Новосибирский государственный технический университет

 Подготовка инженеров подразумевает умение претворить в жизнь самые передовые технологии. Однако не все представляют, насколько вузовские лаборатории способны двигать вперед большую науку. В беседе с проректором по научной работе Новосибирского государственного технического университета, профессором, доктором технических наук Алексеем Вострецовым мы коснулись роли университетов в фундаментальных и прикладных исследованиях.

– Часто эти области пересекаются между собой, – рассказал проректор. – Так, кафедра электрофизических установок и ускорителей НГТУ участвует в разработке различных блоков строящегося во Франции термоядерного реактора (международный проект ITER), сотрудники кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств ведут исследования в области криогенной квантовой электроники и приступают к реализации проекта по созданию первой в России системы квантовой обработки информации (так называемый квантовый компьютер). Согласитесь, это самый передовой край мировой науки. С другой стороны, прекрасным примером востребованности разработок нашего университета в стране и в мире являются электрические машины и генераторы, созданные на кафедре электромеханики. Так, АвтоВАЗ выпустил уже свыше миллиона электроусилителей руля с нашим электродвигателем, а компания “Шлюмберже” не первый год финансирует разработку у нас в университете электродвигателей для производимых ею нефтяных насосов. Еще одно прекрасно развитое в НГТУ направление исследований – цифровые системы и технологии. Наш университет недаром занимает шестое место среди российских вузов по подготовке специалистов в области информатики (по данным рейтингового агентства “Эксперт РА”) – на мировом уровне ведутся работы по созданию программ высокоразрешающей трехмерной обработки экспериментальных данных. Такие программы можно использовать при поиске месторождений руд и цветных металлов, при построении геоэлектрических моделей нефтегазовых месторождений, при разработке ускорителей заряженных частиц для лечения онкологических заболеваний. Сейчас начинаем сотрудничество с компанией “АЛРОСА”, задача – повысить эффективность работ по поиску новых месторождений алмазов.

– Мы начинаем отбор и закрепление молодых кадров в научно-технической сфере с университетских студенческих грантов: ежегодно поддерживаем порядка 60 исследовательских работ. Обладатели таких грантов затем подают заявки на конкурсы мэрии Новосибирска и правительства Новосибирской области. И наконец, самые успешные, уже поступив в аспирантуру, могут участвовать в проекте “Мой первый грант”, за который я хочу выразить Российскому фонду фундаментальных исследований особую благодарность. О том, что у наших выпускников есть серьезный научный задел, свидетельствует статистика: в конкурсе “Мой первый грант”, как правило, выигрывает каждая вторая заявка НГТУ. Так что с помощью государства система вовлечения молодежи в науку выстроена неплохо. Ее эффективность подтверждают стабильные цифры набора в аспирантуру. Интерес у молодежи к работе в вузе растет, чему способствует и достойный уровень оплаты труда преподавателей. Особенно это чувствуют молодые люди, участвующие в работе научных коллективов, чьи разработки востребованы рынком – их зарплата намного превосходит средние цифры по региону.

– Для нас, как и для любого вуза, это больной вопрос. Увы, в 1990-х из университета ушло целое поколение молодых людей, которые могли бы стать учеными. Да, за последние десятилетия были созданы новые отрасли экономики, например банковское дело, но в наших лабораториях 50-летних сегодня просто нет. Длительное время школы возглавляли пожилые мэтры. Теперь наконец “подросли” 40-летние, и у них уже есть свои ученики. Появились и новые научные направления – квантовая криогенная электроника, наноиндустрия. Может быть, не все новые школы выросли до трех этажей – доктора, кандидаты, аспиранты, но фундамент уже заложен, и уход заслуженного лидера не “обезглавливает” научную школу.

И конечно, нашему университету помогает традиционное сотрудничество с промышленностью. В этом году мы выиграли грант в рамках Постановления Правительства РФ №218 – запускаем проект по созданию современной технологии производства коленного сустава. А тазобедренные суставы из керамики нового поколения (эту разработку мы закончили в 2015-м) уже имплантируются пациентам. Институт силовой электроники получил хорошее финансирование на создание системы электропитания для спутников и космических аппаратов нового поколения в сотрудничестве с АО “Информационные спутниковые системы” имени академика М.Ф.Решетнева”. Так что дорога от наших исследований к реальным продуктам и технологиям короткая и прямая.

Проекты в НГТУ вырастают на хорошо подготовленной почве: сначала технический университет участвовал в региональной программе “Силовая электроника Сибири”, затем в 2010 году был получен федеральный грант по разработке и производству мехатронных систем двойного назначения. Впервые в мировой практике разработаны системы генерирования электрической энергии переменного тока типа “переменная скорость – постоянная частота”, значительно повышающие надежность энергообеспечения и энергоэффективность электротехнического комплекса летательных аппаратов. В 2015 году эти работы позволили выиграть в конкурсе Минобрнауки новый грант – на разработку систем электропитания для спутников и космических аппаратов нового поколения в сотрудничестве с АО “Информационные спутниковые системы” имени академика М.Ф.Решетнева”.

– Накопленные знания и опыт позволяют нам – ступенька за ступенькой – подниматься все выше и выше, – улыбается директор Института силовой электроники НГТУ, профессор, доктор технических наук Сергей Александрович Харитонов. – Мы добились успехов в авиационной тематике, наши системы электропитания установлены на отечественных самолетах и других летательных аппаратах. Именно этот задел позволил нам, так сказать, подняться в космос. Суть проблемы заключается в следующем: спутники, которые выпускает ИСС имени Решетнева, пользуются спросом во всем мире, но у систем электропитания несколько больший вес, чем у зарубежных аналогов. Нам нужно создать систему нового поколения, которая бы отличалась не только меньшей массой, но и иными функциональными возможностями. Космическая техника имеет свою специфику: все элементы должны обладать радиационной стойкостью и повышенной надежностью, чтобы они могли летать без ремонта по 15 и более лет. Проект рассчитан на 2,5 года: мы уже провели анализ существующих аналогов, в этом году должны предложить новую схемотехнику, новые алгоритмы управления и новые конструктивные решения. В следующем году перейдем к созданию пилотного образца. Причем заказчик – ИСС имени Решетнева – выдвигает нам следующее условие: мы должны подготовить для них не только разработку, но и разработчиков – студенты, участвующие в нашем проекте, должны после выпуска распределиться на ИСС и принять участие в реализации систем энергоснабжения. Здесь мы возвращаемся к добрым советским традициям взаимодействия с крупными заводами.

Перед нами стоит и другая амбициозная задача – практически полностью осуществить импортозамещение, то есть использовать только отечественную элементную базу. Хочу сказать, что задача вполне решаемая – появились уже в России и процессоры нового поколения, и силовые приборы. Главная проблема – сроки поставки: на отечественную промышленность в последний год свалился огромный заказ, и не все предприятия готовы к его выполнению. 

Стоит отметить, что сам проект с ИСС – уже большой шаг в плане импортозамещения. По словам главного конструктора проекта Дмитрия Коробкова, Институт силовой электроники НГТУ в данной разработке в некоторых деталях конкурирует с известной американской фирмой International Rectifier – мировым лидером в области силовой электроники, с которой “Информационные спутниковые системы” вели переговоры до введения санкций. “Но в России есть и свои головы, чтобы решать такие проблемы”, – подчеркивают представители команды проекта, кстати, практически целиком молодежной. В частности, в области процессорной техники совсем недавно появились уникальные разработки отечественной фирмы “Миландр”, отмечает специалист отдела цифровых систем управления кандидат технических наук Денис Макаров. До сих пор в космических аппаратах системы энерго-снабжения считались “чем-то маленьким и второстепенным”, шутят мои собеседники. Но энергоснабжение – сердце любого космического аппарата, именно здесь раньше всего оказывается информация о каких-то сбоях и неполадках. Поэтому цель разработчиков – наделить систему электропитания интеллектом, чтобы она смогла вести мониторинг других систем, а в идеале – давать прогноз о том, что, скажем, через месяц откажет канал питания или прибор. Здесь на помощь приходит сотрудничество с институтами Новосибирского академгородка.

– Институт физики полупроводников помогает нам понять, какой будет фотопанель завтрашнего дня, Институт неорганической химии исследует, какие новые материалы пойдут в силовые полупроводниковые приборы, а Институт автоматики и электрометрии помогает разработать новые алгоритмы, – поясняет Сергей Александрович.

Тем временем Институт силовой электроники в инициативном порядке начинает работу над новым международным проектом в рамках китайской программы “Шелковый путь”: в пустыне Гоби будет строиться огромная фотоэлектрическая станция мощностью порядка 16 ГВатт. Электроэнергия с этой станции должна накапливаться и передаваться с помощью линий постоянного тока, использующих сверхпроводимость, в центральную часть КНР. Ведутся переговоры, чтобы в разработке силовой электроники для проекта активное участие принимал Новосибирский государственный технический университет. В мировой практике работы по накапливанию и передаче такого количества энергии будут проводиться впервые.

Безбарьерная среда, о которой наши законодатели заговорили лишь недавно, активно развивается в европейских странах с семидесятых годов прошлого века. Так, каждый житель Флоренции проводит два дня в году, помогая туристам в инвалидных колясках осматривать достопримечательности города. Приятно сознавать, что свой островок комфорта у новосибирцев с ограниченными возможностями здоровья появился еще 20 лет назад, задолго до принятия федеральных законов и программ. Именно тогда в Новосибирском государственном техническом университете открылся Институт социальной реабилитации (ныне – Институт социальных технологий и реабилитации).

– Хочу отметить, что мы ни в коей мере не чувствуем себя отставшими от западных коллег – и им есть чему у нас поучиться, что продемонстрировала состоявшаяся в НГТУ осенью 2015 года международная конференция по инклюзивному образованию, – рассказывает директор ИСТР, профессор, доктор социологических наук Людмила Осьмук. – В России на фоне развития инклюзивного образования (когда студенты даже с тяжелыми формами физических ограничений здоровья учатся вместе со всеми) возникло несколько интересных самобытных моделей: модель Станевского реализуется в МГТУ им. Н.Э.Баумана – абитуриентов с хорошими результатами готовят по адаптированной программе, а затем переводят в общеобразовательную инклюзивную среду. В ИСТР сложилась совершенно другая модель, связанная с социальным лифтом: в институте реализуются программы среднего профессионального образования, успешные выпускники могут перейти на те же направления высшего образования. Наш институт (спасибо его предыдущему директору Геннадию Птушкину!) отличается передовыми ассистивными (вспомогательными) технологиями, подкрепленными не уступающей западным университетам материальной базой. Во-первых, студенты могут заказать любые образовательные сервисы, начиная с сурдоперевода. Во-вторых, в ИСТР работает мощная служба психолого-педагогического сопровождения и воспитания, возглавляемая заместителем директора по социально-реабилитационной и вспомогательной работе Тамарой Поленовой. Ее задача – помочь ребятам, многие из которых приходят из специальных школ, включиться в обычную студенческую жизнь с помощью театра “Белый воробей”, занятий по вокалу или индивидуальных консультаций психолога по выстраиванию образовательной траектории. Доступная среда предполагает комфорт, и мы его студентам обеспечиваем.

Параллельно на базе института ведутся серьезные научные исследования. “Поиск” уже писал о создании в НГТУ уникального видеокорпуса русского жестового языка, сейчас в ИСТР готовится заявка на получение патента на профессиональные словари жестового языка в области деревообработки, керамики. Таких словарей, которые помогали бы глухим и слабослышащим студентам лучше адаптироваться в профессиональном пространстве, до сих пор не издавалось. Данная работа носит прикладной характер, но это свойственно для социальной реабилитации – в этой области работают люди, цель которых – реально помочь студентам с разными видами ограничений здоровья. Готовят сотрудники ИСТР и серьезную монографию, посвященную миру глухих, этот труд поможет улучшению адаптации глухих и слабослышащих к обычному звуковому миру. И наконец, активно используются возможности других кафедр технического университета, например, с кафедрой электронных приборов идет совместная работа над уникальной программой диагностики фонетических изменений, которая должна помочь работать с голосом и представителям творческих профессий, и логопедам, и дефектологам ИСТР, обучающим студентов с ограничениями по слуху разговаривать.

– В будущем ИСТР должен превратиться в институт инклюзивного (в первую очередь!) образования, социальных технологий и социальной ответственности, – резюмирует профессор Осьмук. – В ближайшее время мы запускаем мониторинг психосоциального благополучия наших студентов – пролонгированное исследование, цель которого – понять, как себя чувствуют разные нозологические (с разными формами инвалидности) группы в специальных школах, в системе инклюзивного образования, в нашем вузе. В дальнейшем мы надеемся вывести мониторинг на уровень города и региона, чтобы помочь сделать новосибирскую среду действительно доступной, а также отследить образовательные потребности ребят, потому что ИСТР готов увеличить прием абитуриентов уже в самое ближайшее время.

Вот уже два года кафедра электрофизических установок и ускорителей НГТУ совместно с Институтом ядерной физики СО РАН (ИЯФ) принимает участие в разработке научного и технологического оборудования для крупнейшего международного проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора ИТЭР (англ. ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor). В состав участников проекта входят Евросоюз, Индия, Китай, Республика Корея, Россия, США, Япония. По своим масштабам ИТЭР стоит в ряду таких известных проектов, как Международная космическая станция, Большой адронный коллайдер. Российским ученым поручено изготовление и поставка 21 высокотехнологичной системы будущей установки в течение 10 лет. Задача проекта – продемонстрировать научно-технологическую осуществимость использования термоядерной энергетики в промышленных масштабах. Первая плазма в реакторе, сооружаемом во французском Кадараше (близ Марселя), должна быть получена в 2025 году. Успешная реализация проекта позволит получить неисчерпаемый источник экологически чистой энергии, в основе производства которой лежит термоядерная реакция, аналогичная происходящей на Солнце.

– Конструирование установок для ИТЭР ведется очень тщательно, в тесной интеграции с другими российскими и международными участниками, – рассказывает заведующий кафедрой электрофизических установок и ускорителей НГТУ, заместитель директора ИЯФ, доктор физико-математических наук Александр Бурдаков. – Во-первых, малейшая ошибка приведет к отказу оборудования, а оно не подлежит ремонту. Во-вторых, стоимость проекта очень высока, и команды каждой страны пытаются экономить деньги налогоплательщиков. Чтобы понять масштаб реактора, достаточно представить себе портовую заглушку, за координацию работ по созданию которой отвечает ИЯФ. Обычно при слове “заглушка” думают о печной заслонке, но речь идет об устройстве весом в 45 тонн и размером с товарный вагон, в функции которого входит не только защита от потока радиации изнутри, но и содержание всего диагностического оборудования, причем каждый детектор весит сотни килограмм.

 – Задача Института ядерной физики СО РАН – не только спроектировать все поддерживающее оборудование, но и скоординировать работы по его изготовлению, – поясняет технический координатор проекта Максим Иванцивский. – Команда НГТУ здесь участвует в нескольких аспектах: преподаватели университета обучают наших конструкторов премудростям специального программного обеспечения, разработанного для центральной базы данных ИТЭР, инженеры-графики НГТУ выполняют часть работ по конструированию оборудования. А кафедра Александра Владимировича проводит модельные эксперименты по разработке и испытанию различных приборов.

Например, выпускник кафедры электрофизических установок и ускорителей, младший научный сотрудник ИЯФ Дмитрий Гавриленко вместе с коллегами сейчас работает над созданием диверторного монитора нейтронного потока. Впервые прибор планируется разместить непосредственно в вакуумной камере – до этого на действующих токамаках (модель реактора, используемая в ИТЭР) диагностические детекторы размещались исключительно снаружи. Уже проведены испытания полноразмерного макета прибора – правда, пока без “ядерной начинки” внутри. Недавно Дмитрий ездил на международную конференцию в Монако, где представлял результаты работ, проводимых ИЯФ СО РАН и НГТУ по российской части проекта.

Проблемой защиты стенок термоядерных реакторов при касании с раскаленной плазмой, которое неизбежно в токамаках – ловушках по удержанию плазмы закрытого типа, – занимается другой сотрудник кафедры и ИЯФ – кандидат физико-математических наук Алексей Аракчеев.

 – Следующее поколение термоядерных реакторов подразумевает такую мощную тепловую нагрузку, которую современные материалы плохо выдерживают, – замечает он. – В ИЯФ есть уникальные установки – ускорители, излучающие мощный пучок для нагрева плазмы, источник синхротронного излучения для рентгеновского просвечивания материалов, – позволяющие проводить необходимые эксперименты. А в НГТУ очень хорошо развито материаловедение: здесь умеют готовить образцы для испытаний и затем исследовать полученные результаты. Первым кандидатом на материал для изготовления стенки является вольфрам, но у нашей команды есть сомнения в его пригодности по причине излишней хрупкости, и мы пытаемся улучшить его механические свойства.

Одним из результатов участия России в проекте ИТЭР должны стать отработка технологий строительства термоядерных установок и подготовка научных и инженерных кадров для этого. Процесс уже начался: так, в качестве материала для нейтронной защиты, соответствующей повышенным экологическим требованиям Франции (реактор строится в непосредственной близости от курортов Лазурного Берега) и техническим требованиям ИТЭР, выбран карбид бора. Свойства этого материала еще недостаточно изучены. И магистрантка НГТУ Мария Клименко посвятила свою дипломную работу изучению контактной теплопроводности и других особенностей карбида бора – она проводит измерения по конкретным параметрам непосредственно в эксперименте.

Каждому хочется заглянуть в будущее. Квантовый компьютер, квантовая криптография и даже квантовая телепортация – красота терминов порождает домыслы и мистические толкования. Но оставим фантастику в стороне – квантовые технологии действительно выводят информатику на новый уровень.

– Если будет создан квантовый компьютер – это революция, но не для домашних хозяйств, – поясняет профессор кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств НГТУ доктор физико-математических наук Евгений Ильичев. – Можно будет приступить к новому классу задач, которые сейчас решить не представляется возможным в силу их сложности. Например, правильно смоделировать ядерный взрыв. Мощный квантовый компьютер позволит это сделать, и, конечно, его создание в каком-то смысле вопрос национальной безопасности. Сейчас НГТУ в составе консорциума из семи отечественных организаций участвует в работах по подготовке первого в России проекта в области практического создания системы квантовой обработки информации. Вопрос упирается лишь в финансирование, так как в научном плане мы к такой работе давно готовы. Наша кафедра занимается сверхчувствительными квантовыми измерениями. А квантовая механика отличается от классической физики одним важным принципом: измерения не могут проводиться вне системы, измеряя квантовое состояние объекта, вы неизбежно его меняете. У НГТУ есть необходимое оборудование и опыт, что позволит на базе сверхпроводящих устройств делать интерфейсы квантовой системы, то есть считывать информацию оптимальным образом, не искажая. Нужно разработать правильную стратегию измерений. Буквально на днях в московский журнал “Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики” была отправлена статья о недавнем эксперименте: наш немецкий партнер – Институт фотонных технологий города Йены – изготовил квантовый кубит, а в НГТУ измерили его свойства. Институт фотонных технологий, где я работаю по совместительству, давно сотрудничает с НГТУ, налажен обмен преподавателями, аспирантами и студентами. Конечно, в Германии есть необходимые для изготовления квантовых образцов условия – чистые комнаты, вакуумные установки. Но хочу отметить, что новосибирская лаборатория квантовой криогенной электроники была прилично оснащена за последние годы и не уступает оборудованию немецких коллег. Если проект нашего консорциума удастся запустить, это заметно оживит международное сотрудничество – новосибирские студенты и аспиранты поедут и в Германию, и в Словакию, и в лаборатории других стран, ведущих свои разработки на переднем крае квантовой механики – замечательной и парадоксальной науки, притягивающей молодые умы.