трансформаторов, нефтехранилищ. Сейчас выполняем заказ Федеральной сетевой компании ЕЭС по разработке взрывных размыкателей электросетей и подвижных установок, имитирующих удары молний. Хочу упомянуть также работы по лазерной физике, детонационным двигателям, плазменной аэродинамике, возобновляемым источникам энергии, «алюминиевой энергетике». Моделировать сложнейшие процессы в сжатом и разогретом веществе нашим ученым помогают созданные молодыми теоретиками ОИВТ компьютерные методы, называемые «квантовым Монте-Карло» и молекулярной динамикой.
В заключение я хотел бы поздравить всех сотрудников ОИВТ с юбилеем и пожелать им новых ярких научных результатов!