Силой сигнала. Разработки ученых Бауманки делают тайное явным.

Международная школа-семинар для молодых ученых на тему “Регистрация подповерхностных объектов радиолокаторами малой дальности”, проводимая при поддержке Российского научного фонда (РНФ), собрала этой осенью на площадке Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана (МГТУ) ведущих специалистов мира в области подповерхностной радиолокации и научную молодежь, включая студентов, аспирантов и инженеров, чьи исследовательские интересы связаны с этим весьма востребованным сегодня направлением научно-технической деятельности. Фундаментальные и прикладные методы исследований, развитие которых стало предметом обсуждения участников мероприятия, ложатся в основу уникальных разработок, применяемых в самых различных областях — строительстве, инженерной геологии, медицине, системах безопасности и других. 

— В общей сложности в работе нашей школы в качестве лекторов и слушателей приняли участие 59 человек, 18 из них — граждане иностранных государств, — сообщил корреспонденту “Поиска” начальник Лаборатории дистанционного зондирования МГТУ им. Н.Э.Баумана Сергей Ивашов (на верхнем снимке). — Прозвучали выступления ведущих ученых и специалистов из Японии, Италии, Великобритании и США, представляющих, к примеру, такие образовательные и научные организации, как Franklin & Marshall College (США), The University of Edinburgh (Великобритания), Institute for the Electromagnetic Sensing of the Environment и University of Florence (Италия). Со многими из зарубежных докладчиков наши сотрудники работали в рамках совместных проектов, поддержанных Международным научно-техническим центром, НАТО (до введения санкций), а также грантами и программой COST Action Европейского союза. С российской стороны выступили коллеги из Московского физико-технического института (государственного университета), Московского авиационного института (национального исследовательского университета), Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН, МГТУ и др. Большую часть слушателей составили российские студенты и специалисты, но были также и представители Китая, Украины и Белоруссии.

Организатором школы стала Лаборатория дистанционного зондирования. С момента создания в МГТУ в 2001 году ее возглавляет Сергей Ивашов, научное руководство осуществляет академик Александр Бугаев. Результаты выполняемых здесь работ неизменно привлекают внимание специалистов, заказчиков, посетителей российских и международных выставок. В лаборатории проводятся исследования в области голографических подповерхностных радиолокаторов. За разработку и внедрение радиолокаторов серии ­“РАСКАН” ее сотрудникам присуждена премия Правительства РФ в области науки и техники. Одно из этих изделий, предназначенное для неразрушающего контроля строительных конструкций, экспонировалось на выставке, посвященной 350-летию Лондонского королевского общества, и стало первой представленной в этом формате отечественной разработкой, включенной в short list. В результате экспозицию лаборатории посетила королева Великобритании Елизавета II. 

Сегодня РАСКАНы пользуются спросом в России и экспортируются по всему миру, а их создатели продолжают расширять спектр применения продуктов своей уникальной технологии. Проекты, предлагаемые сотрудниками Лаборатории дистанционного зондирования, неоднократно получали финансовую поддержку от РНФ, РФФИ и Минобрнауки России. Школа-семинар, о которой идет речь, была организована в рамках проекта “Разработка новых методов регистрации, обработки и представления радиолокационных сигналов и изображений в подповерхностной мультистатической радиолокации”, поддержанного Российским научным фондом. Аналогов создаваемых в лаборатории приборов и систем подповерхностной радиолокации в мире пока нет. Вот как объяснил это Сергей Ивашов:

— Сейчас мы — единственный серийный производитель голографических подповерхностных локаторов. Попытки их создания, предпринимаемые с 80-х годов прошлого столетия, прежде не увенчивались успехом. Также долгое время зарубежные ученые считали, что такие радары не будут востребованы, поскольку малоэффективны в плотных средах. Но, как оказалось, существует немало областей, где голографические подповерхностные радиолокаторы находят нишу для своего применения: в обследовании строительных конструкций и объектов культурного наследия, неразрушающем контроле диэлектрических композиционных материалов, получивших широкое распространение в авиационно-космической индустрии, и некоторых других. Исследования по этой тематике также выполняются в лаборатории при поддержке РНФ.

Наша технология основана на контрасте диэлектрической проницаемости объектов и окружающей их среды. Радиолокатор, генератор которого излучает непрерывный сигнал (подавляющее большинство современных подповерхностных радиолокаторов, выпускаемых в мире серийно, относятся к другому типу — импульсному), осуществляет зондирование на небольшой глубине — до 30 см. Благодаря высокой чувствительности устройства, отраженный сигнал, обработанный специальной компьютерной программой в режиме реального времени, позволяет получить достаточно четкие и качественные изображения даже небольших предметов или пустот. Скажем, деталей мины, обнаруженной при гуманитарном разминировании, или трещин в стенах при неразрушающем контроле зданий. Наш РАСКАН, к примеру, был использован при обследовании полов в помещениях санкт-петербургского Сената, когда его ремонтировали перед переездом туда Конституционного суда РФ. Случилось так, что после укладки труб “теплого пола” их расположение документально не зафиксировали, залив бетоном. Затем выяснилось, что прибить к бетонному основанию листы фанеры, укладываемые под паркет, невозможно, поскольку возникает опасность повреждения всей размещенной там инфраструктуры — не только “теплого пола”, но и электрических и коммуникационных кабелей. Скрывалась под бетоном и стальная арматурная сетка. В итоге изображение, полученное с помощью нашего локатора, пошагово наносилось прямо на поверхность и легко прочитывалось рабочими. РАСКАНы с равным успехом помогали точно обнаруживать скрытые дефекты в самых различных ситуациях. Например, при исследовании фрески в Палермо, изучении дефектов теплозащитного покрытия криогенных топливных баков ракет или поиске причин протечки в подземном гараже. 

В лаборатории сейчас идут исследования по нескольким перспективным направлениям. В рамках проекта, поддержанного Минобрнауки России, 

ученые разрабатывают радиолокационную систему досмотра людей в движении, которая может эффективно применяться для противодействия терроризму. О преимуществах ее использования на массовом транспорте нашему корреспонденту рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории Андрей Журавлев:

— Наша система дает полную информацию о наличии или отсутствии каких-либо подозрительных предметов на каждом человеке из потока людей, проходящих мимо. При этом не нужно никого останавливать или заставлять поворачиваться в разные стороны. В отличие от широко используемых сегодня досмотровых комплексов, это малогабаритная и относительно недорогая система. Для сравнения: стоимость устройств аналогичного назначения на американском рынке начинается от 140 тысяч долларов, наш серийный образец будет на порядок дешевле. Действие системы основано на комбинированном использовании 3D-видеосенсора и радиолокационной системы с небольшим количеством антенн. Видеорегистратор захватывает все тело идущего человека в режиме реального времени. Синхронная программная обработка видео- и радиолокационного сигналов в результате создает изображение, позволяющее увидеть любые предметы, находящиеся на теле, в том числе под одеждой. 

Систему можно встраивать в турникет, структурирующий поток пассажиров. При этом анализировать полученную информацию и подавать сигнал о наличии подозрительных вещей будет не оператор, а компьютер. Устройство может фактически стать приставкой к стандартной видеокамере, используемой для обеспечения безопасности. Для финансирования наших проектов в последнее время удается привлечь и деньги частных инвесторов.

Еще одно междисциплинарное направление работы сотрудников лаборатории, связанное с созданием биорадиолокационных систем, представила старший научный сотрудник Леся Анищенко:

— Сферы их применения могут быть разнообразными: от медицины катастроф (поиск живых людей под завалами зданий) и антитеррористических операций (контроль за людьми, скрытыми непрозрачными препятствиями) до диагностики человека или животных. Наиболее эффективные результаты на сегодняшний день достигнуты в области сомнологии (медицины сна). С помощью метода биорадиолокации можно обнаруживать нарушения дыхания во сне и распознавать фазы сна. Проблема актуальна: примерно 32% процента взрослого населения нашей страны страдают инсомнией (бессонницей), а около 10% — обструктивным апноэ, то есть их дыхание во сне прерывается более чем на 10 секунд, что связано с риском для здоровья и даже жизни человека.

При диагностике такого рода проблем в качестве “золотого стандарта” сегодня применяется метод полисомнографии, который предусматривает одновременное проведение электроэнцефалографии, электрокардиографии, контроля за движениями глазных яблок, грудной клетки, рук, ног и т.д. Нужно закрепить на теле человека несколько десятков контактных сенсоров, и во всем этом он должен заснуть. Для наступления адаптации и точности результатов (электроды часто отсоединяются) эксперимент, как правило, повторяют несколько раз. Мы предлагаем метод, при котором эту информацию получают бесконтактно, с помощью антенны небольшого радиолокатора, направленной на область грудной клетки спящего человека. Уже создано несколько образцов локаторов, работающих в разных диапазонах. Как показало сравнение с результатами, получаемыми при применении стандартной полисомнографии, метод биорадиолокации не уступает в качестве выявления имеющихся нарушений. Наша лаборатория сотрудничает с Институтом медико-биологических проблем РАН, одна из установок использовалась в проекте “Марс-500”. 

Есть и определенные успехи в распознавании фаз сна с помощью этого метода. Насколько можно судить по научной информации, опубликованной в мире на сегодняшний день, наши результаты — самые высокоточные на данный момент. Разработкой программного обеспечения занимается один из аспирантов лаборатории, Александр Татараидзе. Уже сформирована база для создания портативного биорадиолокатора, которым каждый может пользоваться у себя дома, в том числе для мониторинга состояния здоровья. Надеемся на поддержку Минобрнауки: подали соответствующую заявку на грант. 

Перспективная тематика исследований, современная лабораторная база и авторитетные специалисты — именно это, как считает аспирантка Ирина Алборова, влившаяся в коллектив лаборатории после окончания факультета “Биомедицинская техника”, привлекает сюда выпускников Бауманки и других вузов. Ирина исследует возможности визуализации опухоли молочной железы методом радиолокации и не видит препятствий для достижения поставленной ею цели: “Успешное завершение каждого этапа дает стимул делать следующий шаг к решению основной задачи, и для этого здесь есть все необходимое оборудование и люди, которые всегда могут дать нужную консультацию”. 

Достижения коллектива Лаборатории дистанционного зондирования были бы невозможны без поддержки руководства университета и убедительно подтверждают его правоту в борьбе за многопрофильность структуры и развитие междисциплинарных направлений в МГТУ. По мнению Александра Бугаева, сегодня лаборатория уверенно держит мировое лидерство в области разработки и производства голографических подповерхностных радиолокаторов. “Наши специалисты широко известны за рубежом, и интерес к их работе высок. Только очень сильная научная группа может постоянно предлагать новые методы и задавать тон в своем направлении исследований”, — убежден он.